Усилитель мощности — это основной элемент звуковой системы. Это устройство получает сигнал малого уровня от линейного выхода головного устройства и увеличивает его напряжение и ток до нужных величин, достаточных для обычной работы динамиков.

Систематизация усилителей

Усилитель условно можно поделить на четыре главные части: блок питания усилителя, блок обработки входного сигнала, драйвер и блок формирования выходного сигнала.

Блок питания — это группа электронных цепей, формирующих и регулирующих напряжение для питания разных частей усилителя.

Блок обработки входного сигнала ассоциирует сигнал, получаемый от предусилителя магнитолы с выходным сигналом усилителя для его корректировки, чтоб удалить преломления, возникающие при усилении. Не считая того, этот блок увеличивает входной сигнал до уровня, нужного для следующего его усиления в других частях усилителя.

Драйвер делит сигнал на два разнополярных сигнала (фазовое разделение) и увеличивает его для следующей передачи в блок обработки выходного сигнала.

И в конце концов, последняя стадия усиления — блок обработки выходного сигнала (его вернее именовать выходным каскадом либо оконечником), который в главном и определяет класс усилителя.

Усилители делятся по классам зависимо от собственной эффективности (К.П.Д.) и уровня преломления выходного сигнала:

Класс А. Усилители этого класса владеют низкой эффективностью, но дают очень «чистый» сигнал. Большая часть усилителей класса А имеют К.П.Д. равным 20 — 30%, другими словами при потреблении 100 Вт от аккума автомобиля он выдает сигнал на динамики мощностью всего в 20 — 30 Вт. Остальная мощность пропадает в электронной цепи усилителя, превращаясь в тепло. Высококачественные усилители А класса изредка используются в авто аудиосистемах, потому что они владеют малой мощностью при очень больших ценах. Ламповые усилители класса А можно повстречать только в очень дорогих аудиосистемах уровня Hi-End.

Класс В. Эффективность усилителя этого класса практически вдвое выше эффективности усилителя класса А. Но, преломления в выходном сигнале очень высоки, что делает этот класс усилителей неприемлемым для car audio.

Класс С. Усилители этого класса имеют К.П.Д. равным практически 75%, что делает их очень действенными, но с повышением К.П.Д. резко растут преломления. Эти усилители не подходят для усиления звука в Hi-Fi аудиосистемах.

Класс АВ. Большая часть Hi-Fi усилителей принадлежат конкретно этому промежному классу. Они вобрали в себя способности усилителей класса А — относительно «чистый сигнал» при относительно хороший эффективности (малость ниже чем в классе В).

Класс D. Это самый современный класс усилителей, применяющие цифровую обработку сигнала. Усилители D класса очень малогабаритные, что в дальнейшем даст им преимущество на рынке авто аудиосистем. В текущее время, цифровые авто усилители встречаются еще пореже, чем пользующиеся популярностью аналоговые усилители АВ класса.

Коэффициент гармонических искажений (THD)

Звуковой сигнал состоит из огромного количества частот и полутонов. Гармоника — это полутон начальной нотки (основной частоты), который отвечает за нрав звучания нотки. Звуковой сигнал можно представить как сложную комбинацию колебаний точно взаимосвязанных синусоидальных волн (гармоник).

В процессе усиления, проходя через разные блоки усилителя, звуковой сигналискажается, «обрастая» ненадобными гармониками. Возросшее количество гармоник в усиленном сигнале, выраженное в процентах, и есть коэффициент гармонических искажений (Total Harmonic Distorsion). В спецификации усилителя указываются несколько коэффициентов гармоник для разных частотных диапазонов, уровней выходной мощности и сопротивлений нагрузки. Чем меньше этот коэффициент, тем выше качество усилителя.

Разделение каналов (Stereo Separation)

Этот показатель охарактеризовывает уровень изолированности 2-ух каналов усиления (правого и левого) друг от друга. Их взаимовлияние обосновано наличием общего источника питания в усилителе. Выражается этот показатель в децибелах и охарактеризовывает уровень интенсивности левого канала относительно уровня «просочившегося» в него правого канала и напротив. Чем выше этот показатель, тем лучше усилитель. Избежать «просачивание» можно подменой 1-го стерео усилителя на два отдельных моно усилителя. В классе high-end эта неувязка решается установкой 2-ух блоков питания в один стерео усилитель.

Демпфирующий фактор (Damping Factor)

Для того, чтоб осознать суть демпфирующего фактора усилителя, разглядим поведение мембраны сабвуфера в период меж импульсами. Низкочастотый импульс, посылаемый усилителем на катушку динамика принуждает его мембрану двигаться вперед. Достигнув определенной верхней точки мембрана начинает возвратимое движение. Возвратившись в начальную точку мембрана не замирает сходу, а продолжает вибрировать по инерции некое время, что генерирует в обмотке динамика оборотный электронный ток. Усилители конструируются таким макаром, чтоб закорачивать оборотный ток от динамика и, тем тормозить вибрацию мембраны в период меж импульсами. Чем выше демпфирующий фактор усилителя, тем резвее мембрана останавливается, ворачиваясь вспять в начальную точку после импульса.

Демпфирующий фактор усилителя определяется как отношение сопротивления динамика к сопротивлению усилителя. Чем ниже сопротивление динамика, тем ниже демпфирующий фактор.

Ламповые усилители в силу конструктивных особенностей имеют маленький демпфирующий фактор, что обуславливает «мягкий» бас в звуковой картине. Производители транзисторных усилителей стараются повысить демпфирующий фактор для репродукции «жесткого» баса, потому что при желании бас можно смягчить, заключив в короб низкочастотный динамик. Ужесточить же «мягкий» бас сабвуферным коробом еще труднее.

