Анатолий Лихницкий
МОЩНОСТЬ (часть 1)
Какую выходную мощность должен
иметь усилитель, чтобы уровень громкости, создаваемый аудиосистемой, был таким
же, как в концертном зале при звучании в полную силу симфонического оркестра?
Как правильно согласовать мощность
акустической системы и мощность усилителя, как соотносятся между собой
различные виды мощности, определенные в отечественных стандартах (паспортная,
максимальная, долговременная, кратковременная и другие) и принятые за рубежом
(музыкальная, пиковая, RMS и др.)?
Эти вопросы всегда в поле зрения
аудиофилов, однако для их разрешения придется
преодолеть некоторые математические трудности. Для тех, кому приведенные мною
(в основном алгебраические) выкладки покажутся сложными или кому не хватит
терпения в них разобраться, основные результаты расчетов указаны в таблицах.
Первая часть статьи посвящена
основным понятиям, касающимся мощности, а также выбору максимальной
синусоидальной выходной мощности усилителя, при которой в домашних условиях
может быть достигнута наперед заданная громкость
звучания музыки.
Во второй части статьи будут даны
определения разновидностей мощности, используемых в стандартах на
аудиоаппаратуру и рекламе, а также рассмотрена проблема безопасного согласования
по мощности усилителей и громкоговорителей.
Обычно слово „работа” мы не
связываем с удовольствием от прослушивания музыки и не подсчитываем, сколько
джоулей энергии „вложила” аудиосистема в звучание. В то же время мы готовы со знанием дела порассуждать о
мощности усилителя или громкоговорителя. И все же, достаточно ли хорошо мы
представляем себе, что такое мощность?
Начнем с того, что мощность,
измеряемая в таких знакомых единицах, как ватт, на самом
деле является мерой работы, которая
выражена числом джоулей тепловой энергии, выделяемой при совершении этой работы
за единицу времени (за секунду).
Учебник физики дает более строгое
определение: мощность - это предел отношения приращения работы 
в Дж (буква t в скобках означает текущее время) к приращению времени 
; записывается в виде:
N(t) = 
, (Вт) (1)
Как можно заметить, мощность
представляет собой функцию времени, которая отражает моментальную, то есть
соотносимую с любым заданным вами моментом времени работу. Для того чтобы
отделить мощность N(t) от других используемых в
статье понятий, будем называть ее мгновенной.
Вы наверняка знаете, что мощность
может быть акустической, механической, электрической и т. п., при этом закон
сохранения энергии дает нам право определять мощность любого вида в одних и тех
же единицах - Вт, добавляя к символу мощности - N - обозначение ее вида
(акустическая, электрическая и т. п.). По этому же закону возможны
преобразования мощности из одного вида в другой, например из электрической в
акустическую, как это происходит, например, в громкоговорителе, при этом часть
полезной мощности (обычно большая), вопреки нашему желанию, „пропадает”, то
есть превращается в тепло. Для оценки эффективности преобразования мощности одного
вида в другой используют коэффициент полезного действия - КПД, который равен
отношению полезной мощности на выходе преобразователя к
подводимой на его вход.
Если бы полезная мощность не
растрачивалась впустую и КПД такого преобразователя, как громкоговоритель, был
бы близок к 100%, то подводимая к нему электрическая мощность в 1 Вт обрушила
бы на слушателя всю мощь симфонического оркестра, однако реальные
громкоговорители имеют КПД примерно такой же, как у паровоза, и поэтому для
аудиофилов привычной стала выходная мощность усилителя от 100 Вт и более. Какую
же на самом деле надо подать на громкоговорители электрическую мощность, чтобы
в домашних условиях обеспечить громкость звучания аудиосистемы,
соответствующую громкости „живой” музыки в концертном зале? Попробуем
обосновать выбор этой мощности. Для начала рассмотрим связанные с понятием
мощности музыкального сигнала определения.
Если в процессе исполнения музыки
наблюдать с помощью двухлучевого осциллографа мгновенное напряжение на входе
громкоговорителя и одновременно создаваемое этим громкоговорителем и принятое с
помощью микрофона мгновенное звуковое давление, то обращает на себя внимание
следующее:
- cравниваемые сигналы очень похожи друг на друга;
- они представляют собой
колебания;
- эти колебания
имеют сложную, не похожую на синусоидальную, форму;
- форма колебаний, их амплитуда и
частотный состав изменяются во времени.
