Программная мощность акустической системы

Содержание:

Что означают термины «пиковая», «мгновенная мощность» и «программная мощность»? Эти термины описывают изменчивую во времени природу музыкального сигнала и электрическую мощность, необходимую для ее воспроизведения. 150 ваттная лампочка представляет собой постоянную 150-ваттную нагрузку на источник питания в то время, когда лампа включена. В отличие от нее 150-ваттному усилителю только в редкие моменты приходится отдавать всю свою мощность громкоговорителю. На рисунке 1 представлена изменчивая во времени природа музыкального сигнала и электрическая мощность, которая требуется для ее воспроизведения. На иллюстрации термин «пиковая мощность» ясно определён как максимальная мощность, требуемая для воспроизведения сигнала в течении короткого интервала времени. Средняя мощность представляет общие усредненные требования в течение рассматриваемого интервала времени.
Важно отметить две вещи: оба типа мощности — пиковая и средняя зависят от состава музыкальной программы. Отношения пиковой и средней мощности заметно меняются от одной музыкальной программы к другой. Термин мгновенная мощность обычно ассоциируется с максимальной кратковременной мощностью, которую может потребоваться при воспроизведении музыкального сигнала. Термины музыкальная мощность или программная мощность не определены жёстко и могут рассматриваться как вариации средней мощности или RMS.
На рисунке 1 график музыкальный сигнал изображён на горизонтальной шкале времени для типичной системы, рассчитанной на работу с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются довольно низкими и только случайные моментальные пики требуют от системы полной выходной мощности. Отношение в децибелах рассчитанное по двум изображенным линиям называется пик-фактором сигнала. В нашем случае отношение порядка 25 дБ, это типичное значение для классической музыки. Для рок-музыки пик-фактор будет в пределах 8 — 10 дБ.

Рисунок 1

Все громкоговорители рассчитаны выдерживать короткие пики мощности. Это гораздо легче, чем держать большую мощность в постоянном режиме. Правильный выбор усилителя зависит от способности громкоговорителя держать мощность. Как спектр музыкальной сигнала влияет на способность динамика держать мощность?
Громкоговорители подвержены двум видам повреждений: механическому и термическому. Пусть у нас имеется неисправный усилитель, который по какой то причине воспроизводит высокочастотный звук за пределами слышимого диапазона. Катушка ВЧ драйвера в таких условиях может сразу выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ динамик подвергается избыточным вибрациям вследствие шума винилового проигрывателя, перегруза по низким частотам, обратной связи по НЧ или комбинации данных факторов. Через некоторое время движущиеся части динамика придут в столь напряжённое состояние, что может возникнуть нарушение центровки катушки и как следствие обрыв. В особо жёстких случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной сборкой как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Мощность, которая вызывает подобные повреждения, может быть совсем не высокой, не больше 20 или 30 ватт, если сигнал находится в инфразвуковом диапазоне. Правилом хорошего тона в инженерной практике является применение обрезного фильтра НЧ в профессиональных системах, для исключения сигналов, находящихся за пределами рабочего диапазона системы.
Как присваиваются номиналы мощности акустическим системам JBL?
Тестовый сигнал для присвоения мощности динамику описывается стандартом Международной Электротехнической Комиссии (IEC) номер 268-5. Это сигнал розового шума с крест фактором 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц. Чтобы присвоить динамику номинал, на контрольный образец подается тестовый сигнал, мощность которого ступенчато увеличивается. Присваивается та номинальная мощность, которую образец выдерживает в течении восьми часов. Подробности процедуры тестирования показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 — Измерения мощности IEC A. Тестовая цепь B. Спектральная характеристика сигнала

Крест фактор шумового сигнала — 6 дБ. Крест фактор связан с пиковым фактором и является точным измерением пикового значения шума, соотнесённого со средней «нагревающей способностью» сигнала в голосовой катушке. Крест фактор 6 дБ означает, что на данный громкоговоритель подаётся сигнал, превышающий в четыре раза среднюю мощность. Например, динамик с номиналом 150 Вт данным методом тестирования подвергался бы испытанию в течение восьми часов сигналом мощностью 600 Вт. Этот метод тестирования так хорошо отвечает реальным условиям работы, что JBL принял его для всех акустических систем вместо всех предшествующих способов присвоения номиналов.

