В профессиональной работе со звуком очень важно понимать основные принципы коммутации разных видов оборудования, это позволяет легче и быстрее добиваться качественного звука и продлить жизнь аппаратуры.
Можно выделить три вида акустических систем: активные, пассивные и трансляционные акустические системы. Для каждого вида есть свои особенности, которые мы рассмотрим в этой статье.
Ссылка на источник
Определение допустимой мощности громкоговорителей
При работе с динамиками необходимо учитывать несколько характеристик, и одной из них является номинальная мощность или пиковая мощность.
Номинальная мощность измеряется в ваттах, и вы найдете ее на этикетке, прикрепленной к магниту. Хотя сейчас, при новых технологиях мощность колонок определяет звуковое давление. Когда за счет технологий колонка 100 вт моджет быть мощнее колонки 500 вт.
Номинальная мощность динамика или мощность в ваттах — это общая непрерывная мощность, которая может быть рассеяна катушкой внутри магнита в виде тепла без выгорания.
Вы должны быть осторожны, потому что некоторые производители используют пиковую мощность, с которой динамик может работать всего несколько секунд, в качестве рекламного крючка, чтобы ввести покупателя в заблуждение, заставив его думать, что число, написанное на этикетке, относится к длительной мощности, которую может выдержать динамик. Вам нужно искать непрерывное или среднеквадратичное значение (RMS), которое представляет собой реальную мощность, которую динамик может выдерживать непрерывно без повреждений.
Определение импеданса громкоговорителей
Прежде чем мы продолжим, давайте уточним, что такое импеданс при работе с акустической системами и усилителями. Проще говоря, импеданс — это сопротивление, которое динамик оказывает усилителю. Импеданс (комплексное электрическое сопротивление) обозначается омами и знаком Ω.
При подключении громкоговорителя к усилителю необходимо убедиться, что сопротивления совпадают, иначе можно столкнуться с такими проблемами, как перегрев усилителя или повреждение катушек громкоговорителей.
Более низкий импеданс динамика означает, что от усилителя будет исходить больше мощности. Напротив, динамик с более высоким импедансом будет иметь меньшую мощность, вытекающую из усилителя.
Чтобы дать вам пример с числами, рассмотрим два динамика, один на 4 Ом, другой на 8 Ом.
Динамик 4 Ом будет потреблять больше тока, чем динамик 8 Ом при использовании того же усилителя.
Это означает, что 4 Ом будут потреблять больше энергии, чем 8 Ом.
Вот почему, когда вы проверяете характеристики усилителя, вы увидите такую информацию, как Вт при 8 Ом: 450 Вт, Вт при 4 Ом: 650 Вт, Вт при 2 Ом: 1200 Вт.
Как видите, по мере уменьшения импеданса динамика потребляемая мощность увеличивается.
Соответствие входной мощности динамика и выходной мощности усилителя
Распространенная ошибка, которую совершают люди при согласовании мощности динамика и выходной мощности усилителя, состоит в том, что они предполагают, что мощность динамика должна быть больше, чем выходная мощность усилителя. Это не может быть дальше от истины.
Чтобы аудиоусилитель работал правильно, у него должен быть достаточный запас мощности. Когда я говорю о запасе мощности, я имею в виду, что он должен работать не более чем на 80% от максимальной мощности.
Причина в том, что когда усилитель перегружается сверх своих максимальных возможностей, он обрезается, когда он обрезает части формы волны, которые действуют так, как если бы они были источником питания постоянного тока, который может легко повредить катушки громкоговорителя.
Хорошее эмпирическое правило состоит в том, чтобы выбрать усилитель, который обеспечивает по крайней мере такую же мощность, как среднеквадратичная или непрерывная (программная) мощность, которую может выдержать динамик.
Лучше выбрать усилитель, который в два раза превышает среднеквадратичную или непрерывную мощность, потому что в этом случае у вас будет больше запаса мощности, чтобы избежать ограничения территории.
СОВЕТ: Имейте в виду, что вы также можете подключить динамик с малой потребляемой мощностью к усилителю, обеспечивающему более высокую выходную мощность, при условии, что выходная мощность усилителя регулируется до уровня, при котором она обеспечивает максимальное среднеквадратичное значение в два раза или непрерывный. мощность того, с чем может справиться динамик.