Поскольку в этой статье речь идет
в основном об электрической мощности на стыке усилителя и громкоговорителей, то
возникает вопрос: как от легко измеряемого напряжения на выходе усилителя
перейти к отдаваемой громкоговорителю мощности?
Такой переход делается по
известной формуле:
Nэл (t)
= 
(2)
где Nэл(t) - электрическая
мгновенная мощность, Вт;
u(t) -
мгновенное напряжение на выходе усилителя. В;
Rn - входное электрическое
сопротивление громкоговорителя или его эквивалента, Ом.
Оказалось, что на основе пересчета
мгновенного напряжения мгновенную мощность можно определить точнее, чем в результате
прямых измерений с помощью признанного эталонным средства - термопары.
Объяснений этому несколько, но главное - это неспособность термопары из-за ее
тепловой инерционности отслеживать значения мгновенной мощности музыкального
сигнала. Однако в большинстве случаев нет необходимости знать всё бесчисленное
множество значений мгновенной мощности. Чаще достаточно иметь несколько величин
(см. рис. 1). Дадим им определение.
а) Средняя мощность (
) представляет собой результат усреднения мгновенной мощности
сигнала в интервале между фиксированными моментами времени Т1
и Т2 и выражается формулой:
(3)
Здесь и далее черта над символом
означает усреднение во времени.
Для того чтобы среднюю мощность
выразить через напряжение на выходе усилителя, используют среднеквадратичное
значение (СКЗ) напряжения сигнала. В иноязычной технической литературе эту
величину обозначают RMS (Root Mean
Square).
СКЗ напряжения вычисляют по
формуле:
URMS=
(4)
где u(t) - мгновенное напряжение, В.
При известной величине СКЗ
напряжения средняя электрическая мощность сигнала любой формы равна:
(5)
б) Пиковая мощность (peakN) есть максимальное значение мгновенной мощности
сигнала в интервале времени от T1 до Т2, или
maxN(t)=peakN.
в) Пик-фактор (F) характеризует
соотношение между пиковой и средней мощностью сигнала в интервале времени от T1
до Т2 :
F
= 
(6)
Для синусоидального напряжения U(t) = Ua sin2pf все эти величины (за период Т2
–Т1=1/f ) имеют значения:
Nэл
=
Urms =
Upeak = Ua ; F = 
.
Если бы музыкальный сигнал не
изменялся во времени, введенных нами величин было бы
вполне достаточно. Однако музыкальный сигнал в первую очередь характеризуется
именно изменчивостью, то есть динамикой. Чтобы выявить эту динамику, используют
так называемую динамическую мощность. Динамическая мощность - это средняя
мощность, интервал усреднения для которой не зафиксирован, как в формуле (3), а
скользит вдоль оси времени, поэтому динамическая мощность является функцией
текущего времени и имеет вид:
(7)
где t - скользящий интервал времени
усреднения[1]
мгновенной мощности, с.
Спрашивается, каким должен быть
интервал t, чтобы наилучшим образом выявить
динамику музыкального сигнала.
В применяемом при звукозаписи
оборудовании получили распространение два значения постоянной t:
t =100 мс - это значение
обеспечивает наиболее точное соответствие динамической мощности воспринимаемым
изменениям громкости звучания музыки, происходящим во времени. Эту постоянную
применяют в измерителях уровня звука в режиме „быстро” (fast),
а также в индикаторах уровня громкости звукорежиссерских пультов - так назваемых VU-метрах. Максимум динамической мощности в
заданном интервале времени обозначают max;
t =2,5 мс - позволяет наблюдать в
заданном интервале времени максимумы слегка „сглаженной" мгновенной
мощности музыкального сигнала. Этот режим используют звукорежиссеры, чтобы
определять, насколько точно вписываются эти максимумы в допустимые пределы.
Легкое „сглаживание” применяется для того, чтобы превышение сигналом
допустимого уровня (в устройствах звукозаписи, усилителях и т. п.)