Как измеряется мощность усилителя, какие значения мощности усилителя приводятся в техническом паспорте?
Для того чтобы детально разобраться в проблеме правильного подбора типа усилителя и его выходной мощности, необходимо знать, как измеряется и нормируется его выходная мощность. На практике применяется множество различных методов тестирования усилителей, один из которых рассмотрим более подробно.
К выходным клеммам испытуемого усилителя поочередно подключаются эквиваленты электрической нагрузки (громкоговорители), которыми являются резисторы с активными электрическими сопротивлениями, равными номинальному импедансу подключаемых громкоговорителей, то есть 8, 4 или 2 Ом. Эквивалент нагрузки усилителя должен выдерживать без термических повреждений мощность, развиваемую усилителем.
Параллельно эквиваленту нагрузки также подключается осциллограф, вольтметр и измеритель коэффициента нелинейных искажений. На вход усилителя с тестового генератора подается синусоидальный электрический сигнал с частотой колебаний 1 кГц. Затем сигнал увеличивается по амплитуде напряжения до тех пор, пока сумма среднеквадратичных амплитуд напряжений побочно генерируемых гармоник в спектре усиленного электрического сигнала не достигнет 0,5%. Это показатель общих гармонических искажений (total harmonic distortion, THD) от среднеквадратичного значения амплитуды напряжения тестового сигнала на выходе усилителя, что является приемлемой величиной для профессионального усилителя.
Вместе с этим фиксируют пиковое значение амплитуды напряжения синусоидального тестового сигнала на выводах эквивалента нагрузки. Такой тест производят поочередно для каждого значения электрического сопротивления нагрузки.
В технический паспорт усилителя, как правило, вносят среднеквадратичное RMS значение выходной мощности, вычисленное по результатам выше приведенного метода. К примеру, если в техническом паспорте на усилитель указано значение выходной мощности, допустим, 300 Вт на сопротивлении нагрузки 4 Ом и указан метод измерения этой мощности (1 кГц при 0,5% THD), то пиковые значения выходной мощности для данного электрического сопротивления нагрузки будут достигать 600 Вт, так как пик-фактор синусоидального тестового сигнала равен 3 дБ (два раза по мощности).
Существует множество стандартов которыми обозначают мощность усилителя, но все их можно объединить в одну таблицу.

Читайте также:  Dict object has no attribute

Стандарты мощности:

Musiс — Музыкальная = (4xRMS или 6dB)
Program — Программная = (4xRMS или 6dB)
Pink Noise — Розовый шум = (4xRMS или 6dB)
Short Term — Кратковременная = (4xRMS или 6dB)
Разделить на 2, чтобы получить пиковую мощность
Continuous RMS — Непрерывная RMS = (RMS или 0dB)
Continuous Sine — Непрерывная синусная = (RMS или 0dB)
RMS — Среднеквадратичная = (RMS или 0dB)
Sine — Синусная = (RMS или 0dB)
Watts — Ватты или (Вт) = (RMS или 0dB)
Умножить на 2, чтобы получить пиковую мощность
Continuous Program — Непрерывная Программная мощность = (2xRMS или 3dB)
Long Term — Долговременная = (2xRMS или 3dB)
Peak — Пиковая = (2xRMS или 3dB)
Continuous — Непрерывная = (2xRMS или 3dB)
Max — Максимальная = (2xRMS или 3dB)
Номинальная — Номинальная = (2xRMS или 3dB)
Average — Средняя = (2xRMS или 3dB)
AES = (2xRMS или 3dB)
ETA-RS426A = (2xRMS или 3dB)
Равняется пиковой мощности

ВИДЫ МОЩНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Номинальная – среднеквадратичное значение электрической мощности, ограниченной заданным уровнем нелинейных искажений.

Максимальная синусоидальная – мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой акустика может длительное время работать без механических и тепловых повреждений.

Максимальная шумовая – электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель длительное время выдерживает без тепловых и механических повреждений.

Пиковая – максимальная кратковременная мощность, которую выдерживают без повреждений динамики при подаче на них специального шумового сигнала в течение короткого промежутка времени (обычно 1 секунда). Испытания повторяются 60 раз с интервалом в 1 мин.

Максимальная долговременная – электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.

Отвечаем на часто задаваемые вопросы.

Сохранить и прочитать потом —

1. Что означают такие термины, как «пиковая мощность», «мгновенная мощность», «музыкальная мощность» и «программная мощность»?

