Что такое мощность звука и на что обратить внимание при покупке акустической системы в авто?

Многие под словом мощность, относительно колонок в разговорной речи, подразумевают силу или мощь звучания, возможно, это и так, но все относительно чуму-то. Совершенно естественно, что при выборе акустической системы, покупатель определяет громкость мощностью, например – чем мощность больше, тем громче и лучше будут звучать автомобильные колонки. Такое всем известное и широко распространенное мнение является ошибочным, почему ?, давайте разбираться.

Что такое обозначение WT 

Колонка мощностью в 100 Wt не всегда может играть качественней или громче той акустической системы, у которой мощность ниже в два раза, например 50 Wt. 

Аббревиатура мощности WT в первую очередь говорит не о громкости динамика, а обозначает механическую надежность акустики в целом или на каждый канал, а указанные 50 / 100 Wt - это совершенно не громкость звучания колонки. Акустические головки сами по себе обладают низким КПД, преобразуя в звуковые колебания всего 2-3% подводимой к ним мощности от электрического сигнала (издаваемого звука громкости, к счастью, вполне достаточно для создания звукового сопровождения). Сама же указываемая величина в виде Wt, которую указывает производитель динамиков или акустической системы, обозначает лишь то, что если подать указанную мощность на колонку, то она не выйдет из строя, например - критического разогрева межвиткового провода, не произойдет закусывание каркаса катушки, повреждение гибких подвесов динамика, разрыва диффузора и т.д.

Учитывая вышеперечисленное, можно понять, что мощность динамиков или акустической системы в первую очередь, это техническая характеристика, а указываемая величина в «Wt» не является громкостью звучания акустической системы, хотя и обладает некоторым отношением к ней. Различные номинальные показатели мощности динамиков и его усилительного тракта в акустической системе могут быть совершенно разными. В первую очередь, они указываются для оптимальной коммутации и позволяют ориентироваться между связующими компонентами, например - усилитель мощности значительно большей или значительно меньшей мощности, может разорвать диффузор динамика или, проще говоря, вывести динамик или акустическую систему из строя в момент максимального положения регулятора громкости: на первом — из-за нештатного режима работы колонки, на втором — из-зи высокого уровня искажений.

Как измерить воспроизводимую мощность в колонках

Мощность звука можно измерять совершенно разными способами, и в разных тестовых условиях, существует общепринятый стандарт измерений мощности выдаваемого звука динамиком. 

Давайте рассмотрим более подробно некоторые из параметров, которые часто употребляются в характеристиках акустических изделий:

Rated Maximum Sinusoidal power RMS – является установленной максимальной синусоидальной мощностью. Саму мощность можно измерить при помощи подачи синусоидального сигнала с частотой «1000 Гц» до момента достижения критического уровня нелинейных искажений. Очень часто в паспортах с техническими характеристиками изделия этот параметр указывается как, 25 Вт (RMS). Данное обозначение в первую очередь говорит, что динамики, и подачи на них звуковой сигнал, мощность которого равна 25 Вт, сможет работать довольно длительное время, при этом не получит никаких механических повреждений головок. 

По сравнению Hi-Fi колонками, значения для мультимедийных акустических систем завышены, мощность, указываемая в Wt (RMS) исходит в первую очередь из проведения измерений с очень высокими гармоническими искажениями, примерно до 10%. Слушать музыку или другие звуки при таких искажениях некомфортно, колонки начинают хрипеть, а динамические головки в корпусе начинают дребезжать.

Peak Music Power Output (PMPO) - это пиковая музыкальная выходная мощность. Мощность этой аббревиатуры измеряется подачей синусоидального сигнала кратковременно и его длительность менее 1 секунды, а частота ниже 250 Гц (как правило, это 100 Гц), при этом уровень нелинейных искажений не учитывается, например - мощность динамика по обозначению PMPO равна 500 Вт, это говорит нам о том, что акустика в момент воспроизведения кратковременного сигнала низких частот не получила никаких механических повреждений головок. Такая единица измерения мощности как Вт-PMPO, любя называют «китайский ватт», что позволяет при такой методике измерять величину мощности до тысячи Ватт! Например – у вас дома стоят актичные компьютерные колонки с потреблением электрической мощности «10 В/А», при этом пиковая музыкальная мощность PMPO составляет 1500 Вт (лажа!).

В России существуют свои общепринятые стандарты различных видов мощности, а именно ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. 

Российский ГОСТ определяет такие стандартизированные понятия в акустика как: 

• Номинальная мощность 
• максимальная шумовая
• максимальная синусоидальная
• максимальная долговременная
• максимальная кратковременная мощности

Некоторые из этих параметров указываются в паспорте на советской или постсоветской аппаратуре. К сожалению, мировая практика, эти стандарты, не применяет, так что пока не будем сильно заострять внимание на ГОСТ-ах.

