Какая мощность нужна вашему УМЗЧ?

Владимир ПОЛЯКОВ

Таблица 1

Гром-кость, дБ

Характеристика звука

Звуковое давление, Па

Плотность потока мощности

0 Порог слышимости. 2×10^-5 10^-6

мкВт/м²

10 Тихий шепот на расстоянии 1 м. 6,4×10^-5 10^-5 20 Шелест листвы. 2×10^-4 10^-4 30 Шепот на расстоянии 1 м. 6,4×10^-4 0,001 40 Тихий разговор на расстоянии 1 м. 0,002 0,01 50 Слабая работа громкоговорителя. 0,0064 0,1 60 Обычный разговор на расстоянии 1 м. 0,02 1 70 Машинное отделение. Внутри трамвая. 0,064 10 80 Очень громкая работа АС. 0,2 100 90 Пневматический молот. Громкая дискотека. 0,64 1000 100 Клепальная машина. Сирена. Рок-концерт. 2

10 мВт/м²

120 Авиационный двигатель на расстоянии 5 м. Болевой порог. 20

1  Вт/м²

140 Нестерпимая боль. Звук становится неслышимым. Физические повреждения. 200

100 Вт/м²

180 Смертельный уровень. Шумовое оружие. 20 000

10⁶     Вт/м²

 

Уровни громкости выше 100 дБ считают безусловно опасными для здоровья, а потеря слуха может наблюдаться, начиная с 80 дБ. Существуют документы, определяющие максимально-допустимый уровень любых загрязнений, в том числе и звуковых (шумовых) – СанПиН 42-128-4396-87. Санитарные нормы допустимой громкости звучания звуковоспроизводящих и звукоусилительных устройств в закрытых помещениях и на открытых площадках. Для концертных залов, дискотек и т.д. установлена норма 90 дБ, на время выступления музыкальных ансамблей – 85 дБ, при воспроизведении музыки электроакустическими системами – 70 дБ (везде – пиковые значения).

Интересно, а какая же акустическая мощность попадает в ухо слушателя? Пользуясь таблицей 1, собранной из многих источников, начиная со старинного «Справочника по радиотехнике» Г.Г. Гинкина издания 1947 года, и кончая современными публикациями, это очень легко сделать. Приложите линейку к собственной ушной раковине и измерьте её площадь. Получится что-то около 20 см², или 2^.10^-3 м². Остается помножить плотность потока мощности на эту площадь: Р_ак = П^. S. Поясню примерами: пусть мы услышали тихий шепот с расстояния 1 м – громкость 10 дБ, поток 10^-5 мкВт/м². Акустическая мощность составит 2^.10^-8 мкВт, или 2^.10^-14 Вт. Смещение частиц воздуха при столь слабом звуке составляет всего 10^-7 мм, что в тысячи раз меньше длины световой волны!

Вот каким невероятно чувствительным устройством снабдили нас Господь Бог или Природа. Как же не относиться к нему бережно? Однако мы можем ещё повысить чувствительность уха, увеличив площадь сбора звуковой энергии с помощью слуховой трубки (до появления электронных слуховых аппаратов слабослышащие так и делали), или больших рупоров (звукоулавливатель).

На рис.1 Константин Эдуардович Циолковский с самодельной слуховой трубкой.

Рис. 1.

На рис. 2 звукоулавливатель времён Отечественной войны для обнаружения вражеских самолётов, по-видимому, в осаждённом Ленинграде.

  Рис. 2.

Как видим, рупор обратим, и использовался не только в граммофонах как излучатель звука, но и как приёмник-антенна для звуковых колебаний. Вспомните также «братьев наших меньших» – животных, у которых большие ушные раковины, оформленные в виде рупора, да еще и поворотные, отнюдь не редкость (рис. 3).

  Рис. 3

Возьмем теперь предельно допустимый по СанПиН уровень громкости 90 дБ. Плотность потока мощности составит 1000 мкВт/м², а попадающая в ухо мощность Р_ак = П^. S – всего 2 мкВт. Повторю: два микроватта, а больше – уже опасно! Надо заметить, что все приведённые данные относятся к середине частотного диапазона звука – порядка 1…2 кГц, где чувствительность уха максимальна. На высоких и низких частотах чувствительность уха падает, но это не касается опасного предела, который остается примерно постоянным, что иллюстрирует рис. 4, взятый с сайта http://www.avdspb.ru/zvuk-opredelenie.html

Рис. 4

В этом кроется еще одна опасность – попытка услышать разрекламированные частоты 20 Гц (НЧ) или 20 кГц (ВЧ) заставляет поднимать их уровень в звуковоспроизводящем устройстве. Поначалу это помогает – звук становится глубже, сочнее и насыщеннее. Однако динамический диапазон (разница между слуховым порогом и предельно допустимой громкостью) сужается, пока не обратится в ноль на границах слухового диапазона. Попытка услышать, например, звук с частотой 10 или 15 Гц с помощью мощной звукоустановки может закончиться тем, что у вас оторвутся внутренние органы, но звука вы все равно не услышите! Это ли не акустическое оружие? Влияние же мощного ультразвука (частоты выше 15 кГц) на живые организмы вообще еще мало исследовано.

Разберёмся с «затычками». Как-то понадобилось мне спросить дорогу, и я обратился к симпатичному молодому человеку с умными глазами. В них отразилось недоумение. Потом он сообразил, что с ним говорят, вынул что-то из уха и даже повернулся ко мне этим ухом. Я повторил вопрос. Он опять ничего не услышал. Пришлось повторить вопрос в третий раз, уже громко. Знакомая картина? Вот результат прослушивания плеера с большой громкостью – явное ослабление слуха. Вынул из уха он то, что всем известно – наушник (рис. 5).

