Многообразие применяемых стандартов измерения выходной мощности усилителей и мощности колонок может сбить с толку любого. Вот блочный усилитель солидной фирмы 35 Вт на канал, а вот дешевенький музыкальный центр с наклейкой 1000 Вт. Такое сравнение вызовет явное недоумение у потенциального покупателя. Самое время обратиться к стандартам...

Стандарты мощности (DIN,RMS,PMPO)

В России используется два параметра мощности - номинальная и синусоидальная. Это нашло свое отражение в названиях акустических систем и обозначениях динамиков. Причем, если раньше в основном использовалась номинальная мощность, то теперь чаще - синусоидальная. Например, колонки 35АС впоследствии получили обозначение S-90 (номинальная мощность 35 Вт, синусоидальная мощность 90 Вт)

Номинальная мощность - мощность при среднем положении регулятора громкости усилителя, при которой остальные параметры устройства соответствуют заявленным в техническом описании.

Синусоидальная мощность - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно в 2 - 3 раза выше номинальной.

Западные стандарты более широки, как правило, используются DIN, RMS и PMPO.

DIN - примерно соответствует синусоидальной мощности - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с сигналом "розового шума" без физического повреждения.

RMS (Rated Maxmum Sinusoidal) - Максимальная (предельная) синусоидальная мощность - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно на 20 - 25 процентов выше DIN.

PMPO (Peek Music Power Output)- Музыкальная мощность (запредельная:-)) - мощность, которую динамик колонки может выдержать в течение 1 -2 секунд на сигнале низкой частоты (около 200 Гц) без физического повреждения. Обычно в 10 - 20 раз выше DIN.

Как правило, серьезные западные производители указывают мощность своих изделий в DIN, а производители дешевых музыкальных центров и компьютерных колонок в PMPO.

Особенности стандартов,

описывающих мощность в звукотехнике

Многим иногда приходилось задумываться, что же именно обозначает мощность, в том или ином виде приводимая в паспортах акустических систем и звукоусилительной аппаратуры. Материалов на эту тему в сети и печатных изданиях встречается на удивление мало, внятных ответов на вопросы тоже.

Международные стандарты

RMS (Root Mean Squared)

Среднеквадратичное значение мощности, ограниченной заданными нелинейными искажениями.

Мощность замеряется синусоидальным сигналом на частоте 1 кГц при достижении 10% THD. Она вычисляется, как произведение среднеквадратичных значений напряжения и тока при эквивалентном количестве теплоты, создаваемой постоянным током. То есть, эта мощность численно равна квадратному корню из произведения квадратов усредненных величин напряжения и тока.

Для синусоидального сигнала среднеквадратичное значение меньше амплитудного в V2 раз (x 0,707). Вообще же, это виртуальная величина, термин "среднеквадратичный", строго говоря, может быть применен к напряжению или силе тока, но не к мощности. Известный аналог - действующее значение (все знают его для сети электропитания переменным током - это те самые 220 V для России).

Попробую объяснить, почему это понятие для описания звуковых характеристик малоинформативно. Среднеквадратичная мощность - это производящая работу. То есть, имеет смысл в электротехнике. И относится не обязательно к синусоиде. В случае музыкальных сигналов громкие звуки мы слышим лучше, чем слабые. И на органы слуха воздействуют больше амплитудные значения, а не среднеквадратичные. То есть громкость не эквивалентна мощности. Поэтому среднеквадратичные значения имеют смысл в электросчетчике, а вот амплитудные в музыке. Еще более популистский пример - АЧХ. Провалы АЧХ заметны меньше, чем пики. То есть громкие звуки более информативны, чем тихие, а усредненное значение будет мало о чем говорить.

Таким образом, стандарт RMS был одной из не самых удачных попыток описать параметры звуковой аппаратуры, которые не отражают громкость, как величину.

В усилителях и акустике этот параметр тоже, по сути, имеет весьма ограниченное применение - усилитель, который выдает 10% искажений не на максимальной мощности (когда возникает клиппинг, ограничение амплитуды усиливаемого сигнала с возникающими специфическими динамическими искажениями), еще поискать. До достижения максимальной мощности искажения транзисторных усилителей, например, не превышают зачастую сотых долей процента, а уж выше резко возрастают (нештатный режим). Многие акустические системы при длительной работе с таким уровнем искажений уже способны выйти из строя.

Для совсем уж дешевой техники указывается другая величина - PMPO, совсем уж бессмысленный и никем не нормированный параметр, а значит, друзья-китайцы измеряют его так, как бог на душу положит. Если точнее, в попугаях, причем каждый в своих. Значения PMPO часто превышают номинальные вплоть до коэффициента 20.

PMPO

(Peak Music Power Output)

Пиковая кратковременная музыкальная мощность, величина, которая означает максимально достижимое пиковое значение сигнала независимо от искажений вообще за минимальный промежуток времени (обычно за 10 mS, но, вообще, не нормировано).

Как следует из описания, параметр еще более виртуальный и бессмысленный в практическом применении. Посоветую эти значения не воспринимать всерьез и на них не ориентироваться. Если вас угораздило покупать аппаратуру с параметрами мощности, указанными только, как PMPO, то единственный совет - послушать самостоятельно и определить, подходит это вам или нет.

DIN 45500

Комплекс общепринятых стандартов IEEE, описывающих различные звукоусилительные характеристики аппаратуры более достоверным образом.

DIN POWER

Значение выдаваемой на реальной нагрузке (для усилителя) или подводимой (к АС) мощности, ограниченной нелинейными искажениями.