Следовательно, можно понять, что важным показателем на практике, значение мощности Вт RMS, является важным при значениях гармоник коэффициента THD = 1% и меньше. Но стоит заметить и тот факт, что выбор звуковых изделий по этой технической характеристике является очень приблизительным, и может отличаться от реальности, в первую очередь громкость воспроизводимого звука имеет характеристику звукового давления, вследствие чего, информация показателя «мощности акустических систем» — нулевая.

Чувствительность колонок

Технический параметр как чувствительность – это, величина, характеризующая интенсивность давления звука, которую развивает колонка на расстоянии 1 метра при частоте сигнала 1000 Гц при мощности 1 Вт. 

Обычно чувствительность динамиков измеряется в дБ-децибелах, относительной слышимости (уровень, нулевого давления звука = 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение Sound Pressure Level (SPL) – это уровень характеристической чувствительности. Для краткости в технической графе единиц измерений указывается «дБ/Вт*м» или «дБ/Вт^1/2*м», важно понимать, что чувствительность, это не линейный коэффициент пропорциональности между уровнем давления звука, мощности сигнала и расстояния до источника. Большинство фирм производителей, указывают в характеристиках чувствительность динамических головок, измерения которых проводились в нестандартных условиях.

Сама по себе, техническая характеристика как чувствительность, важную роль играет при разработке и проектировании своих собственных акустических систем. Если понимание чувствительности динамиков вам непонятен, то при подборе мультимедиа акустики для компьютера или других бытовых колонок, можно на нее не обращать никакого внимания и не заморачиваться (да и не все производители ее указывают).

Амплитудно-частотная характеристика в динамиках

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – является графиком, показывающего разницу величины амплитуды входного и выходного сигнала во всем диапазоне воспроизводимых частот. Амплитудно-частотная характеристика измеряется при подаче синусоидального сигнала не меняемой амплитуды с изменением ее частоты. В точке графического обозначения 1000 Гц, обычно откладывают нулевой уровень дБ на вертикали. 

Самым идеальным вариантом считается, где АЧХ представлена в виде прямой линии, но в реальности таких характеристик у колонок и акустических систем не бывает. Особое внимание необходимо обратить на величину неравномерности, и чем она больше, тем в тембре звучания больше нелинейных искажений.

Производители различных зарубежных компаний, обычно предпочитают обозначать диапазон воспроизводимых частот, который является «выжимкой» информации амплитудно-частотной характеристики и указываются только граничные неравномерности и частоты. Например, в описании написано: «50 Гц - 16 кГц (±3 дБ)», это означает, что, данная акустическая система обладает достоверным звучанием в диапазоне 50 Гц - 16 кГц, а все что ниже 50 Гц и больше 15 кГц увеличивает неравномерность искажения в звучании, при этом АЧХ обретает резкий спад характеристики, назовем его «завал».

При уменьшении низко-частотного (НЧ) уровня в динамиках, подразумевают потерю насыщенности и сочности звучания баса, а подъем в области низких частот слышен в виде гудения и бубнения если подключить один сабвуфер без дополнительных динамиков. При завале низких частот звук становится тусклым и неясным. Подъемы высоких частот обозначают присутствием и даже порой раздражающих неприятно-шипящих и свистящих звуков. Например, у мультимедиа колонок величина неравномерности амплитудно-частотной характеристики выше, чем у Hi-Fi акустической системы.

Даже не смотря на различные рекламные заявления производителей и указания в технических характеристиках параметра типа «20 - 20000 Гц» (обозначение, теоретического предела возможностей) нужно читать и расценивать с большой долей скептицизма и делить этот параметр примерно на 2. При этих показателях, производитель не указывает неравномерность амплитудно-частотной характеристики, которая может обладать немыслимыми величинами.

Например - низкочастотные динамики с характеристикой «20 Гц - 20000 Гц», может не обеспечивать более или менее равномерную эту характеристику даже в полосе частотного диапазона «100 Гц - 10000 Гц», а сравнивать частотный диапазон с разными неравномерностями нельзя вообще.

Коэффициент гармоник и нелинейных искажений

Коэффициент гармоник (Кг). Сама по себе акустическая система в целом, является сложным электроакустическим устройством, которое обладает характеристикой нелинейного усиления. Звуковой сигнал после прохождения всех звуковых каналов на выходе обязательно будет обладать нелинейным искажением. Гармонические искажения являются самыми явными и наиболее элементарными в измерениях.

Гармонические искажения (Ги) – это искажения, кратные основной тональности сигналов. Невосполнимым потерям в звуке ведут паразитные гармоники и придают в спектре звучания новый искаженный тембр звучания. Гармонические искажения можно замерить подачей синусоидального сигнала в частотном диапазоне «1000 Гц». При помощи специального фильтра, в сигнале звучания обнаруживают лишние гармоники с определением их мощности.