отождествлялось у слушателя с ощущением искажений этого сигнала. Измеренный
таким образом максимум мгновенной мощности называют квазипиковой мощностью и
обозначают peak.
В современных цифровых индикаторах
уровня записи регистрируются одновременно оба выраженных в дБ вида мощности, т.
е. динамическая мощность (с постоянной времени усреднения t =100 мс) и квазипиковая
(усредняемая с t =2,5
мс). Последняя для удобства наблюдения фиксируется на шкале индикатора до
появления пика более высокого уровня или в течение 2 секунд, после чего
сбрасывается, и т. д.
Важно, что одномоментная разность
показаний квазипикового индикатора и индикатора динамической мощности в
интервале времени между Т1 и Т2 есть величина, которая
характеризует пик-фактор в моменты максимума динамической мощности:
(8)
Полезность этого показателя мы
объясним несколько ниже.
И все же наши представления о
мощности будут неполными, если ничего не будет сказано о спектре мощности (power spectrum) или, иначе, о
распределении средней мощности музыкального сигнала между частотами
стандартного звукового диапазона от 22,5 Гц до 22,5 кГц. Для распределения
мощности по частотам обычно используют равные по относительной ширине полосовые
октавные или третьоктавные фильтры, при этом среднюю
мощность определяют на их выходе в соответствии с формулой (3).
В последнее время при описании
музыкального сигнала используют также трехмерное представление спектра
мощности, известное под названием FFT (Fast Fourier Transform). В этом
представлении дополнительно к координатным осям мощности и частоты добавлена
ось времени, при этом вместо не зависящей от времени величины средней мощности
в полосе фильтра определяют динамическую мощность с постоянной усреднения t= 100 мс.
Данные нами определения
электрической мощности годятся для описания акустической мощности, только
вместо мгновенного напряжения u(t)
и электрического сопротивления Rn используют
мгновенное звуковое давление р(t) и акустическое сопротивление Ra.
Но все-таки есть некоторые особенности применения акустических величин. Дело в
том, что электрическая мощность передается по проводам и поэтому практически
полностью попадает в нагрузку. Акустическая же мощность сигнала, излучаемая
музыкальными инструментами или громкоговорителями аудиосистемы, рассеивается в
помещении прослушивания, и только незначительная ее часть достигает ушей
слушателя. Для нахождения действующей в определенной области пространства
акустической мощности используют понятие интенсивности звука (acoustic intensity). Эта величина
представляет собой отношение потока звуковой мощности в одном направлении,
через поверхность, перпендикулярную направлению распространения звука, к
площади этой поверхности. Единица измерения интенсивности - Вт/м2.
В соответствии с основами
архитектурной акустики средняя интенсивность звука от ненаправленного источника
(которым может быть музыкальный инструмент или громкоговоритель) в месте
размещения слушателя вычисляется по формуле:
(9)
где r - расстояние от источника звука до слушателя, м;
R - постоянная (room constant), характеризующая
способность стен, пола и потолка помещения прослушивания поглощать звук, м2.
В этой формуле первый член в скобках
- это составляющая прямого излучения источника звука, которая уменьшается
пропорционально квадрату расстояния от этого источника. Вторая составляющая не
зависит от этого расстояния, а определяется реверберацией в помещении
прослушивания.
В любом зале или комнате
прослушивания всегда можно найти расстояние до источника звука, при котором оба
члена, взятых в скобки в выражении (9), будут равны между собой. Это
расстояние, которое обычно называют радиусом гулкости, с акустической точки
зрения представляет собой границу между зоной действия прямого звука от
источника и полем реверберации. Позже мы убедимся, что, слушая музыку в
концертном зале или в домашней обстановке, мы находимся в основном в поле
реверберации. Радиус гулкости можно определить из формулы[2]:
rгул = 0,057
(10)
где V - объем помещения
прослушивания, м3;
Т60 - время стандартной
реверберации в помещении, с.
Если вы вглядитесь в формулу (9),
то заметите, что средняя интенсивность звука в любой точке помещения (кроме мест
возможных акустических аномалий) не может быть меньше средней интенсивности
прямого звука, значение которого определено на расстоянии радиуса гулкости.