Измеряется подачей сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение 10 минут. Мощность замеряется при достижении 1 % THD (нелинейных искажений).

Строго говоря, есть и другие виды измерений, например, DIN MUSIC POWER, описывающая мощность уже музыкального сигнала. Обычно указываемая величина DIN music выше, чем приводимая как DIN.

EIAJ (Electronic Industries Association of Japan) - японская ассоциация отраслей электронной промышленности.

Отечественные стандарты

Номинальная мощность

(ГОСТ 23262-88)

Величина искусственная, она оставляет свободу выбора изготовителю. Разработчик волен указать значение номинальной мощности, соответствующее наиболее выгодному значению нелинейных искажений. Обычно указанная мощность подгонялась под требования ГОСТ к классу сложности исполнения при наилучшем сочетании измеряемых характеристик. Указывается как у АС, так и у усилителей.

Иногда это приводило к парадоксам - при искажениях типа "ступенька", возникающих в усилителях класса АВ на малых уровнях громкости, уровень искажений мог снижаться при увеличении выходной мощности сигнала до номинальной. Таким образом достигались рекордные номинальные характеристики в паспортах усилителей, с крайне низким уровнем искажений при высокой номинальной мощности усилителя. Тогда как наивысшая статистическая плотность музыкального сигнала лежит в диапазоне амплитуд 5-15% от максимальной мощности усилителя. Вероятно, поэтому российские усилители заметно проигрывали на слух западным, у которых оптимум искажений мог быть на средних уровнях громкости, тогда как в СССР шла гонка за минимумом гармонических и иногда интермодуляционных искажений любой ценой на одном, номинальном (почти максимальном) уровне мощности.

Паспортная шумовая мощность

Электрическая мощность, ограниченная исключительно тепловыми и механическими повреждениями (например: сползание витков звуковой катушки от перегрева, выгорание проводников в местах перегиба или спайки, обрыв гибких проводов и т.п.) при подведении розового шума через корректирующую цепь в течение 100 часов.

Максимальная кратковременная мощность

Электрическая мощность, которую громкоговорители АС выдерживают без повреждений (проверяется по отсутствию дребезжаний) в течение короткого промежутка времени. В качестве испытательного сигнала используется розовый шум. Сигнал подается на АС в течение 2 сек. Испытания проводятся 60 раз с интервалом в 1 минуту. Данный вид мощности дает возможность судить о кратковременных перегрузках, которые может выдержать громкоговоритель АС в ситуациях, возникающих в процессе эксплуатации.

Максимальная долговременная мощность

Электрическая мощность, которую выдерживают громкоговорители АС без повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом 2 минуты. Испытательный сигнал тот же.

Максимальная долговременная мощность определяется нарушением тепловой прочности громкоговорителей АС (сползанием витков звуковой катушки и др.).

Общая терминология

Розовый шум

Группа сигналов со случайным характером и равномерной спектральной плотностью распределения по частотам, убывающей с увеличением частоты со спадом 3 дБ на октаву во всем диапазоне измерений, с зависимостью среднего уровня от частоты в виде 1/f. Розовый шум имеет постоянную (по времени) энергию на любом из участков частотной полосы.

Белый шум

Группа сигналов со случайным характером и равномерной и постоянной спектральной плотностью распределения по частотам. Белый шум имеет одинаковую энергию на любом из участков частот.

Октава

Музыкальная полоса частот, соотношение крайних частот которой равно 2.

Электрическая мощность

Мощность, рассеиваемая на омическом эквивалентном сопротивлении, равном по величине номинальному электрическому сопротивлению АС, при напряжении, равном напряжению на зажимах АС. То есть, на сопротивлении, эмулирующем реальную нагрузку в тех же условиях.

Акустическая система является неотъемлемой составной частью любой аудиосистемы, от кино-концертной аппаратуры до домашнего кинотеатра или обычной компьютерной мультимедийной системы. В состав акустической системы входят несколько звуковых (акустических) колонок (АС), их количество и назначение может сильно различаться.

Для эффективного озвучивания небольшой комнаты подчас вполне достаточно двух добротных колонок, чтобы насладиться всеми нюансами звуковой картины современных фильмов или наиболее совершенных компьютерных игр понадобится уже многоканальная активная акустическая система.

Что же конкретно нужно знать для приобретения акустики необходимого ценового уровня и качества звучания? Об этом и особенностях эксплуатации читайте далее.

Акустические системы | История многоканального звуковоспроизведения

Исторически первой системой многоканального воспроизведения звука была стереофония . Две расположенные перед слушателем аудиоколонки обеспечивают пространственное распределение источников звука прослушиваемой фонограммы. Естественно, звукозапись при этом должна быть выполнена в стереоформате и прослушиваться через двухканальный усилитель, имеющий правый и левый канал (ПКи ЛК).

По современной классификации такая акустика обозначается - 2.0, что означает две фронтальные боковые колонки при отсутствии сабвуфера. Современный вариант стереосистемы - формат 2.1. При этом к двум фронтальным колонкам добавляется сабвуфер, предназначенный исключительно для воспроизведения низкочастотных звуков.

Дело в том, что добиться от фронтальных колонок качественной звуковой отдачи по низким частотам (НЧ) довольно сложная задача, при этом акустика получается значительно увеличенной в размерах и цене. Гораздо проще и дешевле сделать отдельную НЧ-колонку - сабвуфер. Сигнал для сабвуфера выделяется из сигналов левого и правого каналов. На качестве стереоэффекта это практически не сказывается, так как человеческое ухо почти не воспринимает местоположение источника низкочастотных звуков. Основная информация о локализации источников звука находится в среднечастотном (СЧ) и высокочастотном (ВЧ) участках диапазона, за которые отвечают две фронтальные колонки.