Удобная таблица рекомендуемой мощности усилителя для динамиков
Мощность, которую усилитель будет подавать на громкоговоритель — в зависимости от импеданса громкоговорителя
Как упоминалось ранее, согласование импедансов между динамиками и усилителями имеет решающее значение для правильной работы аудиосистемы.
В зависимости от импеданса динамиков усилитель будет обеспечивать большую или меньшую мощность для достижения того же уровня звукового давления (SPL).
Если вы не знали, уровень звукового давления (SPL) — это мера, используемая для определения громкости динамика.
Вот почему громкость звуковой системы никогда не следует выводить из количества мощности, которую может выдержать динамик, или мощности, которую может выдать усилитель. Громкость — это совсем другая история.
Проще говоря, усилитель, подключенный к динамику с низким импедансом (4 Ом или 2 Ом), должен выдавать более высокий ток, поэтому динамики с более низким импедансом труднее управлять и потребляют больше энергии.
Тот же усилитель, подключенный к динамику с более высоким импедансом (8 Ом или 16 Ом), выдает меньший ток для управления динамиком.
Таким образом, при передаче сигнала от усилителя к динамику вы хотите, чтобы значения импеданса совпадали как можно точнее.
Для оптимальной передачи мощности при подключении громкоговорителей к усилителю импеданс усилителя должен быть эквивалентен общему импедансу элементов громкоговорителя.
Вот почему всегда полезно проверить спецификации производителя как для динамика, так и для усилителя, чтобы точно знать, каковы ограничения вашей системы.
Акустические провода/кабели и разъемы
Обычно системы громкой связи используют разъемы Speakon или 3,5 мм разъемы для подключения усилителей к динамикам. Это связано с подвижным характером систем громкой связи. Подключать с зачищенными проводами не имеет смысла.
Это часто делает подключение таким же простым, как подключение левого канала к левому фронтальному громкоговорителю, R Aux к правому откидному динамику и т. д.
Перед покупкой усилителя проверьте тип подключения ваших колонок. Вы всегда можете приобрести адаптеры или смешанные соединительные кабели, но удобнее иметь соответствующие входы и выходы.
Если вам повезет, ваша домашняя система также будет использовать эти типы соединений или проводов RCA, чтобы упростить жизнь.
Самый популярный в акустических системах разъем – XLR.
Известен своей высокой надежностью. Пришедший в звук из авиации, разъем XLR, или как его еще называют «Кэнон», удачно прижился в большинстве устройств профессионального звукового оборудования.
Наиболее привычен для нас трехконтактный вид разъема, хотя бывают они четырех, пяти, а иногда и более-контактные. Практически всегда контакты на разъеме подписаны: 1 – корпус и/или земля, 2 – сигнал плюс (+), 3 – сигнал минус (-). Может быть распаян как под небалансное соединение (используются контакты 1 и 2), так и под балансное (контакты 1, 2, 3). В разъеме используется механизм-защелка, который фиксирует положение.
Разъемы TRS и TS. Разъем “Джек” бывает трехконтактный TRS и двухконтактный TS.
Расшифровуется аббревиатура как обозначения контактов: 1 – Sleeve (гильза) земля и/или корпус, 2 – Tip (наконечник) сигнал плюс (+), 3 – Ring (кольцо) сигнал минус (-). Понятно, что штекер TS может выполнять передачу только небалансного сигнала. TRS может быть распаян и под баланс и под небаланс.
По размерам разъем может быть четвертьдюймовым (TRS1/4”) и 1/8-дюймовым (TRS1/8”, 3.5 мм), еще его называют миниджек.
Разъем, который часто применяется и в профессиональной и в бытовой аппаратуре – разъем RCA.
В народе его называют «тюльпан». Является не самым корректным соединением устройств с инженерной точки зрения. Все потому, что в момент подключения первым контактом соединяется сигнал, а не земляной контакт как должно быть. Однако благодаря своей форме и дешевизне он прочно занимает свою позицию среди популярных коннекторов. Передает несимметричный сигнал с линейным уровнем.
Наиболее популярными для профессиональных усилителей являются разъемы Speakon, XLR, TS, Euroblock, а также винтовые зажимы.