Эти термины тем или иным способом описывают изменяющуюся во времени природу музыки и необходимую для ее воспроизведения мощность электропитания. Включенная 150-ваттная лампочка создает постоянную нагрузку в 150 Вт на источник питания. А вот 150-ваттный усилитель будет отдавать акустической системе всю свою мощь только в редкие пиковые моменты. На рис. 1 изображены изменяющийся во времени музыкальный сигнал и мощность, необходимая для его воспроизведения.

Термин «пиковая мощность» на этой иллюстрации определяется как максимальная мощность, требующаяся системе в рамках указанного интервала времени. «Средняя мощность» представляет ее усредненную величину в течение этого же периода.

Следует отметить два обстоятельства: и пиковая, и средняя мощность в значительной степени зависят от характера музыкального сигнала, и их соотношение для разных музыкальных программ может сильно разниться.

В строгом смысле термин «мгновенная мощность» относится к любой краткосрочной потребности в мощности и обычно ассоциируется с ее максимальным значением, которое может потребоваться для воспроизведения музыкального сигнала. «Музыкальная мощность» и «программная мощность» не имеют строгого определения; их можно рассматривать как варианты средней мощности.

На рисунке изображена огибающая мощности музыкального сигнала по времени для типичной акустической системы, рассчитанной на использование с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются достаточно низкими; только хаотичные мгновенные пики требуют от системы ее выдачи в полном объеме. Отношение в децибелах, рассчитанное на основе двух пунктирных линий, называется пик-фактором сигнала. В данном случае оно составляет примерно 25 дБ, что характерно для классической музыки. Для роковых композиций значение пик-фактора лежит в диапазоне от 8 до 10 дБ.

Все акустические системы способны выдерживать намного большую мощность в кратковременном пике, чем в постоянном режиме, и правильный выбор усилителя в большой степени определяется именно этой способностью АС.

2. Как характер музыкального материала влияет на предельно допустимую мощность АС?

Динамики АС могут получать повреждения двух типов – термические и механические. Предположим, что 100-ваттный усилитель вышел из строя и начал выдавать высокочастотные колебания за пределами диапазона слышимости. Легкая звуковая катушка твитера почти сразу может выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ-динамик постоянно подвергается избыточной раскачке из-за рокота проигрывателя винила, слишком высокого уровня басов, обратной связи в низкочастотной области или сочетания этих факторов. Через некоторое время движущиеся части вуфера окажутся в напряженном состоянии, способном привести к смещению оси звуковой катушки и ее износу из-за трения. В особо серьезных случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной системой, как показано на рис. 2.

Читайте также:  Добавить новый способ оплаты


Динамик в нормальном состоянии


Динамик в перегруженном состоянии

К таким повреждениям может привести даже не очень высокая мощность; в случае сигнала сверхнизкой частоты достаточно всего 20-30 Вт. Общепринятые инженерные практики подразумевают применение в профессиональных системах фильтров высокой частоты для ослабления сигналов за пределами полосы пропускания системы.

3. Как рассчитывается номинальная мощность акустических систем JBL Professional?

Как было отмечено, динамик АС может быть поврежден в результате перегрева звуковой катушки или избыточной раскачки в низкочастотной области. В идеале нам нужен стандартный тестовый сигнал, в котором приняты в расчет оба этих вида повреждений и в то же время применимый на практике. Он описывается стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) № 268-5. Это сигнал типа розовый шум с коэффициентом амплитуды нагрузки 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц.

Для определения номинальной мощности на испытуемые экземпляры динамиков подается тестовый сигнал с постепенным увеличением мощности и выявляется тот ее уровень, который они способны выдерживать в течение восьми часов. Подробности процесса тестирования приведены на рис. 3.

Мы уже упоминали выше, что коэффициент амплитуды нагрузки составляет 6 дБ. Поясним это в подробностях. Коэффициент амплитуды соотносится с пик-фактором сигнала и является точной мерой пикового значения шума, связанного со средней «нагревающей способностью» сигнала для звуковой катушки. Величина 6 дБ означает, что на конкретный динамик или преобразователь подается сигнал, мощность которого в четыре раза превышает среднюю. Например, при тестировании этим методом динамика с номинальной мощностью 150 Вт на него в течение восьми часов подавался бы сигнал с мгновенной мощностью 600 Вт. Этот метод настолько хорошо отвечает реальным условиям работы динамиков, что компания JBL теперь применяет его для всех акустических систем, отказавшись от всех ранее использовавшихся показателей мощности.

4. Что можно сказать о неправильной эксплуатации АС в нормальном режиме? Применяются ли в подобных условиях какие-либо корректирующие коэффициенты для систем?

Да. JBL выделяет три категории способов применения АС, в которых требуется корректировка указанного для системы номинала IEC:

A. При тщательно контролируемом использовании в случаях, когда должно быть обеспечено прохождение пиковых сигналов, для системы требуется усилитель, мощность которого вдвое превышает номинал АС по IEC. Например, комплект студийных мониторов с номинальной мощностью 300 Вт будет успешно работать с усилителем с выходной мощностью 600 Вт.

Пояснение: тщательное наблюдение в данном случае необходимо. Процесс записи высококлассной музыки сегодня подразумевает наличие в сигнале всплесков высокой амплитуды. Они обычно имеют очень малую продолжительность и в силу этого не нагружают компоненты системы. Таким образом, дополнительный резерв по мощности в 3 дБ (в два раза) обеспечит более устойчивое функционирование системы и меньшую утомляемость слушателя.

B. При рутинном применении, когда в расчет должен входить постоянно высокий, но не приводящий к искажениям уровень сигнала, для системы требуется усилитель, мощность которого соответствует номиналу АС по IEC.

Пояснение: к этому случаю относится большая часть ситуаций, в которых требуется звукоусиление. Такие системы нередко неумышленно подвергаются перегрузкам или могут войти в цикл обратной связи. При использовании усилителя с такой же номинальной мощностью по IEC владелец может рассчитывать на безопасную работу системы.

C. При применении в системе с музыкальными инструментами, допускающими возможность применения искажений (перегрузки звука), требуется усилитель, мощность которого соответствует половине номинала АС по IEC.

Пояснение: большая часть рок-композиций записывается практически на максимальном уровне, близком к клиппированию, поскольку именно такой звук нравится поклонникам рока. Если усилитель, способный выдавать 300 Вт на синусоидальном сигнале без искажений, выводится в режим клиппинга, его выходная мощность может достигать 600 Вт! В таком случае понижение мощности усилителя до половины номинала IEC обеспечит безопасную работу динамиков.

Отвечаем на часто задаваемые вопросы.

Сохранить и прочитать потом —

1. Что означают такие термины, как «пиковая мощность», «мгновенная мощность», «музыкальная мощность» и «программная мощность»?

Эти термины тем или иным способом описывают изменяющуюся во времени природу музыки и необходимую для ее воспроизведения мощность электропитания. Включенная 150-ваттная лампочка создает постоянную нагрузку в 150 Вт на источник питания. А вот 150-ваттный усилитель будет отдавать акустической системе всю свою мощь только в редкие пиковые моменты. На рис. 1 изображены изменяющийся во времени музыкальный сигнал и мощность, необходимая для его воспроизведения.

Термин «пиковая мощность» на этой иллюстрации определяется как максимальная мощность, требующаяся системе в рамках указанного интервала времени. «Средняя мощность» представляет ее усредненную величину в течение этого же периода.

Следует отметить два обстоятельства: и пиковая, и средняя мощность в значительной степени зависят от характера музыкального сигнала, и их соотношение для разных музыкальных программ может сильно разниться.

В строгом смысле термин «мгновенная мощность» относится к любой краткосрочной потребности в мощности и обычно ассоциируется с ее максимальным значением, которое может потребоваться для воспроизведения музыкального сигнала. «Музыкальная мощность» и «программная мощность» не имеют строгого определения; их можно рассматривать как варианты средней мощности.

Читайте также:  Ситилинк где вводить промокод

На рисунке изображена огибающая мощности музыкального сигнала по времени для типичной акустической системы, рассчитанной на использование с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются достаточно низкими; только хаотичные мгновенные пики требуют от системы ее выдачи в полном объеме. Отношение в децибелах, рассчитанное на основе двух пунктирных линий, называется пик-фактором сигнала. В данном случае оно составляет примерно 25 дБ, что характерно для классической музыки. Для роковых композиций значение пик-фактора лежит в диапазоне от 8 до 10 дБ.

Все акустические системы способны выдерживать намного большую мощность в кратковременном пике, чем в постоянном режиме, и правильный выбор усилителя в большой степени определяется именно этой способностью АС.

2. Как характер музыкального материала влияет на предельно допустимую мощность АС?