Этот вывод, воспользовавшись также формулой (10), можно выразить следующим
соотношением:
Ir>r
=
(11)
Однако интенсивность звука - не
очень удобная для практического применения величина. Вместо нее используют так
называемый уровень интенсивности (intensity level):
IL
= 10 lg 
(12)
где I0 - эталонная
интенсивность 10-12 Вт/м2.
Значение эталонной интенсивности
выбрано таким образом, чтобы при стандартных атмосферных условиях (температуре
окружающей среды 22°С и статическом давлении воздуха
750 мм ртутного столба) в определенном месте и при других рассмотренных ниже
условиях можно было бы IL считать равным SPL. А уж SPL (Sound
Pressure Level) - уровень
звукового давления - это знакомая нам всем величина:
SPL=20lg
(дБ) (13)
где 
- СКЗ мгновенного
звукового давления, Па;
Па (принятое международной организацией по стандартизации
(ISO) значение порога слышимости звука частотой 1000 Гц).
Для стационарных (то есть не
меняющихся во времени) звуков переход от IL к SPL правомерен, когда интенсивность
определена из формулы (3).
Для представления музыкальных (то
есть меняющихся во времени) звуков мы будем использовать другие величины: max SPL, который приблизительно равен maxIL
при условии, что динамическая интенсивность определена по формуле (7) при t = 100 мс, и peakSPL,
который приблизительно равен peakIL, когда
динамическая интенсивность определена при t = 2,5мс.
Выражают ли физические величины IL
и SPL, а также их разновидности ощущаемую слушателями громкость звучания
музыки? Психофизические исследования показали, что полного соответствия
рассмотренных нами величин и громкости нет.
На основе этих исследований для
выражения субъективной громкости были предложены две величины:
первая - это уровень громкости
определяемого звука (loudness level).
Эта величина выражается в фонах, число которых устанавливается равным значению
SPL звука с частотой 1 000 Гц, равногромкого
определяемому. Уровень громкости имеет прямое отношение к кривым равной
громкости, о которых см.: „АМ” №4(5)95,с.63.
Уровень громкости в фонах редко
используется при оценке громкости звучания музыки. Вместо этой величины чаще
определяют уровень звукового давления в дБА. Эта
величина практически совпадает с уровнем громкости в фонах, так как при ее
измерении производится взвешивание спектра акустического сигнала специальной
корректирующей цепью „А”, АЧХ которой имеет сходство с
перевернутой кривой равной громкости.
И все же уровень громкости и
уровень звукового давления в дБА - величины, которые
ближе к физическому определению
силы звука, чем к ощущению громкости.
Для выражения субъективной
громкости используется другая величина - так называемая громкость (loudness).
Громкость измеряется в сонах и является мерой того, как ощущается слушателем
изменение громкости при переходе от одного уровня громкости к другому.
Соотношение между уровнем громкости в фонах (Р) и громкостью в сонах (S) выражается в следующей форме:
S
= 2
(14)
Интересно, что, согласно этой
формуле, относительно большие изменения уровня громкости слушатели воспринимают
как незначительные. Например, изменение уровня на 10 фон (которое соответствует
изменению интенсивности звука в 10 раз) воспринимается как изменение громкости
звучания в 2 раза, а изменение уровня на 3 фона (по интенсивности в 2 раза) -
как изменение громкости на 23%.
Однако вернемся к физической силе
звука SPL. Если вы внимательно следили за ходом моих рассуждений, то легко
перейдете от формулы (11) к соотношению между уровнем звукового давления,
создаваемым источниками звука, и средней акустической мощностью, излучаемой ими
в помещении прослушивания. Это соотношение можно записать двояким образом:
SPLr>r=10lg
lg rгул, (15)
SPLr>r=10lg 
lgT60 –10 lg V. (16)
Формулы (15) и (16) можно считать
правильными, когда расстояние от источника звука до слушателя больше радиуса
гулкости. Воспользуемся этими формулами, а также введенными нами
разновидностями понятиями мощности (интенсивности) для того, чтобы
систематизировать все, что известно об уровнях звучания музыки в концертном
зале.