Дальнейшим усовершенствованием аудиосистем было четырехканальное звуковоспроизведение. Аналоговый вариант таких систем назывался квадрофонией . В этом случае к двум фронтальным колонкам добавляются две тыловых. В системе 4.1 имеется еще и сабвуфер, позволяющий упростить фронтальные колонки. Однако большого распространения квадрофония не получила. Значительного повышения качества звука и эффекта объемности она не давала, но требовала очень дорогостоящей аналоговой аппаратуры для записи и воспроизведения звуковых фонограмм. Впрочем, цифровой вариант системы 4.1 успешно использовался в некоторых компьютерных играх.

Акустические системы | Многоканальный звук и технологии фирмы Dolby

В последующее совершенствование многоканальных звуковых систем весомый вклад внесли специалисты американской фирмы Dolby Laboratories , разработавшие в конце прошлого века алгоритмы цифрового кодирования, позволяющие в домашних условиях получать звук уровня киноконцертного зала. Формат Dolby Digital, часто используется для озвучивания фильмов, особенно на DVD-дисках. Он обеспечивает объемность акустических сцен, более чёткую детализацию, естественность перемещений источников звука, стереофоническое звучание в тыловом пространстве.

Сегодня наиболее совершенная активная акустика оснащается цифровыми декодерами Dolby Theater System (DTS) и Dolby Pro Logic (DPL) - аналоговая система пространственного звучания, использовавшаяся на HI-Fi-видеокассетах VHS и в телевещании.

Минимально необходимая для домашнего кинотеатра аудиосистема должна соответствовать формату 5.1. В этой системе кроме сабвуфера имеются пять т. н. сателлитов (акустических колонок меньшего размера). Две фронтальные колонки, центральная и сабвуфер размещаются перед слушателями и воспроизводят основную звуковую картину. Две тыловые колонки играют менее важную роль. На них ложится "подзвучка" в музыкальных композициях, создание трехмерных эффектов в играх.

Усовершенствованная система Dolby Digital EX позволяет за счет введения дополнительных тыловых surround-каналов (акустика 6.1, 7.1) получить еще более высокую степень локализации в пространстве источников звука.

Для полноценного воспроизведения многоканальных записей форматов Dolby Digital и Dolby Pro Logic с помощью только двух акустических систем используетсяалгоритм обработки Dolby Virtual Speaker .

Акустические системы | Характеристики

Объективно о качестве акустической системы можно судить по набору характеристик. К основным параметрам звуковых колонок и используемых в них громкоговорителей относятся:

• диапазон воспроизводимых частот;
• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
• мощность;
• уровень звукового давления;
• чувствительность;
• динамический диапазон;

Диапазон воспроизводимых частот акустической системы

Чем шире частотный диапазон, тем качественнее cможет звучать аудиосистема. Правда, при незначительной разнице в этой характеристике у двух акустических систем не каждое ухо сможет ее уловить. А, вообще, максимально необходимой считается полоса воспроизводимых частот в 20…20 000 Гц. Впрочем, для многих вполне достаточным может оказаться снижение верхней границы до 16 кГц. Что касается нижнего порога воспроизводимых частот (особо чтимого многими меломанами), то для систем среднего ценового диапазона 30-40 Гц вполне приемлемая граница, при условии качественной АЧХ.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустической системы

АЧХ - графическая зависимость уровня выходного сигнала (напряжения, мощности или звукового давления) от частоты. В идеале, АЧХ должна быть прямой горизонтальной линией. Увы, реальная АЧХ имеет множество пиков и провалов, демонстрирующих завышенный и заниженный уровень воспроизведения звука на определенных частотах и реально характеризующих качество звучания акустической колонки или динамика. Качество АЧХ оценивается неравномерностью кривой, в децибелах. К большому сожалению, очень многие производители, не дают этот график в техническом описании акустики.

Мощность акустической системы

Именно по этому параметру многие подбирают себе акустику, поскольку считают его эквивалентом громкости. Однако, для акустики это не совсем так. Мощность динамика или акустической системы измеряется в ваттах (Вт) и определяет максимально возможную мощность подаваемого на них электрического сигнала. При превышении паспортного значения для данной акустики резко увеличивается уровень искажений, а при чрезмерном превышении возможен выход динамика из строя вследствие повреждения обмотки катушки.

Производители акустики, зная о том, что для многих слушателей именно эта характеристика является основной, зачастую лукавят, выдавая желаемое за действительное. Дело в том, что есть различные виды, способы и единицы измерения мощности акустических систем. К примеру, одни производители указывают так называемую пиковую кратковременную мощность (англ. PMPO), а другие среднюю электрическую (англ. RMS), существует еще и музыкальная мощность (англ. Music Power). Все это приводит к довольно существенной разнице в цифрах при примерно одинаковой реальной мощности.

Уровень звукового давления акустической системы

Именно этот параметр определяет возможный уровень громкости от Вашей акустики, измеряется в дБ по отношению к нулевому уровню, соответствующему порогу слышимости человека в тишине при частоте звука 1 кГц. За нулевой уровень принято давление в 20 мкПа.

Звуковое давление в акустике - это разность между мгновенным значением давления в точке измерения, вызванным звуковой волной и обычным атмосферным давлением при отсутствии звука. Давление часто измеряется в паскалях (Па).

Чувствительность акустической системы

Этот параметр акустической системы определяет эффективность преобразования электрической энергии в звуковую и является одним из важнейших. От акустики с меньшей мощностью, но с большей чувствительностью зачастую можно получить более громкий звук.

Чувствительность принято характеризовать уровнем звукового давления (в децибелах), измеренном на определенном расстоянии от аудио колонки при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. Необходимо, правда, учитывать, что условия измерения (расстояние, подводимая мощность) у разных производителей акустики могут отличаться.

Динамический диапазон акустической системы

Динамический диапазон акустической системы определяет возможности достоверного воспроизведения звуковых фонограмм, имеющих значительно изменяющийся уровень громкости. Наибольшего динамического диапазона требует воспроизведение классической музыки, где может соседствовать грохот литавр и приглушенное пение флейты.

Численно параметр измеряется в децибелах и определяется отношением между наиболее громким и самым тихим звуком. Чем шире динамический диапазон, тем богаче акустические возможности аудиосистемы.

Импеданс акустической системы

Или сопротивление - полное электрическое сопротивление акустики по переменному току. Для акустических систем и динамиков обычно составляет 4, 6, 8 или 16 Ом. В целом, импеданс никак напрямую не связан с качеством звучания той или иной акустической системы. Однако именно этот параметр необходимо учитывать при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем выходное сопротивление усилителя, в звучании будут присутствовать некоторые (незначительные на слух) искажения, но при чрезмерно повышенной громкости такое подключение может привести к повреждению усилителя; если импеданс акустики выше, чем выходное сопротивление усилителя, то звук будет значительно тише.

Для активных акустических систем важными параметрами являются коэффициент гармоник , вызываемый нелинейными искажениями усилителя и соотношение между уровнем полезного сигнала и уровнем вносимого усилителем "шумового" сигнала.

Коэффициент гармоник акустической системы (THD)

Вместе с тем необходимо отметить, весьма заметны нелинейные искажения только у транзисторных усилителей. Ламповые системы, имея гораздо более высокие коэффициенты гармоник, субъективно имеют весьма высокую верность звучания, за что и ценятся меломанами.

Соотношение сигнал/шум акустической системы

Все вышеперечисленные параметры заметно упрощают выбор необходимой акустики. К сожалению, производители далеко не всегда позволяют объективно оценивать качество их изделий, прилагая минимальный набор параметров при максимуме рекламных заявлений. Вместе с тем, при покупке не стоит забывать об индивидуальных особенностях звукового восприятия, и обстоятельно прослушать и сравнить несколько типов акустики.

Сравнительное тестирование стереоколонок Edifier и Microlab (апрель 2014)

Мощность

Под словом мощность в разговорной речи многие подразумевают «мощь», «силу». Поэтому вполне естественно, что покупатели связывают мощность с громкостью: «Чем больше мощность, тем лучше и громче будут звучать колонки». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда колонка мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней той, у которой указана мощность «всего» в 50 Вт. Значение мощности, скорее, говорит не о громкости, а о механической надежности акустики. Те же 50 или 100 Вт — это совсем не громкость звука , издаваемого колонкой. Динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала (к счастью, громкости издаваемого звука вполне хватает для создания звукового сопровождения). Величина, которую указывает производитель в паспорте динамика или системы в целом, говорит лишь о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя (вследствие критического разогрева и межвиткового КЗ провода, «закусывания» каркаса катушки, разрыва диффузора, повреждения гибких подвесов системы и т.п.).

Таким образом, мощность акустической системы - это технический параметр, величина которого не имеет прямого отношения к громкости звучания акустики, хотя и связана с ней некоторой зависимостью. Номинальные значения мощности динамических головок, усилительного тракта, акустической системы могут быть разными. Указываются они, скорее, для ориентировки и оптимального сопряжения между компонентами. Например, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести колонку из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом - благодаря высокому уровню искажений, на втором - благодаря нештатному режиму работы колонки.

Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Рассмотрим подробнее некоторые из них, наиболее часто употребляемые в характеристиках изделий западных фирм:

RMS (Rated Maximum Sinusoidal power — установленная максимальная синусоидальная мощность). Мощность измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Обычно в паспорте на изделие пишется так: 15 Вт (RMS). Эта величина говорит, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для мультимедийной акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi колонками значения мощности в Вт (RMS) получаются вследствие измерения при очень высоких гармонических искажениях, часто до 10%. При таких искажениях слушать звуковое сопровождение практически невозможно из-за сильных хрипов и призвуков в динамической головке и корпусе колонки.

PMPO (Peak Music Power Output — пиковая музыкальная мощность). В данном случае мощность измеряется подачей кратковременного синусоидального сигнала длительностью менее 1 секунды и частотой ниже 250 Гц (обычно 100 Гц). При этом не учитывается уровень нелинейных искажений. Например, мощность колонки равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит, что акустическая система после воспроизведения кратковременного сигнала низкой частоты не имела механических повреждений динамических головок. В народе единицы измерения мощности Вт (PMPO) называют «китайскими ваттами» из-за того, что величины мощности при такой методике измерения достигают тысячи Ватт! Представьте себе - активные колонки для компьютера потребляют из сети переменного тока электрическую мощность 10 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).

Наравне с западными существуют также советские стандарты на различные виды мощности. Они регламентируются действующими по сей день ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. Эти стандарты определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощности. Некоторые из них указываются в паспорте на советскую (и постсоветскую) аппаратуру. В мировой практике эти стандарты, естественно, не используются, поэтому мы не будем на них останавливаться.

Делаем выводы: наиболее важным на практике является значение мощности, указанной в Вт (RMS) при значениях коэффициента гармоник (THD), равного 1% и менее. Однако сравнение изделий даже по этому показателю очень приблизительно и может не иметь ничего общего с реальностью, ведь громкость звука характеризуется уровнем звукового давления. Поэтому информативность показателя «мощность акустической системы» — нулевая .

Чувствительность

Чувствительность — один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение — уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м. При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях.

Чувствительность — характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе мультимедийной акустики для PC можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто).

АЧХ

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ ) в общем случае представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют подачей синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято откладывать на вертикальной оси уровень 0 дБ. Идеален вариант, при котором АЧХ представлена прямой линией, но таких характеристик в реальности у акустических систем не бывает. При рассмотрении графика нужно обратить особое внимание на величину неравномерности. Чем больше величина неравномерности, тем больше частотных искажений тембра в звучании.

Западные производители предпочитают указывать диапазон воспроизводимых частот, который представляет собой «выжимку» информации из АЧХ: указываются лишь граничные частоты и неравномерность. Допустим, написано: 50 Гц - 16 кГц (±3 дБ). Это значит, что у данной акустической системы в диапазоне 50 Гц - 16 кГц звучание достоверное, а ниже 50 Гц и выше 15 кГц неравномерность резко увеличивается, АЧХ имеет так называемый «завал» (резкий спад характеристики).

Чем это грозит? Уменьшение уровня низких частот подразумевает потерю сочности, насыщенности звучания басов. Подъем в области НЧ вызывает ощущения бубнения и гудева колонки. В завалах высоких частот звук будет тусклым, неясным. Подъемы ВЧ означают присутствие раздражающих, неприятных шипящих и свистящих призвуков. У мультимедийных колонок величина неравномерности АЧХ обычно выше, чем у так называемой Hi-Fi акустики. Ко всем рекламным заявлениям фирм-производителей об АЧХ колонки типа 20 - 20000 Гц (теоретический предел возможности) нужно относиться с изрядной долей скептицизма. При этом часто не указывается неравномерность АЧХ, которая может составлять при этом немыслимые величины.

Поскольку производители мультимедийной акустики часто «забывают» указать неравномерность АЧХ акустической системы, встречаясь с характеристикой колонки 20 Гц - 20000 Гц, надо держать ухо востро. Существует большая вероятность купить вещь, не обеспечивающую даже более или менее равномерную характеристику в полосе частот 100 Гц - 10000 Гц. Сравнивать диапазон воспроизводимых частот с разными неравномерностями нельзя вовсе.

Нелинейные искажения, коэффициент гармоник

Кг — коэффициент гармонических искажений. Акустическая система представляет собой сложное электроакустическое устройство, которое имеет нелинейную характеристику усиления. Поэтому сигнал по прошествии всего звукового тракта на выходе обязательно будет иметь нелинейные искажения. Одними из самых явных и наиболее простых в измерении являются гармонические искажения.

Коэффициент — величина безразмерная. Указывается либо в процентах, либо в децибелах. Формула пересчета: [дБ] = 20 log ([%]/100). Чем больше величина коэффициента гармоник, тем обычно хуже звучание.

Кг колонок во многом зависит от мощности подаваемого на них сигнала. Поэтому глупо делать заочные выводы или сравнивать колонки только лишь по коэффициенту гармоник, не прибегая к прослушиванию аппаратуры. К тому же для рабочих положений регулятора громкости (обычно это 30..50%) значение производителями не указывается.

Полное электрическое сопротивление, импеданс

Электродинамическая головка имеет определенное сопротивление постоянному току, зависящее от толщины, длины и материала провода в катушке (такое сопротивление еще называют резистивным или реактивным). При подаче музыкального сигнала, который представляет собой переменный ток, сопротивление головки будет меняться в зависимости от частоты сигнала.

Импеданс (impedans) — это полное электрическое сопротивление переменному току, измеренное на частоте 1000 Гц. Обычно импеданс акустических систем равен 4, 6 или 8 Ом.

В целом величина полного электрического сопротивления (импеданс) акустической системы ни о чем, связанном с качеством звучания того или иного изделия, покупателю не скажет. Производителем указывается этот параметр лишь, чтобы сопротивление учитывали при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем рекомендуемое значение нагрузки усилителя, в звучании могут присутствовать искажения или сработает защита от короткого замыкания; если выше, то звук будет значительно тише, нежели с рекомендуемым сопротивлением.

Корпус колонки, акустическое оформление

Одним из важных факторов, влияющих на звучание акустической системы, является акустическое оформление излучающей динамической головки (динамика). При конструировании акустических систем производитель обычно сталкивается с проблемой в выборе акустического оформления. Их насчитывается больше десятка видов.

Акустическое оформление делится на акустически разгруженное и акустически нагруженное. Первое подразумевает оформление, при котором колебание диффузора ограничивается только жесткостью подвеса. При втором колебание диффузора ограничивается помимо жесткости подвеса еще упругостью воздуха и акустическим сопротивлением излучению. Также акустическое оформление делится на системы одинарного и двойного действий. Система одинарного действия характеризуется возбуждением звука, идущего к слушателю, посредством только одной стороны диффузора (излучение другой стороны нейтрализуется акустическим оформлением). Система двойного действия подразумевает использование в формировании звука обеих поверхностей диффузора.

Поскольку на высокочастотные и среднечастотные динамические головки акустическое оформление колонки практически не влияет, мы расскажем о наиболее распространенных вариантах низкочастотного акустического оформления корпуса.

Очень широко применима акустическая схема, получившая название «закрытый ящик». Относится к нагруженному акустическому оформлению. Представляет собой закрытый корпус с выведенным на фронтальную панель диффузором динамика. Достоинства: хорошие показатели АЧХ и импульсная характеристика. Недостатки: низкий КПД, необходимость в мощном усилителе, высокий уровень гармонических искажений.

Но вместо того, чтобы бороться со звуковыми волнами, вызванными колебаниями обратной стороны диффузора, их можно использовать. Наиболее распространенным вариантом из систем двойного действия является фазоинвертор. Представляет собой трубу определенной длины и сечения, вмонтированную в корпус. Длину и сечение фазоинвертора рассчитывают таким образом, что на определенной частоте в нем создается колебание звуковых волн, синфазные с колебаниями, вызванными фронтальной стороной диффузора.

Для сабвуферов широко применяется акустическая схема с общепринятым названием «ящик-резонатор». В отличие от предыдущего примера диффузор динамика не выведен на панель корпуса, а находится внутри, на перегородке. Сам динамик непосредственного участия в формировании спектра низких частот не принимает. Вместо этого диффузор лишь возбуждает звуковые колебания низкой частоты, которые потом многократно увеличиваются по громкости в трубе фазоинвертора, выполяющего роль резонансной камеры. Достоинством этих конструктивных решений является высокий КПД при малых габаритах сабвуфера. Недостатки проявляются в ухудшении фазовых и импульсных характеристик, звучание становится утомляющим.

Оптимальным выбором будут колонки среднего размера с деревянным корпусом, выполненные по закрытой схеме или с фазоинвертором. При выборе сабвуфера следует обратить внимание не на его громкость (по этому параметру даже у недорогих моделей обычно имеется достаточный запас), а на достоверное воспроизведение всего диапазона низких частот. С точки зрения качества звучания, наиболее нежелательны колонки с тонким корпусом или очень маленьких размеров.

Многим иногда приходилось задумываться, что же именно обозначает мощность, в том или ином виде приводимая в паспортах акустических систем и звукоусилительной аппаратуры. Материалов на эту тему в сети и печатных изданиях встречается на удивление мало, внятных ответов на вопросы тоже. Попытаюсь хоть как-то уменьшить число белых пятен в этой области. Некоторые более точные описания определений возникли у меня в диалоге, при попытке лучше объяснить собеседнику их смысл.

Многообразие применяемых стандартов измерения выходной мощности усилителей и мощности колонок может сбить с толку любого. Вот блочный усилитель солидной фирмы 35 Вт на канал, а вот дешевенький музыкальный центр с наклейкой 1000 Вт. Такое сравнение вызовет явное недоумение у потенциального покупателя. Самое время обратиться к стандартам...

Зарубежные и международные стандарты и определения

SPL (Sound Pressure Level) - уровень звукового давления, развиваемого АС. SPL есть произведение относительной чувствительности АС (акустической системы) на подводимую электрическую мощность. Следует иметь в виду, что слух является нелинейным инструментом, и для оценки субъективной громкости следует делать поправки на кривые равной слышимости (weighting curve), которые на практике различаются не только для разных уровней сигнала, но и для каждого индивидуума в отдельности.

A-weighting (weighting curve) - взвешивающая кривая. Зависимость, описывающая уровни звукового давления на различных частотах, воспринимаемые слухом, как одинаково громкие. Амплитудно-частотная характеристика взвешивающего фильтра, используемого при измерениях уровня звукового давления и учитывающего частотные свойства человеческого слуха.

RMS (Root Mean Squared) - среднеквадратичное значение электрической мощности, ограниченной заданными нелинейными искажениями. Или по другому - максимальная (предельная) синусоидальная мощность - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно на 20 - 25 процентов выше DIN.

Мощность замеряется синусоидальным сигналом на частоте 1 кГц при достижении 10 % THD. Она вычисляется, как произведение среднеквадратичных значений напряжения и тока при эквивалентном количестве теплоты, создаваемой постоянным током.

Для синусоидального сигнала среднеквадратичное значение меньше амплитудного в V2 раз (x 0,707). Вообще же, это виртуальная величина, термин "среднеквадратичный", строго говоря, может быть применен к напряжению или силе тока, но не к мощности. Известный аналог - действующее значение (все знают его для сети электропитания переменным током - это те самые 220 V для России).

Попробую объяснить, почему это понятие для описания звуковых характеристик малоинформативно. Среднеквадратичная мощность - это производящая работу. То есть, имеет смысл в электротехнике. И относится не обязательно к синусоиде. В случае музыкальных сигналов громкие звуки мы слышим лучше, чем слабые. И на органы слуха воздействуют больше амплитудные значения, а не среднеквадратичные. То есть громкость не эквивалентна мощности. Поэтому среднеквадратичные значения имеют смысл в электросчетчике, а вот амплитудные в музыке. Еще более популистский пример - АЧХ. Провалы АЧХ заметны меньше, чем пики. То есть громкие звуки более информативны, чем тихие, а усредненное значение будет мало о чем говорить.

Таким образом, стандарт RMS был одной попыток описать электрические параметры звуковой аппаратуры, как потребителя электроэнергии.

В усилителях и акустике этот параметр тоже, по сути, имеет весьма ограниченное применение - усилитель, который выдает 10% искажений не на максимальной мощности (когда возникает клиппинг - ограничение амплитуды усиливаемого сигнала с возникающими специфическими динамическими искажениями), еще поискать. До достижения максимальной мощности искажения транзисторных усилителей, например, не превышают зачастую сотых долей процента, а уже выше резко возрастают (нештатный режим). Многие акустические системы при длительной работе с таким уровнем искажений уже способны выйти из строя.

Для совсем уж дешевой техники указывается другая величина - PMPO, совсем уж бессмысленный и никем не нормированный параметр, а значит, друзья-китайцы измеряют его так, как бог на душу положит. Если точнее, в попугаях, причем каждый в своих. Значения PMPO часто превышают номинальные вплоть до коэффициента 20.

PMPO (Peak Music Power Output) - пиковая кратковременная музыкальная мощность, величина, которая означает максимально достижимое пиковое значение сигнала независимо от искажений вообще за минимальный промежуток времени (обычно за 10 mS, но, вообще, не нормировано), мощность, которую динамик колонки может выдержать в течение 1 -2 секунд на сигнале низкой частоты (около 200 Гц) без физического повреждения. Обычно в 10 - 20 раз выше DIN
Как следует из описания, параметр еще более виртуальный и бессмысленный в практическом применении. Посоветую эти значения не воспринимать всерьез и на них не ориентироваться. Если вас угораздило покупать аппаратуру с параметрами мощности, указанными только, как PMPO, то единственный совет - послушать самостоятельно и определить, подходит это вам или нет.

100 W (PMPO) = 2 x 3 W (DIN)

DIN - аббревиатура от Deutsches Institut fur Normung.

Немецкая неправительственная организация, занимающаяся стандартизацией для лучшей интеграции рынка товаров и услуг в Германии и на международном рынке. Продуктами этой организации являются самые различные стандарты, касающиеся самых различных сфер применения, в том числе и относящиеся к области звуковоспроизведения, которые нас здесь и интересуют.

К DIN 45500, где описываются требования к аппаратуре высокой верности звучания (иначе Hi-Fi - High Fidelity), относятся:

• DIN 45500-1 High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements.
• DIN 45500-10 High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements for headphones.
• DIN 45500-2 Hi-Fi technics; requirements for tuner equipments.
• DIN 45500-3 Hi-Fi technics; requirements for disk record reproducing equipments.
• DIN 45500-4 High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements for magnetic recording and reproducing equipment.
• DIN 45500-5 High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements for microphones.
• DIN 45500-6 High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements for amplifiers.
• DIN 45500-7 Hi-Fi-technics; requirements for loudspeakers.
• DIN 45500-8 Hi-Fi technics; requirements for sets and systems.

DIN POWER - значение выдаваемой на реальной нагрузке (для усилителя) или подводимой (к АС) мощности, ограниченной указанными нелинейными искажениями. Измеряется подачей сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение 10 минут. Мощность замеряется при достижении 1 % THD (нелинейных искажений).Есть и другие виды измерений, например, DIN MUSIC POWER, описывающая мощность музыкального (шумового) сигнала. Обычно указываемая величина DIN music выше, чем приводимая, как DIN. Примерно соответствует синусоидальной мощности - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с сигналом "розового шума" без физического повреждения.

Отечественные стандарты

В России используется два параметра мощности - номинальная и синусоидальная. Это нашло свое отражение в названиях акустических систем и обозначениях динамиков. Причем, если раньше в основном использовалась номинальная мощность, то теперь чаще - синусоидальная. Например, колонки 35АС впоследствии получили обозначение S-90 (номинальная мощность 35 Вт, синусоидальная мощность 90 Вт)

Номинальная мощность (ГОСТ 23262-88) - величина искусственная, она оставляет свободу выбора изготовителю. Разработчик волен указать значение номинальной мощности, соответствующее наиболее выгодному значению нелинейных искажений. Обычно указанная мощность подгонялась под требования ГОСТ к классу сложности исполнения при наилучшем сочетании измеряемых характеристик. Указывается как у АС, так и у усилителей. Иногда это приводило к парадоксам - при искажениях типа "ступенька", возникающих в усилителях класса АВ на малых уровнях громкости, уровень искажений мог снижаться при увеличении выходной мощности сигнала до номинальной. Таким образом достигались рекордные номинальные характеристики в паспортах усилителей, с крайне низким уровнем искажений при высокой номинальной мощности усилителя. Тогда как наивысшая статистическая плотность музыкального сигнала лежит в диапазоне амплитуд 5-15% от максимальной мощности усилителя. Вероятно, поэтому российские усилители заметно проигрывали на слух западным, у которых оптимум искажений мог быть на средних уровнях громкости, тогда как в СССР шла гонка за минимумом гармонических и иногда интермодуляционных искажений любой ценой на одном, номинальном (почти максимальном) уровне мощности.

Паспортная шумовая мощность - электрическая мощность, ограниченная исключительно тепловыми и механическими повреждениями (например: сползание витков звуковой катушки от перегрева, выгорание проводников в местах перегиба или спайки, обрыв гибких проводов и т.п.) при подведении розового шума через корректирующую цепь в течение 100 часов.

Синусоидальная мощность - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно в 2 - 3 раза выше номинальной.

Максимальная кратковременная мощность - электрическая мощность, которую громкоговорители АС выдерживают без повреждений (проверяется по отсутствию дребезжаний) в течение короткого промежутка времени. В качестве испытательного сигнала используется розовый шум. Сигнал подается на АС в течение 2 сек. Испытания проводятся 60 раз с интервалом в 1 минуту. Данный вид мощности дает возможность судить о кратковременных перегрузках, которые может выдержать громкоговоритель АС в ситуациях, возникающих в процессе эксплуатации.

Максимальная долговременная мощность - электрическая мощность, которую выдерживают громкоговорители АС без повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом 2 минуты. Испытательный сигнал тот же.

Максимальная долговременная мощность определяется нарушением тепловой прочности громкоговорителей АС (сползанием витков звуковой катушки и др.).

Розовый шум (используемый в этих испытаниях) - группа сигналов со случайным характером и равномерной спектральной плотностью распределения по частотам, убывающей с увеличением частоты со спадом 3 дБ на октаву во всем диапазоне измерений, с зависимостью среднего уровня от частоты в виде 1/f. Розовый шум имеет постоянную (по времени) энергию на любом из участков частотной полосы.

Белый шум - группа сигналов со случайным характером и равномерной и постоянной спектральной плотностью распределения по частотам. Белый шум имеет одинаковую энергию на любом из участков частот.

Октава - музыкальная полоса частот, соотношение крайних частот которой равно 2.

Электрическая мощность - мощность, рассеиваемая на омическом эквивалентном сопротивлении, равном по величине номинальному электрическому сопротивлению АС, при напряжении, равном напряжению на зажимах АС. То есть, на сопротивлении, эмулирующем реальную нагрузку в тех же условиях.

Не стоит забывать и о сопротивлении колонок. В основном на рынке присутствуют колонки сопротивлением 4, 6, 8 Ом, реже встречаются 2 и 16 ом. Мощность усилителя будет различаться при подключении колонок разного сопротивления. В инструкции усилителя обычно указано, на какое сопротивление колонок он рассчитан, или мощность для различного сопротивления колонок. Если усилитель допускает работу с колонками различного сопротивления, то его мощность растет с понижением сопротивления. Если Вы будете использовать колонки сопротивлением ниже указанного для усилителя, это может вызвать его перегрев и выход из строя, если выше - то указанная выходная мощность достигнута не будет. Конечно, на громкость акустики влияет не только выходная мощность усилителя, но и чувствительность колонок, но об этом в следующий раз. Главное - не забывать, что мощность - это только один из параметров, далеко не самый главный для получения хорошего звука.

Физическая характеристика громкости звука — уровень звукового давления. Измеряется в децибелах (дБ). 30 дБ - шепот. 50-65 дБ - тихий / громкий разговор. 70-80 дБ - крик. 100 дБ - тутти симфонического оркестра. 140 дБ - самолет на старте.

Мощность усилителя и импеданс АС

Энергетическая характеристика электрического сигнала, выдаваемого усилителем на выходе. Единица измерения - Ватт. Уровень развиваемой усилителем электрической мощности на выходе зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4-омные. У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое. Мощность стандартного домашнего аудиоусилителя (при 4 Ом нагрузки) - 25-150 Ватт. Мощность профессиональных усилителей, предназначенных для озвучивания больших пространств (залы, открытые площадки) - сотни и тысячи Ватт.

Мощность АС

Обычно под мощностью (пиковой музыкальной мощностью) АС подразумевают максимальный уровень электрического сигнала, при подведении которого акустика способна звучать без механических повреждений. Значение музыкальной мощности акустической системы лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы. В некоторых случаях, при расчете мощности также учитывается допустимый уровень искажений. Есть разные стандарты и методики измерения мощности АС.

В спецификациях пассивных АС часто указывается диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к акустической системе усилителя (например, 25-120 Вт). Верхнее значение мощности (в данном случае 120 Вт) является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может привести к ее повреждению. Нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя (в данном случае 25 Вт), совместно с которым данная акустическая система еще способна обеспечить приемлемое качество звучания.

Чувствительность и мощность

Чувствительность АС - характеристика, показывающая, насколько громким будет звучание при подаче на динамик сигнала определенной мощности. Чувствительность измеряется в дБ/Вт/м. Например, значение чувствительности в 93 дБ/Вт/м говорит о том, что при подаче мощности 1 Вт от усилителя динамик создает на расстоянии 1 м на оси излучения уровень звукового давления 93 дБ. Типовые значения чувствительности современных АС лежат в диапазоне 84-97 дБ/Вт/м.

Расчет необходимой мощности

Расчет мощности звукоусиления производится, исходя из:
1) желаемого уровень громкости (в дБ)
2) технических параметров АС
3) акустических особенностей пространства и расстановки громкоговорителей

Главное правило для расчета: прирост на 3 дБ равносилен двукратному приросту подводимой мощности. Прирост на 1 дБ соответствует росту мощности в 1,25 раз, а на 2 дБ - в 1,6 раз (т.к. «децибел» - единица логарифмической природы). Соответственно 90 дБ/Вт/м динамик при 100 Вт мощности, прозвучит так же громко, как и АС с чувствительностью 87 дБ/Вт/м при подведении 200 Вт.

Для озвучивания небольшого помещения (площадью 14-16 кв. м) с помощью акустических систем с характеристической чувствительностью 90 дБ/Вт/м вполне достаточно иметь усилитель с выходной мощностью 20-30 Вт на канал. Для более крупных помещений в 18-20 кв. м. оптимальных результатов можно достичь с помощью усилителя мощностью 40-50 Вт. Для озвучивания больших просторных залов необходима мощность в сотни ватт. Для озвучивания концертных площадок - тысячи Ватт.