Динамики АС могут получать повреждения двух типов – термические и механические. Предположим, что 100-ваттный усилитель вышел из строя и начал выдавать высокочастотные колебания за пределами диапазона слышимости. Легкая звуковая катушка твитера почти сразу может выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ-динамик постоянно подвергается избыточной раскачке из-за рокота проигрывателя винила, слишком высокого уровня басов, обратной связи в низкочастотной области или сочетания этих факторов. Через некоторое время движущиеся части вуфера окажутся в напряженном состоянии, способном привести к смещению оси звуковой катушки и ее износу из-за трения. В особо серьезных случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной системой, как показано на рис. 2.


Динамик в нормальном состоянии


Динамик в перегруженном состоянии

К таким повреждениям может привести даже не очень высокая мощность; в случае сигнала сверхнизкой частоты достаточно всего 20-30 Вт. Общепринятые инженерные практики подразумевают применение в профессиональных системах фильтров высокой частоты для ослабления сигналов за пределами полосы пропускания системы.

3. Как рассчитывается номинальная мощность акустических систем JBL Professional?

Как было отмечено, динамик АС может быть поврежден в результате перегрева звуковой катушки или избыточной раскачки в низкочастотной области. В идеале нам нужен стандартный тестовый сигнал, в котором приняты в расчет оба этих вида повреждений и в то же время применимый на практике. Он описывается стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) № 268-5. Это сигнал типа розовый шум с коэффициентом амплитуды нагрузки 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц.

Для определения номинальной мощности на испытуемые экземпляры динамиков подается тестовый сигнал с постепенным увеличением мощности и выявляется тот ее уровень, который они способны выдерживать в течение восьми часов. Подробности процесса тестирования приведены на рис. 3.

Мы уже упоминали выше, что коэффициент амплитуды нагрузки составляет 6 дБ. Поясним это в подробностях. Коэффициент амплитуды соотносится с пик-фактором сигнала и является точной мерой пикового значения шума, связанного со средней «нагревающей способностью» сигнала для звуковой катушки. Величина 6 дБ означает, что на конкретный динамик или преобразователь подается сигнал, мощность которого в четыре раза превышает среднюю. Например, при тестировании этим методом динамика с номинальной мощностью 150 Вт на него в течение восьми часов подавался бы сигнал с мгновенной мощностью 600 Вт. Этот метод настолько хорошо отвечает реальным условиям работы динамиков, что компания JBL теперь применяет его для всех акустических систем, отказавшись от всех ранее использовавшихся показателей мощности.

4. Что можно сказать о неправильной эксплуатации АС в нормальном режиме? Применяются ли в подобных условиях какие-либо корректирующие коэффициенты для систем?

Да. JBL выделяет три категории способов применения АС, в которых требуется корректировка указанного для системы номинала IEC:

A. При тщательно контролируемом использовании в случаях, когда должно быть обеспечено прохождение пиковых сигналов, для системы требуется усилитель, мощность которого вдвое превышает номинал АС по IEC. Например, комплект студийных мониторов с номинальной мощностью 300 Вт будет успешно работать с усилителем с выходной мощностью 600 Вт.

Пояснение: тщательное наблюдение в данном случае необходимо. Процесс записи высококлассной музыки сегодня подразумевает наличие в сигнале всплесков высокой амплитуды. Они обычно имеют очень малую продолжительность и в силу этого не нагружают компоненты системы. Таким образом, дополнительный резерв по мощности в 3 дБ (в два раза) обеспечит более устойчивое функционирование системы и меньшую утомляемость слушателя.

B. При рутинном применении, когда в расчет должен входить постоянно высокий, но не приводящий к искажениям уровень сигнала, для системы требуется усилитель, мощность которого соответствует номиналу АС по IEC.

Пояснение: к этому случаю относится большая часть ситуаций, в которых требуется звукоусиление. Такие системы нередко неумышленно подвергаются перегрузкам или могут войти в цикл обратной связи. При использовании усилителя с такой же номинальной мощностью по IEC владелец может рассчитывать на безопасную работу системы.

C. При применении в системе с музыкальными инструментами, допускающими возможность применения искажений (перегрузки звука), требуется усилитель, мощность которого соответствует половине номинала АС по IEC.

Пояснение: большая часть рок-композиций записывается практически на максимальном уровне, близком к клиппированию, поскольку именно такой звук нравится поклонникам рока. Если усилитель, способный выдавать 300 Вт на синусоидальном сигнале без искажений, выводится в режим клиппинга, его выходная мощность может достигать 600 Вт! В таком случае понижение мощности усилителя до половины номинала IEC обеспечит безопасную работу динамиков.