Автомобильные усилители

Основным элементом звуковой системы автомобиля является усилитель мощности. С помощью этого устройства можно преобразовать низкий уровень сигнала, и увеличить его напряжение, и силу тока, до требуемого уровня громкости работы динамиков. Об устройстве усилителей, их классификации и нахождении в автомобильных системах, мы и хотим вам изложить в этой статье.

Классификация усилителей

Усилитель подразделяется на четыре блока:

1). Блок питания усилителя.

2). Блок для обработки входящих сигналов

3). Драйвер.

4). Блок для создания выходящих сигналов.

Блок питания состоит из электрических цепей, которые вырабатывают и регулируют напряжение тока для поставки электроэнергии во все части усилителя.

Блок для обработки входящих сигналов сопоставляет и корректирует звуки, получаемые с магнитолы, со звуками выходящих сигналов, которые помогают убрать, и удалить различные шумы и искажения. Так же он усиливает звуки до такого уровня, которые необходимы для следующего его увеличения в других блоках усилителя.

Драйвер, который разделяет звук на два разных полярных сигнала, усиливает его и передает в блок создания и обработки выходящего сигнала.

Самым главным блоком, по которому мы классифицируем усилители, является блок обработки выходного сигнала, который называют выходным каскадом или «оконечником».

В зависимости от своей эффективности (К.П.Д.) и уровня искривления выходного сигнала усилители делятся на пять классов:

Класс — А. При этом классе усилители выдают сигнал хорошей чистоты, но имеют низкий коэффициент полезного действия, эффективность которого равна всего 20-30 процентам от мощности аккумулятора. А это значит, что при потреблении 100 Вт от автомобильного аккумулятора выдается сигнал из динамика не более 20-30 Вт. Теряясь в электроцепи усилителя, остальная мощность преобразуется в тепло. Так как ламповые усилители класса — А, имеют малую мощность, то применяют их в автомобильных аудиосистемах редко, таких например как аудиосистемы уровня Hi-End, которые очень дорого стоят.

Класс — В. Так как искажение при выходящем сигнале очень высокое, то этот класс усилителей не подходит для car Audio, хотя эффективность класса — В наполовину выше коэффициента полезного действия класса — А.

Класс — С. Этот класс характеризуется очень высоким уровнем коэффициента полезного действия, который достигает 75 процентов, но из-за повышения К. П. Д. очень увеличиваются искажения, и поэтому эти усилители не подходят к аудиосистемам Hi-Fi

Класс — АВ. При хорошем коэффициенте полезного действия, чуть ниже, чем у класса — В, в этом классе достаточно чистый сигнал, как у класса — А. Поэтому очень много усилителей принадлежат к этому промежуточному классу и подходят к аудиосистемам Hi-Fi.

Класс — D. Усилители класса — D самые современные, использующие для усиления сигнала цифровую обработку. Они очень компактные, что в дальнейшем даст им первенство по продаже аудиосистем на автомобильном рынке. Пока еще эти цифровые системы встречаются редко, чем известные усилители класса — АВ, но за ними будущее автомобильных усилителей.

Коэффициент гармонических искажений (THD)

В состав звукового сигнала входит большое количество частот и полутонов, которые представляют собой сложную систему колебаний связанных между собой синусоидальных волн, называемых гармоники. Именно за характер звучания ноты отвечает гармоника, представляющая собой полутон первоначальной ноты (главной частоты).

По мере усиления сигнала, проходящего через все блоки усилителя, звук впитывает ненужные, лишние гармоники и звуковой сигнал искажается, меняя частоту звучания. Процентное выражение этих ненужных гармоник и называется коэффициентом гармонических искажений (Total Harmonic Distorsion). Для спецификации усилителя указывают несколько коэффициентов гармоник для разных частот диапазона, уровня выходной мощности и сопротивления нагрузок. Качество усилителя зависит напрямую от уменьшения коэффициента гармонических искажений.

Разделение каналов (Stereo Separation)

Есть еще один показатель, который определяет качество усилителя. Всем известно, что у качественного устройства обязательно должно быть несколько каналов звучания. Наиболее распространенный вид звука — это стерео. Более редко в автомобильных усилителях встречается звуковая система 5.1, однако она тоже с каждым днем набирает все большую популярность. Качество стереозвучания в таких звуковых системах кардинально зависит от того, насколько автономен каждый канал звучания. Другими словами, чем выше уровень изолирования воспроизводимых каналов, тем сильнее стереоэффект. Конечно, в стационарных усилителях можно использовать отдельный блок питания на каждый канал, и тогда система разделения каналов не потребуется вообще, но в автомобильных усилителях в целях снижения энергопотребления, используется один источник питания, а это негативно влияет на стереозвучание. Качество разделения каналов, напрямую зависит о того, насколько сильно звук левого канала отражается в правом, и наоборот, и измеряется в децибелах.