XLR, TRS/TS, Euroblock – используются для подключения входного в усилитель сигнала.
Speakon, TS, винтовые зажимы – для подключения акустических систем к усилителю.
Разъем TS. Подключаются контакты так: к контакту Tip (наконечник) подключается сигнальный контакт (+), к контакту Sleeve (гильза) подключается (-).
Разъемы Speakon бывают трех видов: 8-контактные, 4-контактные и 2-контактные. Самые популярные 4-контактные – они используются для подключения двухполосных АС. Для подключения трехполосных применяются 8-контактные. Благодаря своей конструкции очень надежный разъем. После соединения с гнездом штекер нужно провернуть по направлению часовой стрелки для фиксации контактов.
Активная акустика
Ссылка на источник
Главное отличие активной акустики от пассивной – наличие встроенного в ее корпус усилителя. Это значит, что подводимая мощность звукового сигнала к активной акустической системе (далее АС) значительно меньше, чем к пассивной. Поэтому в этой акустике применяются свои кабеля и разъемы, рассчитанные на меньший ток и напряжение.
Большинство бытовых колонок сегодня — активные. Это удобно — покупателю не нужно ломать голову с выбором усилителя и сочетаемостью характеристик. Усилители класса D на копеечных микросхемах бывают настолько миниатюрными, что способны поместиться, например, в беспроводные наушники. Что примечательно, коэффициент гармонических искажений у усилителей класса D ниже, чем в самых продвинутых ламповых усилителях.
Соответственно, плюсы активных колонок легко перечислить:
- Их просто подключить — в розетку, к источнику — и все.
- Их проще выбрать, не надо ломать голову характеристиками. Производитель уже подобрал для колонки идеальный, на его взгляд, усилитель, покупателю остается лишь выбрать колонки.
- Они экономят место: с ними меньше проводов, не нужна тумба для усилителя
- Они бывают мобильными: портативные и беспроводные колонки могут быть только активными.
- Они стоят меньше отдельного комплекта из колонок и усилителя — как правило, но далеко не всегда.
Казалось бы, одни плюсы? Даже если загуглить студийные мониторы, то 90% из них будут активными. То есть, раз уж в студиях большинство сводит на активной акустике, значит, она не только удобнее и проще, но и способна звучать эталонно? Да еще и, как правило, будет стоить меньше, чем комплект из пассивных колонок и усилителя. Зачем тогда вообще кто-то покупает все отдельно?
Дело в том, что качественные студийные мониторы — хороший пример того, как должны быть сделаны идеальные активные колонки. Большинство же бытовых экземпляров от этого идеала далеки:
- Расположение усилителя и экранирование. Усилитель создает электромагнитные помехи, которые может улавливать катушка динамика. В идеале усилитель должен быть вне корпуса колонки, а сам корпус — экранирован графитом. На практике такое встречается редко, отсюда возникают частые проблемы с гулом, шумом и наводками у активных колонок.
- Биампинг. В идеале у каждой колонки, а еще лучше — у каждого динамика — должен быть свой усилитель. То есть, сигнал от источника распределяется кроссоверами по усилителям, каждый усилитель работает со своим диапазоном частот и своим единственным динамиком. Такое распределение нагрузки позволяет получить больший запас мощности, низкий уровень искажений и защиту от перегрузок. С пассивными колонками такое легко организовать, но в активных эту схему можно найти, в основном, в профессиональной акустике. Чаще всего, усилитель встроен лишь в одну из колонок, а вторая подключается к первой и, по сути, является пассивной. При этом усилитель, который ради экономии подобран впритык по мощности, надрывается до хрипа, стараясь раскачать кучу динамиков, а иногда еще и сабвуфер.
- Возможности. Обычно в студийных мониторах есть корректирующие фильтры, эквалайзер или даже приложение, позволяющее настроить звучание так, чтобы компенсировать недостатки комнаты. Хорошо, если в бытовых активных колонках есть трехполосный эквалайзер, но это далеко от того, что может предоставить профессиональная акустика. Не меньше возможностей можно найти в усилителе или ресивере для пассивной акустики — там тоже можно корректировать настройки кроссоверов и звучание чуть ли не каждого динамика.
Таким образом, если активные колонки будут обладать теми же возможностями, что и связка из усилителя и пассивной акустики, то и стоить они будут примерно одинаково. Только пассивная акустика более гибкая в настройке, и, разумеется, тоже обладает своими плюсами.
Пассивная акустика
Подключение пассивных акустических систем стоит начинать с проверки соответствия мощностей подключаемого усилителя и АС. Это самый важный вопрос.
При неправильном подборе появляются искажения (перегрузки) выходного сигнала усилителя, что может привести к выводу из строя акустики. Выходная мощность усилителя должна быть равной мощности акустики или процентов на 5 – 10 больше.
Лучше всего использовать усилитель на 90% мощности (что соответствует максимальной мощности АС), чем усилитель меньшей мощности на 100%, который не дотягивает до максимальных значений мощности АС.
При недостаточной мощности усилителя акустика не «раскроется» полностью.
Нужно следить за тем, чтобы при подборе мощностей сравнивались показатели мощности одних и тех же стандартов.
Мощность.
Производители используют такие стандарты мощности как номинальная, пиковая, синусоидальная, DIN, RMS, AES, PMPO, Program power.
И это еще не все существующие стандарты мощности. Некоторые мощности близки по показателям, но все же, не стоит забывать, что это разные мощности!
Такое множество мощностей можно оправдать разными подходами стандартизации в разных странах.
Для России родными являются стандарты номинальной и синусоидальной мощности, DIN относится к немецкому институту стандартизации, RMS, AES, PMPO– западные стандарты.
Наиболее объективными считаются показатели номинальной (Nominal) и среднеквадратичной мощности (RMS), самым «несерьезным» считается стандарт PMPO, так как по нему сложно действительно объективно оценить мощность акустических систем.
Существуют формулы, которые позволяют хотя бы грубо перевести одну мощность в эквивалент другой.
Наиболее простой для покупателя вариант в подборе АС и усилителя – это выбрать устройства одной фирмы, так как обычно крупные компании производят конкретные серии усилителей в связке с конкретными АС, многократно проверяя надежность таких комплектов и оптимизируя их работу.
Подсказкой могут послужить брошюры выпускаемые производителями, в которых описаны оптимальные варианты сочетания серий усилителей с АС.
Сопротивление.
Необходимо не забывать о соответствии сопротивлений устройств.
Так для усилителя в технических характеристиках обычно указываются несколько мощностей для рабочих сопротивлений (например, 2000 Вт для 8 Ом / 4000 Вт для 4 Ом / 6000 Вт для 2 Ом).
Наиболее популярные сопротивления АС – 8 и 4 Ом, а с сопротивлениями 2 Ом не каждый усилитель сможет работать.
Эти особенности перекликаются с известными понятиями последовательного и параллельного соединения АС.
Часто бывают ситуации, когда на стереоусилитель нужно нагрузить четыре колонки.
Если, к примеру, подключить четыре 4-омных колонки к двухканальному усилителю последовательно, то их суммарное сопротивление составит 16 Ом.
Мы не опускаемся до опасных значений сопротивления, но теряем в мощности при таком соединении.
При параллельном соединении вырастает выходная мощность, однако, в нашем случае сопротивление падает до 2 Ом.
Это означает, что усилитель будет заметно больше греться из-за большего тока.
И вообще, до использования такого подключения следует удостовериться в паспорте усилителя, что он работает с 2-омной нагрузкой, а то быть беде.
Считается, что на 2-омной нагрузке снижается способность усилителя контролировать движение диффузора динамика, что может проявиться в размытом звуке баса.
Сечение провода.
Все, наверное, понимают, что хотя сопротивление кабеля низкое, но оно есть, а значит, вызывает все-таки падение напряжения. То есть, уровень сигнала падает, особенно на высоких частотах.
Фишка в том, что сопротивление зависит не только от материала и длины провода, а и от площади его поперечного сечения.
Чем больше сечение – тем меньше сопротивление. В технических характеристиках к кабелю должно указываться погонное сопротивление.
Это значит, что вооружившись калькулятором, вы можете подсчитать, отталкиваясь от нужной вам длины, какое сопротивление будет у проводов.
Фаза.
При подключениях пассивных АС очень важно соблюдать совпадение фаз динамиков.
Это значит, что диффузоры всех динамиков в любой момент времени должны смещаться в одном направлении.
Обычно для удобного подключения на динамиках и проводах отходящих от них производитель обозначает контакты пометками (+) и (-).
При неправильной фазировке, диффузоры динамиков будут двигаться в противоположном направлении и тем самым гасить в ноль все повторяющиеся в их сигналах амплитуды. Так как в стереосигнале практически всегда басовая составляющая одинакова (имеется в виду полоса примерно в пределах 30 – 130 Гц), то эта часть сигнала в «антифазовом» режиме будет исчезать.
На практике можно увидеть картину, когда стоящие две колонки по отдельности отдают нормальный звук.
При одновременном включении НЧ составляющая пропадает.
Это значит, что у одной из колонок подключены неправильно контакты плюс и минус.
ВНИМАНИЕ!
Низкоомные акустические системы можно подключать только к низкоомным выходам усилителя, согласовав при этом их суммарный импеданс (полное сопротивление)
Суммарная номинальная мощность низкоомных акустических систем должна превышать выходную мощность усилителя.
Низкоомные акустические системы подключаются к усилителю звука по: последовательной, параллельной или смешанной схемам.
Последовательное соединение
Если вы подключаете динамики последовательно, вам нужно добавить импеданс каждого динамика. Сумма – это полное сопротивление.
Например, если у вас есть два динамика с импедансом 4 Ом каждый, общее сопротивление составит 8 Ом. Динамики будут работать хорошо, если у вас есть усилитель с выходным сопротивлением 8 Ом.
Параллельное соединение
Параллельно вычисление импеданса отличается. Общий импеданс уменьшается по мере того, как вы продолжаете добавлять динамики в цепь.
Если бы мы использовали динамики в предыдущем примере и соединили их параллельно, общее сопротивление составило бы 2 Ом вместо 8 Ом.
В таком случае вам нужно быть особенно осторожным при параллельном подключении динамиков, потому что импеданс может быть слишком низким для усилителя.
Смотри выше: Определение импеданса громкоговорителей
Источник:
Порядок подключения низкоомных акустических систем к усилителю:
1. Убедитесь, что питание трансляционного усилителя и всех подключаемых к нему устройств отключено.
2. К клемме 0 подключается минусовый провод, а к клемме 8Ω подключается плюсовый провод.
3. Противоположные концы кабелей подключаются к акустической системе, соблюдая полярность.
Общий провод подключается к клемме 0 на трансляционном усилителе и к зажиму «-» (минус) на акустической системе,
а плюсовой провод подключается к клемме 8Ω на усилителе и зажиму «+» (плюс) на акустической системе.
Дополнительно:
У многих возникает данный вопрос, как и многие знают ответ. Но я все же выложу.
Можно ли подключать восьмиомные колонки к четырёхомному усилителю?
Можно ли подключать четырёхомные колонки к восьмомному усилителю?
Можно и то и другое, но с учётом некоторых особенностей.
Проведём мысленный эксперимент. Отключим колонки от усилителя. Для простоты подадим на усилитель синусоидальный сигнал. Повернём ручку громкости до предела. Пусть напряжение сигнала на выходе усилителя составит 14,1 вольт.
Теперь подключим четырёхомные колонки. Мощность, развиваемая усилителем на четырёхомной нагрузке считается по формуле P = U2/R = 14,12/4 = 200/4 = 50 Вт.
Если усилитель рассчитан на 4-омную нагрузку, то все его компоненты рассчитаны работать при такой мощности, и трансформатор, и радиатор, и множество прочих деталей.
Если мы подключим к этому же усилителю восьмиомные колонки, то мощность, развиваемая усилителем на восьмиомной нагрузке будет в два раза меньше.
P = U2/R = 14,12/8 = 200/8 = 25 Вт.
Таким образом, усилитель будет работать в щадящем режиме.
При одинаковом положении ручки громкости восьмиомные колонки будут звучать тише четырёхомных примерно в два раза.
Итак, восьмиомные колонки можно подключать к четырёхомному усилителю без опасений.
Теперь рассмотрим обратный случай. Представим, что тот же самый усилитель рассчитан на нагрузку в 8 Ом. Как уже было посчитано выше, при подключении восьмиомных колонок он разовьёт мощность
P = U2/R = 14,12/8 = 200/8 = 25 Вт.
Это и будет его штатный режим, и все его элементы рассчитаны именно на эту мощность.
Если мы подключим к усилителю четырёхомные колонки, то при максимальном повороте рычки громкости усилитель попытается выдать 50 Вт
P = U2/R = 14,12/4 = 200/4 = 50 Вт.
Попытаться-то он попытается, но при этом произойдёт следующее:
1. Трансформатор наверняка не рассчитан на такую мощность, поэтому он не сможет выдавать кондиционное напряжение, а кроме того он перегреется и сгорит.
2. Радиаторы не рассчитаны на такую мощность, а значит транзисторы перегреются и сгорят.
3. К счастью, в нормальных усилителях должны стоять несколько схем защиты, которые при превышении номинальной мощности отключат что-нибудь и не допустят наступления пунктов 1 и 2. Поскольку это отключение будет происходить примерно при среднем положении ручки громкости, то это станет неожиданностью. Но ещё большей неожиданностью станет, если защита не сработает.
Выводы.
1. К усилителю смело можно подключать колонки с большим сопротивлением, чем это указано в руководстве. При этом ни для усилителя, ни для колонок нет никакой опасности. Но громкость будет меньше, чем если бы колонки были нормального сопротивления.
2. К усилителю можно подключать колонки с меньшим сопротивлением, чем это указано в руководстве.
При этом надо чётко понимать и твёрдо осознавать, что максимально допустимая мощность будет достигнута примерно при среднем положении ручки громкости, и есть реальная опасность сжечь усилитель или колонки.
Необходимо заранее определить, при каком положении ручки громкости усилитель достигнет с этими колонками максимально допустимой мощности и никогда не превышать этот уровень.
Но даже, если вы нацарапаете на панели риску, ручку громкости может повернуть до упора ребёнок или гость.
Правильным решением в такой ситуации будет вскрытие усилителя и добавление в его схему дополнительного делителя напряжения на входе усилителя мощности.
Трансляционная акустика
Это оборудование принципиально отличается от пассивной и тем более от активной акустики.
Особенность трансляционных систем в том, что благодаря использованию понижающих и повышающих трансформаторов в конструкциях усилителей и АС, достигается качественная передача звука на большие расстояния.
Поэтому эта система озвучивания востребована на предприятиях, в офисах, супермаркетах и т. п. Естественно, что, не имея большого опыта, самому очень сложно спроектировать и настроить систему трансляции, лучше доверить это дело профессионалам.
Рассмотрим основные принципы подключения трансляционных акустических систем:
- существуют линии трансляции с уровнем напряжения сигнала 240 В, 100 В, 70 В, 30 В и другие. Выводы АС должны соответствовать напряжению линии, то есть иметь соответствующее входное напряжение;
- при подключении акустических систем к усилителю следует помнить о том, что их общая мощность не должна превышать мощность усилителя;
- при доступных режимах на усилителях 100 В и 70 В, акустические системы можно переключить с линии 100 В на линию 70 В. При этом мощность этих АС упадет в два раза, в то же время их количество можно увеличить в два раза.
- некоторые динамики имеют выводы не только на высокоомную нагрузку, но и на низкоомную. Обычно на корпусе подписано назначение контактов, важно при подключении не перепутать их.
- выбор выводов трансформатора АС – чем меньше сопротивление АС вы выберите, тем большую мощность он выдаст.
Общая схема подключения 100В трансляционного усилителя выглядит примерно так:
Подключение 100В трансляционных громкоговорителей на выход усилителя 70В.
Большинство 100В трансляционных усилителей, помимо основного выхода 100В в линии громкоговорителей, имеют также выход 70В. При подключении громкоговорителей на этот выход, их мощность падает в два раза, но максимальное количество подключаемых громкоговорителей может быть также увеличена вдвое.
Например к усилителю мощностью 30 Вт можно подключить не более 3-х громкоговорителей мощностью 10Вт на 100В выход.
На 70В выход усилителя возможно подключение 6-ти 10Вт громкоговорителей.