Какого максимального уровня[3]
звукового давления можно ожидать при прослушивании
большого симфонического оркестра[4]?
Исходные данные для ответа на этот
вопрос были получены Севианом, Денисом и Вайтом (1931).
Эти сведения (см. табл. 1)
признаны наиболее точными, но, к сожалению, они дают представление только о
пиковых значениях акустической мощности, излучаемой самыми громкими
музыкальными инструментами и симфоническим оркестром. Поэтому данные эти с
помощью формулы (16) пришлось преобразовать в пиковые уровни звукового давления
(4-я колонка в
табл. 1) и затем в максимальные уровни звукового
давления (5-я колонка этой же таблицы).
Таблица 1
|
Вид программы |
Пиковая мощность, Вт |
Полоса максимальной мощности, Гц |
PeakSPL, дБ |
Max SPL, дБ |
|
Симфонич. оркестр (75 чел.) |
13,8 |
250-2800 |
106 |
102 |
|
Оркестр (15 чел.) |
9 |
250-2800 |
104 |
100 |
|
Орган (фортиссимо) |
12,6 |
20-62,5 |
105,6 |
102 |
|
Литавры |
25 |
60-800 |
108,5 |
101 |
|
Большой барабан |
24,6 |
250-500 |
108,5 |
101 |
|
Тарелки |
10 |
1000-16000 |
105 |
95 |
|
Цимбалы |
9,5 |
8000-11300 |
104,3 |
95 |
|
Тромбон |
6,4 |
500-2800 |
102 |
97,5 |
Эти расчеты сделаны мною для
типичного концертного зала объемом 10 000 м3 со стандартным временем
реверберации Т60 = 1с и для слушательских мест,
удаленных от оркестра больше чем на радиус гулкости (в нашем примере на
расстояние, большее чем 5,7 м). Кстати, значения
максимального уровня звукового давления были определены в результате уменьшения
соответствующего пикового уровня на величину 
. Такая возможность следует из формулы (8). Сведения о были получены мною в результате одновременных
наблюдений за показаниями квазипикового индикатора и VU-метра при
воспроизведении достаточно большого количества записей симфонической и оперной
музыки.
Были получены следующие значения:
для tutti
симфонического оркестра, а также для деревянных духовых инструментов и
певческого голоса - 3-4 дБ;
для струнных инструментов и tutti медных духовых - 4-5 дБ;
для ударных и клавишных
инструментов - 5-10 дБ;
для синусоидального сигнала (в
качестве примера) - 3 дБ.
В последующих расчетах в качестве
опорной величины будем использовать = 10 дБ.
Вычисленные значения max SPL (после внесения поправки, соответствующей режиму
взвешивания спектра музыкального сигнала корректирующей кривой „А”) хорошо согласуются с данными Иоффе (1954) в отношении
уровней громкости симфонической музыки, соответствующих обозначениям этой
громкости в нотах (см. табл. 2).
Чтобы заострить ваше внимание на
данных табл. 2, пришлось дополнить ее значениями вероятности звучания музыки с
обозначенной в нотах громкостью и выражением этой громкости в сонах. Обратим внимание, что наиболее вероятный уровень
звукового давления на концерте симфонической музыки составляет 70 дБА, а максимальный не превышает 100 дБА,
при этом уровень звукового давления, соответствующий средней интенсивности
звучания музыкального произведения, примерно равен 77 дБА.
Таблица 2
|
Обозначение громкости в нотах |
Определение обозначений
громкости |
Уровень громкости в фонах |
Громкость в сонах |
Вероятность* громкости |
|
fff |
Форте фортиссимо (совсем громко) |
100 |
64 |
2,5 |
|
ff |
Фортиссимо (очень громко) |
90 |
32 |
8 |
|
f |
Форте (громко) |
80 |
16 |
11 |
|
mf |
Меццо форте (умеренно громко) |
70 |
8 |
35 |
|
mp |
Меццо пиано (умеренно громко) |
60 |
4 |
22 |
|
р |
Пиано (тихо) |
50 |
2 |
11 |
|
рр |
Пианиссимо (очень тихо) |
40 |
1 |
8 |
|
ррр |
Пиано пианиссимо (совсем тихо) |
30 |
0,5 |
2,5 |
|
* цифры ориентировочные, т.к.
зависят от жанра исполняемой музыки |
||||
Однако есть ли необходимость в
том, чтобы симфоническая музыка в домашних условиях звучала так же громко, как
на „живом” концерте? При каких уровнях звукового давления мы предпочитаем
слушать, скажем, форте фортиссимо дома? Исследование этого вопроса было проведено
радиокорпорацией „ВВС”. Результаты его приведены в табл. 3.
Таблица 3
|
Вид программы |
Публика |
Музыканты |
Персонал студии |
||
|
мужчины |
женщины |
мужчины |
женщины |
||
|
Симфоническая музыка |
78 |
78 |
88 |
90 |
87 |
|
Легкая музыка |
75 |
74 |
89 |
89 |
84 |
|
Танцевальная музыка |
75 |
73 |
89 |
89 |
83 |
|
Речь |
71 |
71 |
84 |
84 |
77 |
Оказалось, что в домашних условиях
слушатель предпочитает гораздо более тихое звучание музыки, чем в концертном
зале.
Теперь, когда мы узнали почти все
о реальных и предпочитаемых уровнях звучания музыки, можно сделать вывод: для
воспроизведения музыки в домашних условиях во всех случаях достаточно передать
без искажений и перегрузок в течение относительно короткого времени max SPL=100 дБ. При этом уровни пиков звукового давления не
превысят
108
дБ (в полосе 250-500 Гц);
106
дБ (в полосе 500-2800 Гц);
104
дБ (в полосе 8-10 кГц).
Заметим, что пиковые уровни
звукового давления начиная с 500 Гц и выше ослабляются. Более наглядно это
следует из результатов измерений спектра уровней мощности (по данным Шитова и
Белкина, 1970), которые приведены на рис. 2а для эстрадной музыки и на рис. 2б
для симфонической музыки. Сплошные кривые на этих рисунках относятся к спектральным
уровням максимальной динамической мощности при различных значениях вероятности
ее превышения. Пунктирная кривая изображает спектр уровней средней мощности.
Как видно из этих рисунков, самые высокие уровни почти всегда отмечаются в
области частоты 500 Гц.
Как с помощью аудиосистемы в
домашних условиях обеспечить достаточный уровень звукового давления? Вернемся к
формуле (15) и попробуем, пользуясь значениями акустической мощности источников
звука (в рассматриваемом случае - обоих громкоговорителей) и радиуса гулкости в
помещении прослушивания, определить уровень звукового давления в точке
размещения слушателя. Правда, есть небольшая загвоздка: как определить
излучаемую громкоговорителями акустическую мощность? Конечно,
ее можно вычислить путем умножения
подводимой к громкоговорителю электрической мощности на КПД, однако данные о
КПД громкоговорителей в проспектах обычно не приводят. Вместо этого нам
предлагают параметр характеристическая чувствительность (sensitivity).
Напомню, что характеристическая чувствительность - это уровень звукового
давления в дБ, который производит громкоговоритель в заглушенном помещении на
оси на расстоянии 1 м при подаче на его вход средней электрической мощности 1
Вт.
Попробуем решить возникшую
проблему, установив с помощью формулы (9) связь между КПД и характеристической
чувствительностью:
10
lgh = 10 lg – 10 lg = Sx –109,
где h - коэффициент полезного действия
громкоговорителя,
Sx - его характеристическая
чувствительность, дБ/Вт/м.
Запишем эту формулу иначе:
10
lg 
= Sx + 10 lg
- 109. (17)
Теперь, когда мы имеем
акустическую мощность громкоговорителя, выраженную через характеристическую
чувствительность и действующую на его входе электрическую мощность, приведем формулу
(15) к следующему виду:
SPLr>r= 10 lg - 20 lg rгул +Sx. (18)
Если усилитель работает без
перегрузок, то, как следует из формулы (18), каждому значению действующей на
входах громкоговорителей аудиосистемы электрической мощности будет
соответствовать[5]
определенная величина SPL.
Это соотношение перестает
работать, когда сигнал на выходе усилителя достигает некоторого предела.
Ограничение пиков сигнала, если они превышают этот предел, называется клиппингом. Явление клиппинга
сопровождается нелинейными искажениями, которые воспринимаются слушателями как
ограничение динамики, скрежет и т. п. Клиппинг
возникает из-за того, что усилитель не способен выдать в нагрузку большую
мощность, чем та, на которую он рассчитан. Именно поэтому наибольшая средняя
мощность синусоидального сигнала, которую хотя бы кратковременно способен
выдать усилитель в каждый громкоговоритель (или его эквивалент) без заметных на
слух нелинейных искажений, является самым важным параметром приобретаемого вами
усилителя, и знать его необходимо.
В соответствии с принятым в
большинстве стран Международным стандартом на усилители IEC 268-3 эту мощность
рекомендуется обозначать как выходную мощность, ограниченную искажениями (output power distortion
limited). Однако не все страны в своих стандартах
придерживаются этого определения, поэтому проспекты и реклама многих фирм
содержат разные, а подчас и противоречивые наименования мощностей, например
RMS-мощность и т. п. Порядок в этой неразберихе мы попробуем навести во второй
части настоящей статьи, в следующем номере.
Теперь попробуем, пользуясь
формулой (18), от суммарной выходной мощности усилителя, ограниченной
искажениями, перейти к max SPL в комнате
прослушивания. Оказалось, что здесь нас подстерегает маленькая уловка
производителей усилителей. Дело в том, что усилители тестируют на
синусоидальном сигнале (у которого =З дБ), а музыкальный сигнал, как мы уже знаем, имеет 
10 дБ. Чтобы избежать искажений, вызванных клиппингом, максимум динамической мощности на выходе
каждого канала усилителя не должен превышать 1/5 части выходной мощности,
ограниченной искажениями. Это можно учесть, уменьшая подставляемое в формулу
(18) суммарное значение выходной мощности каналов усилителя, ограниченной
искажениями на 7 дБ. Только после этого, произведя с помощью формулы (18)
расчеты, мы получим max SPL неискаженного
музыкального сигнала, который может быть достигнут с
помощью вашей аудиосистемы в комнате прослушивания с известным радиусом
гулкости. Этот радиус, как оказалось, практически всегда меньше расстояния от
слушателя до громкоговорителей. Для тех аудиофилов, которых могут утомить
арифметические действия, приводим в табл. 4 рассчитанные с помощью формулы (18)
значения max SPL для разных значений суммарной
выходной мощности усилителя, ограниченной искажениями, при известной
характеристической чувствительности громкоговорителей, в условиях типовой
комнаты, которая имеет стандартное время реверберации Т60=0,5 с [6] и объем
60 м3 (что приблизительно соответствует площади комнаты 20 м2).
Для комнат других размеров в табл.
5 вводится „добавка” в дБ к указанному в табл. 4 max SPL.
Таблица 5
|
Объем комнаты, м3 |
30 |
45 |
60 |
90 |
135 |
|
Примерная площадь комнаты, м2 |
10 |
15 |
20 |
30 |
45 |
|
Радиус гулкости, м |
0,44 |
0,54 |
0,62 |
0,76 |
0,93 |
|
Добавка к max
SPL, дБ |
3 |
1,4 |
0 |
-2 |
-4 |
В качестве примера воспользуемся
табл. 4 и 5 для расчета требуемой от усилителя выходной мощности, ограниченной
искажениями, чтобы получить max SPL
100 дБ при значении характеристической чувствительности
оказавшихся под рукой громкоговорителей Sx= 87
дБ/Вт/м в комнате объемом 90 м3 (площадью 30 м2).
Подставив величину объема комнаты в табл. 5, определяем „добавку” к max SPL. Она составляет -2 дБ.
В табл. 4 выбираем диагональ,
соответствующую max SPL = 103 дБ (с „добавкой”
ожидаемая величина max SPL =101 дБ), после чего соединяем
значение характеристической чувствительности 87 дБ/Вт/м с диагональю max SPL =103 дБ и затем с искомой мощностью, как это
показано в табл. 4 с помощью
стрелки. Искомая выходная мощность, ограниченная искажениями, должна быть не
менее 40 Вт на канал.