Подключение и настройка усилителей

Схема с внедрением 1-го двухканального усилителя, к каждому каналу которого подключены две компонентные акустические системы (две вперед и две в заднюю часть салона). Это более обычная и доступная схема усиления без внедрения активного кроссовера. Направьте внимание, что пара задних динамиков подключаются к основной фронтальной паре параллельно. Параллельное подключение динамиков уменьшает их сопротивление вдвое. Если усилитель имеет полное сопротивление нагрузки равное 4 Ом, то параллельное подключение 2-ух восьмиомных динамиков является полностью применимым. Главное при подсоединении динамиков, верно высчитать их общее сопротивление. Не следует делать его меньше, чем сопротивление нагрузки усилителя.

Схема с внедрением 2-ух двухканальных усилителей, когда усиление низкочастотного диапазона звукового сигнала происходит раздельно от среднего и частотного диапазонов, отделенных от него электрическим кроссовером. Потому что сабвуфер имеет К.П.Д. наименьший, чем частотный динамик, он потребляет больше мощности от усилителя, чем последний, для сотворения равного звукового давления. Усиливаясь в одном усилителе, низкие частоты отбирают огромную часть мощности и фактически ничего не оставляют для средних и больших частот, которые начинают плохо вырисовываться в звуковой картине. Повышение громкости для «вытягивания» средних и больших приводит к искажениям в области низких частот. Звуковая картина совсем портится.

Если же усиливать низкие частоты раздельно от других, то мы имеем прекрасную возможность сделать средние и высочайшие частоты довольно звучными и колоритными, не искажая низкочастотную составляющую сигнала. Звуковая картина становится точной, а эффективность системы существенно растет.

Например, если мы имеем усилитель для сабвуфера мощностью 60 Вт, то для неплохого звука в салоне для средне- и высокочастотных динамиков достаточен отдельный усилитель мощностью только в 20 Вт. Если кроссовер верно настроен, другими словами каждый усилитель получает свою порцию частотного спектра, то возможный уровень звукового давления (SPL) этой системы будет эквивалентен мощности 150 Вт, а не 80 Вт (60Вт + 20 Вт).

Мостовое соединение каналов усилителя (Bridge ON-OFF)

При мостовом соединении в усилителе соединяются воединыжды положительный провод выхода на динамики 1-го канала усиления и отрицательный провод выхода на динамик второго канала усиления. Объединяя таким макаром левый и правый канал мы получаем один еще более мощнейший моно канал для подключения к нему сабвуфера. Его мощность вчетверо больше мощности 1-го канала до мостового режима подключения, потому что мощность — есть квадрат напряжения поделенный на сопротивление, которое остается постоянным. Допустим, напряжение на выходе на одном канале равно 15 Вольт, как следует мощность его будет равна:

15(15/4Ом) = 56.25 Вт.

При мостовом подключении напряжение объединенного канала станет равным 30 Вольт, а мощность станет равной:

30(30/4Ом)= 225 Вт.

Но, следует держать в голове, что повышение мощности не ведет к пропорциональному повышению громкости (дБ) звука. Повышение мощности вдвое дает повышение уровня звукового давления всего на 3 дБ. В нашем случае, при увеличении мощности вчетверо давление звука вырастет на 6 дБ.

Для того, чтоб верно настроить усилитель нужно произвести последующие деяния:

1. Скрутить на усилителе регулятор усиления (gain) на минимум (малое усиление).
2. Поднять громкость на головном устройстве до наибольшего уровня, на котором еще не начались преломления.
3. На усилителе медлительно поднять регулятор усиления до уровня предыдущего искажениям (очень «чистое» усиление).
4. Убавить громкость на головном устройстве до хотимого.

В итоге этих действий мы получим наибольший уровень звукового давления (SPL), который может выдать звуковая система.

Конденсаторы — это устройства, которые могут копить и отдавать электронный заряд. Ёмкость конденсаторов измеряется в Фарадах. Конденсатор емкостью 1 Ф копит электронный заряд, эквивалентный силе тока в 1 А, действующего 1 секунду. Заряженный конденсатор разряжается очень стремительно, что делает его очень полезным для поддержания энергопитания массивных аудиосистем в автомобиле.

Усилитель во время работы может краткосрочно потреблять мощность, втрое превосходящую его среднюю потребляемую мощность. В эти недлинные периоды времени аккумулятор автомобиля не в состоянии обеспечить усилитель подходящей силой тока, и как следствие, происходит падение напряжения в энергосистеме автомобиля, что приводит к искажению звука (глухой бас). Установка конденсатора удачно решает эту делему. Конденсатор, стремительно разряжаясь, сглаживает падение напряжения в эти недлинные промежутки времени и обеспечивает усилителю ровненькое питание.

Конденсаторы для схожих целей выпускаются емкостью от 250.000 мФ до 2.000.000 мФ. Подбираются конденсаторы по правилу, по которому на каждые 100 Вт выходной мощности усилителя устанавливается 100.000 мФ емкости конденсатора.

Закон Вебера-Фехнера
Когда интенсивность раздражения растет в геометрической прогрессии, интенсивность восприятия звука вырастает в арифметической прогрессии. Следует отличать беспристрастную характеристику звука — его интенсивность от личного чувства громкости. При удваивании интенсивности раздражения (мощности звука) громкость не кажется нам удвоившейся. Удвоение громкости чувствуется только при достижении 2-ой степени начального раздражения. Для измерения громкости пользуются единицами, именуемыми децибелами.

n децибел = 10lg (I’/I),

где I’ и I — интенсивности звуков, громкость которых отличается на n децибел