Демпфирующий фактор (Damping Factor)

В хороших усилителях предусмотрено «закорачивание» обратного тока от возвращающейся мембраны динамика. Это «закорачивание» называется демпфирующим фактором. Благодаря этой функции, в период между импульсами, мембрана сабвуфера не вибрирует по инерции. В силу особенностей конструкции, ламповые усилители не имеют высокого демпфирующего фактора, из-за чего низкочастотное звучание является мягким, и ужесточить это звучание, практически невозможно. Транзисторные усилители разработчики стараются создавать с высоким демпфирующим фактором, так как смягчить его не составляет никакой проблемы. Для этого достаточно дополнительного низкочастотного динамика.

Подключение и настройка усилителей

Самая простая и дешевая схема подключения усилителей без применения активного кроссовера, это использование одного двухканального усилителя, к каждому каналу которого подключены две акустические системы (два динамика впереди и два в задней части салона), которые подключаются параллельно друг другу с передними динамиками. Такое подключение снижает их сопротивление в несколько раз. Если у вас четырехомный усилитель, то два параллельно подключенных восьмиомных динамика будут вполне допустимым вариантом. Общее сопротивление динамиков не должно быть меньше, чем сопротивление усилителя, что очень важно рассчитывать при подключении.

Эффективность и качество звучания, становятся значительно лучше, если усиливать и воспроизводить низкие частоты отдельно. Так, средние и высокие частоты, можно сделать ярче и громче, при этом, не искажая басовый сигнал. Возьмем, к примеру, усилитель мощность 60 Вт, к которому подключен сабвуфер. При таком подключении, для хорошего звучания высоких и средних частот, достаточно усилителя мощностью всего лишь 20 Вт. При правильной настройке кроссовера, когда каждый усилитель получает требуемый частотный диапазон, звуковое давление(SPL) системы будет составлять 150 Вт, что гораздо больше, чем (60Вт + 20 Вт) 80 Вт.

Мостовое соединение каналов усилителя

Для того, чтобы объединились положительный и отрицательный провод выхода на каналы усиления, применяют мостовое соединение, при котором мы можем добиться большей мощности моно канала, для того чтобы подключить к нему сабвуфер. Благодаря мостовому режиму подключения его мощность увеличивается в четыре раза, при котором сопротивление не меняется. Например, на одном канале напряжение на выходе равно 15 Вольт, значит, мощность его будет составлять 15(15/4 Ом) = 56.25 Вт., а при мостовом соединении напряжение канала будет равняться 30 Вольтам и мощность, следовательно, будет — 30(30/4 Ом) = 225 Вт.

Но увеличение мощности не ведет к пропорциональному увеличению громкости звука (дБ). При увеличении мощности в два раза, уровень звукового давления возрастет всего лишь на 3 дБ, а увеличение мощности в четыре раза, как в нашем примере, приведет к возрастанию давления звука до 6 дБ.

Для правильной настройки усилителя нужно уменьшить громкость усиления до минимума, главное устройство, напротив, включить на полную мощность, до того момента, пока не начнётся искажение звука. Потом медленно повышать уровень громкости усилителя до максимально возможного, (с сохранением качества звучания), затем убавить громкость главного воспроизводящего устройства, до требуемого вами. При оптимальной настройке мы получаем идеальный звук.

Для накапливания и отдачи электрических зарядов применяют такие устройства, как конденсаторы, которые измеряются в Фарадах. Накапливая электрический заряд емкостью в 1 Фарад, который равен силе тока в 1 Ампер, заряженный конденсатор разряжается за 1 секунду, что очень выгодно для поддержки энергоснабжения в аудиосистемах автомобилей.

Без конденсатора, усилитель может потреблять энергию, которая в три раза превышает его потребляемую мощность, из-за этого, автомобильный аккумулятор не в состоянии обеспечить его достаточной силой тока, что в дальнейшем приводит к падению напряжения и искажению звучания (глухой бас) в аудиосистеме. Решить эту проблему может конденсатор, который быстро разряжается, и сглаживает падение напряжения, чем обеспечивает стабильное питание усилителя. Выпускаются конденсаторы емкостью от 250.000 мФ до 2.000.000 мФ и подбираются по параметрам один к ста — точнее если усилитель мощностью в сто ватт, то конденсатор нужен на 100.000 микрофарад. Соответственно 200 ватт, это 200.000 мФ и так далее.

Закон Вебера-Фехнера

Восприятие звука растёт в арифметической прогрессии, при увеличении силы раздражения мембраны динамика, увеличивающегося в геометрической прогрессии. Субъективное ощущение громкости отличается от объективной характеристики звука (интенсивности) и поэтому если мощность звука удвоить, то громкость не изменится и останется прежней. Для того чтобы удвоить громкость, надо достигнуть второй степени интенсивности раздражения. Для измерения громкости звука используют единицу, которая называется — децибел (дБ). Это безразмерная единица, применяемая для измерения некоторых величин без ограничения, в данном случае по формуле: n децибел = 10 lg (l’/l), где l’ и l — интенсивность звуков, громкость которых отличается на n децибел.


Партнеры: