Понятия. Вспомнить все-2. Окончательно разбираемся с мощностью

У начавших методично «вспоминать всё» вместе с нами в прошлом номере хватило, как мне кажется, времени погоревать о том, что «4 х 45 Вт», начертанные на магнитоле — не самая прямая дорога к счастью. Пришло время выбирать путь, а заодно развеять некоторые мифы, пустившие в нашей среде корни почище, чем у саксаула. А заодно вспомнить о некоторых свойствах нашего организма (некоторыми частями которого мы музыку и слушаем) и о том, как эти свойства повлияли на систему мер в акустике.

ВСЁ, УГОВОРИЛИ

Ясно, без усилителя — не жизнь. Начинаем выбирать и, естественно, первым долгом смотрим на максимальную (уже знаем, что это такое) мощность, за что боремся-то? О том, как её выбирать, разговор будет отдельный и неожиданно для вас короткий. Но вначале давайте определимся, откуда эта мощность берётся. Что делает отдельный усилитель столь качественно иным устройством по сравнению с доставшимися каналами усиления, встроенными в головное устройство? Из предыдущего выпуска «В.В.» стало ясно: всё дело в питании. Усилитель создаёт на выходе переменное напряжение с размахом, сверху донизу, не больше, чем напряжение питания выходных каскадов. Для усилителя магнитолы это — напряжение на борту, 12 В на заглушенной машине, около 14 В — на ходу. Главная же составная часть внешнего усилителя — источник питания. Он получает постоянное напряжение из бортовой сети, превращает его в переменное довольно большой частоты (десятки килогерц), переменное уже можно повышать с помощью трансформатора, что источник питания усилителя и делает, а потом, уже повышенное, снова выпрямляется и подаётся на собственно усилитель. До скольких вольт раздули напряжение в ходе этой деятельности, на такой высоте и пройдёт потолок размаха выходного напряжения. Дальше — простая арифметика. Предположим, из 12 В бортовых источник питания сотворил 50. Реально это будет два напряжения разной полярности по 25 В каждое, так удобнее. Значит, размах выходного напряжения будет (в каждую сторону) никак не больше 25 В минус какие-то копейки, теряемые в транзисторах. Максимальная выходная мощность получится как 25 в квадрате, поделённая на сопротивление нагрузки. Это по закону Ома, он неумолим. Выходит чуть больше 150 Вт. Только это — пиковое значение, по шкале RMS — ровно вдвое меньше, около 75 Вт. Цифры вполне реальные, таких усилителей — навалом. Можно ли выжать из этого усилителя больше? Первая стадия «форсажа» у многих моделей произойдёт сама собой, стоит завести двигатель. У очень многих усилителей выходное напряжение источника питания не стабилизировано и находится в пропорции к входному. И когда при заведенном двигателе и работающем генераторе напряжение на борту станет не 12, а, на хорошо отрегулированной машине, 14,4 В, напряжение на выходе источника питания возрастёт с 50 до 60 В, так же поднимется и «потолок» для выходного напряжения усилителя, и максимум мощности возрастёт до 108 Вт. Ничего себе прибавка, верно? Только сильно-то пока не ликуйте. Станет ли при этом усилитель играть громче? А с чего это, собственно? Общее усиление, от источника сигнала до выхода, осталось таким же, оно от питания не зависит (а если бы вдруг зависело, то повинный в этом компонент срочно запросил бы постоянной регистрации в мусорном баке), значит, как играло, так и будет. Иное дело, что если прежде на какой-то громкости появлялись искажения, это когда на пиках сигнала выходное напряжение пыталось перепрыгнуть через планку, поставленную источником питания, то теперь этот момент отодвинется в область большей громкости. Насколько отодвинется? Давайте прикинем. На полтора децибела. Один щелчок громкостью, а то и ни одного, это зависит от шага регулятора.
А что мы выиграли по сравнению с «прошлой жизнью», когда вообще усилителя не было? В ваттах вроде бы очень много. А в децибелах максимальной неискажённой громкости, опять же вроде бы, не очень: 5,4 дБ. Но это только «вроде бы», как мы потом увидим, счастье — не в одних щелчках регулятора громкости. Надо всё же организовать какую-то гармонию между мощностями. Посмотреть, например, какая мощность у акустики, и по ней подобрать усилитель, верно?

НЕВЕРНО

Это я нарочно, с целью провокации. О том, как можно загубить акустику недостаточной мощностью, было в прошлом выпуске, теперь давайте попытаемся сделать это с помощью излишней. Это будет намного труднее, предупреждаю.
Вернёмся ещё раз к фразе, которую я по разным поводам произносил (и писал) очень много раз, последний раз — в прошлом выпуске. Вот она: «И когда мы говорим о мощности усилителя, то речь идёт о том, что ОН ДАЁТ. А когда о мощности динамика — то о том, что ОН БЕРЁТ». Максимальная мощность усилителя — это та, больше которой он не может дать, потому что начинает искажать сигнал, а мы не для этого его покупали. Максимальная мощность акустики, стало быть, это та, больше которой она взять не может, потому что ЧТО? Тоже начинает искажать сигнал? А она это начинает делать сразу и понемногу, совсем не так, как усилитель, жёсткой планки ограничения у акустики нет. В стародавние времена был советский стандарт, по которому нормировалась так называемая номинальная мощность динамиков. Там оговаривались специальные условия, полоса частот и так далее, в общем, мощность считалась такой, чтобы нелинейные искажения не превышали 10%. Лучший басовый динамик того времени назывался 6ГД2, первая цифра — это как раз номинальная мощность. Были ещё 4 ГД, 3 ГД и так далее, это потом приняли определение паспортной мощности, зависящей уже не от искажений, а от живучести, и все эти ГД разом потолстели до 10, 20, 75 и тому подобного. ГОСТы эти приказали нам всем долго жить, и сейчас мощность определяют иначе, и очень важно это понимать, чтобы испытывать к этому показателю то отношение, которого он заслуживает.
Попрошу набрать это красным, если забуду — вы сами тогда карандашом, ладно?
Мощность, указываемая на акустике, это не та, на которой она должна работать, а та, которая её разрушает.
Разумеется, должна быть взаимосвязь между возможностями акустики и ресурсами источника этого вероятного разрушения, но это взаимосвязь, а не тождество. Представьте себе: вы купили автомобиль, у которого максимальная скорость 200 км/ч. И подвернулась вам резина с индексом скорости Т (190 км/ч). Что, нельзя ездить? При 191 км/ч все четыре колеса — в клочья? Или наоборот, у шин индекс скорости Z (240 и больше), и вы сбиваетесь с ног, подбирая под такую резину подходящий автомобиль. Нереально.
Тем не менее сплошь и рядом приходится слышать (да и читать), как акустику к усилителю (и наоборот) подбирают, глядя в первую очередь на мощность, а потом уже на всё остальное.
Так что давайте в последний раз, чтобы не возвращаться к вопросу. Цифры на акустике, сопровождаемые словами Power, без указания на то, что под этим подразумевается, не означают ничего, это часть современной, но укоренившейся традиции. Если производитель акустики хотя бы относительно корректен в приводимых им цифрах, то он может указать долговременную мощность, а это — максимальная неразрушающая (или минимально разрушающая, не забывайте и об этом) мощность, поданная на динамик в течение получаса по схеме: минуту работает — две отдыхает. Подаётся при этом шумовой сигнал, пропущенный через фильтр, отрезающий всё ниже 40 Гц и всё выше 4 кГц, так что к пищалке-то это уже почти не имеет отношения. Вот если акустика эти самые трудные в своей жизни полчаса пережила — записывается использованное значение мощности. Если погибла — берётся из предыдущего опыта с меньшей мощностью. Кратковременная мощность — это такая, которая не погубит динамик (или погубит, но в последний момент) после 60 циклов «секунду орём — минуту отдыхаем». Все описанные процедуры подразумевают подведение испытуемого образца акустики максимально близко к краю могилы, поэтому ориентироваться на них как на нормативный показатель тому, кто за акустику заплатил из своего кармана, как-то не очень разумно. Единственный тип показателя, хоть немного напоминающий возможное реальное использование своей законной собственности, — это rated noise power по стандарту IEC 268-5, когда акустика должна остаться живой после 8 часов непрерывной работы на уже упомянутом шумовом сигнале. Её не указывают почти никогда.
Ориентиры здесь должны быть другими, их на коробках с акустикой искать не стоит.

ОРИЕНТИРЫ, ГДЕ ВЫ?

Наши штатные специалисты в тестах акустики неоднократно рекомендовали (когда изготовители совсем уж теряли стыд и смолчать было немыслимо) равняться на показатели, которые хотя бы примерно обозначают область возможных значений. Для 6-дюймовой компонентной акустики границы разумного риска пролегают где-то на 40 и 90 Вт (это широко, внутри уже надо смотреть на особенности конструкции), для 5-дюймовой — закономерно ниже, 30 — 70 Вт. Такими мы считаем значения rated noise power. Можете не соглашаться, но опровергающие опыты — за свой счёт, пожалуйста.
Цифры, в принципе, напоминают распространённые значения максимальной выходной мощности усилителей широкого распространения, так что самый простой, на грани примитивизма, ответ на вопрос о согласовании мощности усилителя с мощностью акустики уже готов: типичный усилитель подходит для работы с типичной акустикой. Любой — с любой. В принципе, если не хотите париться, можете взять его на вооружение. Но ответ чересчур прост, чтобы хоть как-то претендовать на роль исчерпывающего, это ясно.
Чуть более распространённый ответ можно найти в опыте супербизонов мира акустики. Несомненный супербизон — фирма JBL, равно преуспевшая в акустике домашней, сценической, автомобильной и предназначенной для озвучивания помещений и открытых пространств. В техническом циркуляре фирмы есть такая рекомендация: в случае, когда уровень громкости находится под контролем (там поясняется: имеется в виду дом или студия, про автомобиль, правда, ни слова), максимальная мощность усилителя (RMS) может вдвое превышать rated noise power. В случае, когда контроль небезупречен (это про системы озвучивания), надо соблюдать паритет.
Дальше нужно смотреть уже на реалии жизни. В жизни, как у меня есть основания полагать, и усилитель, и акустика будут использованы для воспроизведения музыки, а не испытательных сигналов, на музыку похожих лишь очень приблизительно. Музыкальный сигнал — это не синус и даже не шум, это сигнал с большой разницей между средним значением и пиковым. Кратковременные пики сигнала, за редким исключением, не угрожают здоровью акустики, которой в основном приходится сопротивляться тепловой нагрузке, а выделяемое на звуковой катушке тепло — функция среднего уровня подведённого сигнала. Приходилось видеть в документации самых серьёзных изготовителей акустики, как рядом с вполне реальными (и с указанием всех нормативных данных) цифрами долговременной мощности приводились значения выдерживаемой мощности на коротких (скажем,
10 мс) пиках. Цифры достигали порой сотен ватт, и это уже не маркетинг, это факт, даже очень мощный, но очень короткий всплеск сигнала динамик не погубит. А у усилителя взгляд на пики уровня принципиально иной. Хоть на миллисекунду превысит уровень сигнала планку максимальной мощности — и будет безжалостно обезглавлен, то есть пойдёт дальше по проводам к акустике уже в искажённом, по сравнению с первоисточником, виде. Этого допускать никак нельзя. И здесь уже есть смысл взглянуть на свои музыкальные вкусы.

ВКУСЫ НЕ ИЗМЕРЯЮТ

Это почему же? Можно попробовать. Я пропустил через компьютер некоторое количество музыкальных фрагментов и выбрал довольно показательные с точки зрения соотношения средней (опасной для акустики) и пиковой (которая должна быть посильной для усилителя) мощности. Уровень сигнала измерялся в децибелах относительно максимального, записанного на диске, но для наглядности я пересчитал всё в проценты от максимальной мощности. Первая картинка — это 60 секунд «Шествия гномов» (6-я дорожка «Let’s Test!»). Если система настроена так, чтобы самые большие пики сигнала не вышли за пределы выходной мощности усилителя, то в целом за эту минуту акустике будет доставаться около полутора процентов этой мощности. Даже в те 12 секунд, когда оркестр совсем распоясается, тепловая нагрузка составит не более половины мощности.




Минута деятельности барабанщиков Yamato (помните, приезжали в Москву?). Уровень сигнала выбран так, чтобы беспрепятственно пропустить пик деятельности на 21 секунде. В результате средняя мощность всего фрагмента — меньше процента от максимальной, а самой его напряжённой части — одна десятая от максимума.
Третий пример: «In the Pocket» (Kai Eckhardt, «NAIM Sampler», дорожка 8). Средняя мощность 13% от максимума, а прибавить громкость в искренней попытке загубить акустику будет означать — обрубить многочисленные пики, вызванные умелой работой барабанщика.
Не слушаете аудиофильские изыски? Не станем заставлять. Вот фрагмент фонограммы панк-роковой группы Kurban (турецкой и, кстати, довольно любопытной). Вот здесь уже — да, ребята на сцене не отдыхают, и средняя мощность подолгу составляет около 40, а то и больше процентов от максимума. Но ориентиры, в принципе, остаются те же, что были предложены светлыми головами из JBL, дай им бог здоровья. Просто рок-музыка попадает в разряд «небезупречного контроля», что логично.
Внимательный читатель здесь может озадачиться: «Подождите-ка, выходит, мы слушаем музыку на одном-двух, много — десяти ваттах, подведенных к акустике? А почему же тогда громко играет? Сами ведь слышали: громко». Отвечу: а почему бы ей громко не играть? Вы ведь с децибелами управляетесь легко (даже те, кто прежде не умел). Берём любую акустику из любого нашего прошлого теста и смотрим на показатель чувствительности. Ну, скажем, 87 дБ, это так, средне-типичное значение. Такое звуковое давление создаст эта акустика на расстоянии 1 м при подведенной к ней мощности 1 (один-единственный) Вт. Это, между прочим, уже не тихо. Чтобы эта акустика создала уровень звукового давления 90 дБ, стандартный для контрольного прослушивания в звукозаписи, всего-то ей потребуется 2 Вт. Подадите 10 Вт — получите 97 дБ. Это совсем громко. Да ещё учтите, что у нас таких динамиков как минимум два, а звучат они не в заглушенном помещении, а в салоне, где потерь намного меньше, а отражённые звуки приходят к нам же. Что же тогда, спросите вы, динамик будет вытворять, когда на него придут те самые пиковые сто, скажем, ватт? Ровно то, что и должен: кратковременно, в течение долей секунды, вскрикнет на 107 дБ. Дайте ему эти 100 Вт непрерывно, в виде шума или, того хуже, тонального сигнала, и крик этот будет предсмертным. А так — всё под контролем, не волнуйтесь.
О чём пойдёт разговор в следующий раз? Уже об акустике. О том, что её характеризует, помимо мощности, эту тему, я надеюсь, мы закрыли.

В акустике всё измеряется не так, как в обычном мире. Причин тому несколько, объяснения иных способны увести в райские кущи науки, их трогать не будем. Другие — поддаются простым истолкованиям. Или просто могут быть приняты на веру, как вам удобнее.
Человеческий слух не умеет складывать и вычитать. Только умножать и делить. Эволюция (или Создатель, выберите по вкусу) устроила его таким образом, как мне представляется, руководствуясь технической целесообразностью. Слух работает в огромном диапазоне громкостей. Звуковое давление (поддающееся измерению, как известно), соответствующее болевому порогу, превышает звуковое давление порога слышимости в десять миллионов раз (прописью, чтобы не считать нули). Слух приспособился к этому, сделавшись (по воле эволюции или Создателя) логарифмическим. Логарифмы люди придумали уже потом, а у нас в голове они сидят от природы. Логарифмическая природа слуха состоит в том, что он оценивает разницу в громкости не по тому, НА сколько больше звуковое давление, а по тому, ВО сколько раз оно стало больше. Так (если убрать сейчас все промежуточные главы истории) была придумана единица измерения, на которой в акустике и элеткроакустике базируется решительно всё — децибел. Кто всё про это знает, дальше не читайте, впрочем, я об этом просил, ещё открывая эту серию публикаций.
Остальным, сколько бы их ни оказалось, даю возможность за пять минут освоить операции с децибелами и впоследствии делать это легко и изящно. Итак: децибел это единица, которая, если её прибавить, означает «умножить», а если отнять — «поделить». Например: звуковое давление больше на 3 дБ. Это означает — вдвое. Ещё на 3 дБ? Ещё вдвое. Больше на 1 дБ — это в 1,25 раза, примерно. Больше на 10 дБ — вдесятеро. И наоборот: отнимите от звукового давления 3 дБ, и это будет означать, что оно уменьшилось вдвое.
Достаточно запомнить несколько важных значений, чтобы из них, как из кирпичиков, составлять представление о том, что означает та или иная величина, указанная в децибелах.

Вот, пожалуйста:





Вот и всё: встретили, в примеру, где-нибудь 18 дБ, прикидываете, что это 12 + 6, берёте «разы» для этих двух слагаемых и умножаете. Именно умножаете, в этом и весь фокус. В нашем примере 16 на 4 даёт 64. Только обратите внимание: при сравнении звуковых давлений и мощностей надо брать «разы» из левого столбца, а при сравнении напряжений, скажем — из правого, это хитрость, связанная с тем, что рост напряжения, к примеру, на выходе усилителя вдвое приводит к росту мощности вчетверо (там напряжение в квадрате), а децибелы — одни и те же, их 6. Впрочем, дальше мы в основном будем оперировать мощностями и звуковыми давлениями, так что правый столбец пока постоит в резерве.
Что означает децибел на слух? Разница в громкости в 1 дБ (это у большинства головных устройств — один щелчок энкодером или кнопкой громкости) ловится на слух только при немедленном сопоставлении, как было и как стало. Проведите опыт: послушайте звук на громкости, скажем, 15 по дисплею, а потом — 16, выйдите из машины на полминуты, и пусть ваш приятель (можно даже приятельница) закроет ладонью (или ладошкой) дисплей, а вы определяйте: там 15 или 16? Если вы при этом будете попадать мимо кассы реже, чем пять раз из десяти (даже на одном и том же фрагменте), значит, у вашего головного устройства шаг громкости 2 дБ, это тоже встречается. Хотя есть, конечно, таланты.
3 дБ воспринимаются как заметное изменение громкости. Не «большое», а просто заметное. И здесь вас ждёт плохая новость, о которой вы уже могли догадаться. Звуковое давление, создаваемое акустикой, и мощность, подведенная к акустике для того, чтобы оно было создано, живут в одном и том же столбце нашей шпаргалки. Следовательно, для того, чтобы получить заметное изменение громкости, подведенную мощность надо увеличить вдвое. Вот из-за этого и все проблемы с мощностью. В основном из-за этого...

Источник: журнал Автозвук, 02/2005. Андрей Елютин