Коэффициент – это, безразмерная величина. Обычно указывается либо в децибелах, либо в процентном соотношении, а учитывается коэффициент по формуле : [дБ] = 20 log ([%]/100) и чем больше коэффициент гармонической величины, тем хуже звучание у динамика.

Коэффициент гармоник акустики во многом зависит от мощностей подаваемых сигналов. Поэтому для более разумного выбора колонок, необходимо по возможности сначала посчитать Кг, а потом еще послушать само звучание, рабочее положение регулятора громкости должен составлять 30 - 50%.

Импеданс и электрическое сопротивление в колонках

Электродинамическая головка в колонках обладает определенным сопротивлением постоянного тока, зависящее от длины, толщины и материала проводки в катушке (еще называется такое сопротивление реактивным или резистивным). В момент подачи звукового сигнала, являющийся в виде переменного тока, сопротивление электродинамической головки в зависимости от частоты сигналов будет меняться.

Импеданс (impedans) – обозначение полного электрического сопротивления переменному току, измеренное в частотном диапазоне «1000 Гц». В основном у акустических систем импеданс равен 4 / 6 / 8 Ом.э

При выборе динамиков указанная величина сопротивления в технических характеристиках (импеданс), не скажет покупателю о качестве звучания приобретаемого звукового изделия. Этот параметр обычно указывается в характеристиках, для возможности расчета и подбора необходимого дополнительного оборудования к динамикам, например усилителя. Если колонка обладает более низким значение сопротивления, чем рекомендуемое значение у усилителя, в звучании будут присутствовать различные искажения или может сработать защита от короткого замыкания, если значение сопротивления выше, то звучание динамиков будет намного тише.

Оформление акустики и корпус колонки

Важным фактором, влияющего на звучание динамиков или акустической системы – это, оформление акустики самой излучающей головки динамика (динамическая головка). В момент разработок и проектировании акустических систем, производители обычно сталкиваются с проблемами, в виде выбора оформления для акустики, а их больше десятка различных видов.

Оформление акустики делится, на акустически нагруженное, и на акустически разгруженное: 

• В первом варианте, колебание диффузора имеет ограничение упругостью воздуха и акустическим воздушным сопротивлением. 
• Во втором оформлении подразумевается, ограничение диффузора только жесткостью подвеса. 

Также оформление акустики можно разделить на систему двойного и одинарного действия:

• Система двойного действия формирует звук обеих поверхностей диффузора (с передней стороны колонки и с задней).
• Система одинарного действия, характеризует возбуждение звуков, двигающегося к слушателю только одной стороной диффузора (излучение звуков противоположной стороны, нейтрализуется оформлением динамика).

Поскольку на средне частотные и высокочастотные головки, оформление акустической колонки практически никак не влияет, мы постараемся рассмотреть наиболее распространенных вариантов низкочастотного акустического оформления корпуса.

Широкое применение имеет акустическая схема, называющаяся закрытый ящик (короб) – является корпусным элементом с выведенным наружу диффузором динамика и относится к нагруженному акустическому оформлению. 

• Достоинства корпусного оформления: хорошие показатели амплитудно-частотных и импульсных характеристик. 
• Недостатки корпусного оформления: КПД занижен и большая необходимость в мощном усилителе, также обладает высоким уровнем искажений гармоник.

Звуковые волны, вызванные колебанием противоположной стороны (обратной) диффузора, используют обычно в самым распространенным вариантом двойного действия с применением фазоинвертора, например – фазоинвертор, представляет собой трубу определенного диаметра и длины, установленную в корпус. Расчет длины и сечения трубы (фазоинвертора) происходит таким образом, чтобы на определенной частоте с ней создавались колебания синфазных звуковых волн, вызванные фронтальной стороной диффузора динамика.

Акустическая схема «Ящик-резонатор» обладает с самым широким применением.

Отличительным примером от короба с видимым диффузор, диффузор у резонаторного короба находится внутри самой конструкции, на перегородке, а динамик участия в формировании спектра низких частот не принимает. Внутренний диффузор лишь возбуждает различные звуковые колебания низких частот, которые далее увеличиваются по отношению к громкости в пространстве фазоинвертора, играющего роль резонансной камеры. 

• Главным достоинством этих конструкционных вариантов, является высокий КПД при небольших размерах сабвуфера. 
• А недостатки проявляются в ухудшении импульсных и фазовых характеристиках, воспроизводимое звучание колонки быстро утомляет.

Самым оптимальным вариантом при выборе колонок, будет динамик с деревянным корпусом, среднего размера с фазоинвертором, выполнены по закрытой схеме.

В момент выбора низко-частотного динамика (сабвуфера), следует обращать внимание не на его громкость звучания (этот параметр даже у довольно недорогих вариантах обладает обычно достаточным запасом), а на более достоверное диапазона всех воспроизводимых низких частот. Наиболее нежелательны колонки с тонким корпусом или маленьких размеров с точки зрения качества воспроизводимого звучания.