  Рис. 5

Эти наушники-затычки вместе со всевозможными плеерами расплодились как эпидемия. Наверняка вы встречались и с техническими данными плееров: выходная мощность у них десятки, а то и сотни милливатт на канал… постойте, но куда же она девается? Если акустическая мощность в ушном канале не превосходит 2 мкВт (вы разумный человек, и не злоупотребляете мощностью), а плеер отдает электрическую мощность 2 мВт (вы убавили громкость), то КПД «затычек» составляет всего… КПД = Р_ак/Р_эл = 10^-3, или всего 0,1%!!! Так что же нам реклама «лапшу на уши вешает» про достижения современной электроакустики? Ведь если КПД поднять хотя бы до 1% (все равно он был бы в 7 раз хуже, чем у паровоза), то плеер мог бы потреблять в 10 раз меньше энергии от батарей, и они прослужили бы в 10 раз дольше!

Значения КПД вы не найдёте ни в каких технических данных ни на одни наушники (стыдно, наверное), лишь изредка приводят данные о чувствительности, например 80 дБ/мВт. Это значит, что при подведении электрической мощности 1 мВт наушник звучит с громкостью 80 дБ. А для 90 дБ ему надо уже 10 мВт. Но не обольщайтесь, если вдруг увидите цифру чувствительности и 120 дБ, потому что ещё неизвестно, что это за цифра и в каких условиях она снята. В этом мы будем разбираться во второй части нашего расследования.

 

Рис. 6

А теперь помечтаем: если бы наш УМЗЧ был спроектирован под эти наушники, и отдавал бы не десятки и сотни милливатт, как с гордостью пишут в рекламе, выдавая это за достоинство, а требуемые нам микроватты (с малыми шумами и искажениями, естественно), то и потреблял бы он, соответственно, в тысячу раз меньше энергии. Батареи прослужили бы во столько же раз дольше, например, не 30 часов, как сейчас, с вашим «кушающим» плеером, а 30 000 часов – это года три с половиной непрерывной работы! Вот это было бы настоящее счастье при прослушивании музыки (смотри рекламное фото рис. 7).

Полагаю, что радиолюбителям здесь есть, над чем поработать, и есть, куда стремиться. А на фирмы надежды нет – они никогда не откажутся от сверхприбылей, производя плохие УМЗЧ, «тупые» наушники, и в огромном количестве – батарейки.

Рис. 7

Раз уж мы упомянули связистов с их единицей мощности дБм, то не лишне заметить – под чувствительностью наушников они понимают нечто совсем другое (на мой взгляд правильное), а именно: минимальную мощность сигнала, при котором он еще «читается» в наушниках. Эту мощность неоднократно измеряли радиолюбители-связисты, в том числе и автор, для самых разных наушников, по старинке – телефонов. Вот результаты: наивысшей чувствительностью обладают телефоны с дифференциальной электромагнитной системой (по типу наших ДЭМ и ДЭМШ, а также старинного громкоговорителя «Рекорд» – большой чёрной «тарелки»): –88…–90 дБм для речевого сигнала и – 92…–94 дБм для телеграфного. На втором месте обычные электромагнитные телефоны с жестяной мембраной и пьезонаушники: –70…–80 дБм. И хуже всех по чувствительности ширпотребовские дешёвые «затычки»: – 60 дБм.

Почему надо измерять именно мощность, а не, скажем, подводимое к наушникам напряжение? Да потому что мощность – это работа в единицу времени, именно она определяет поток акустической мощности, т.е. громкость. А напряжение зависит от сопротивления звуковой обмотки – намотайте больше витков тонкого провода, получите высокоомные наушники, требующие большего напряжения, потребляющие меньший ток, но с той же чувствительностью.

Проверим по этому параметру уже разобранные нами AKG K451. Допустим, что они имеют отличную «связную» чувствительность – 90 дБм. Мысленно уменьшим подаваемую на них электрическую мощность до этого уровня, т.е. на 90 дБ. На столько же децибел упадет и громкость, она станет равной 126 – 90 = 36 дБ. Обратившись к таблице 1 в первой части, узнаем, что эта громкость лежит где-то между шепотом и тихим разговором на расстоянии 1 м, т.е. сигнал будет вполне разборчив. Можно даже полагать, что цифра 126 дБ/мВт несколько завышена.

Простой способ проверки чувствительности. Как радиолюбитель-связист, автор всегда интересовался наушниками высокой чувствительности. В иностранной печати наиболее чувствительные телефоны с механизмом типа ДЭМ или ДЭМШ часто называли «Balanced Armature» и «Sound Powered». Первое название понятно – якорь у них сбалансирован между полюсами магнита, отсутствует постоянное натяжение, как у наушников с жестяной мембраной и магнитом с одной её стороны, что повышает чувствительность (рис. 8).

Рис. 8

http://www.salmanashrafny.com/2011/03/balanced-armature-vs-dynamic-driver.html

Используя принцип сбалансированной арматуры (якоря), делают и высококачественные наушники, и даже «затычки» (рис. 9). Иногда для краткости их называют просто «арматурными». Вот, что пишут о них на сайте http://chelny-city.ru/1150893838-armaturnye-naushniki.html:

«Особенности конструкции … позволяют им добиться исключительно точного и качественного воспроизведении звука. Арматурные наушники широко используются музыкантами в профессиональной сфере деятельности, например, во время выступлений на сцене. В англоязычной литературе такие наушники часто относят к классу IEM – In-Ear monitor (мониторные вставные наушники). Основные преимущества арматурных наушников: низкий уровень искажений, высокая чувствительность, сбалансированная передача звука на всём диапазоне частот».

Рис. 9

Второе иностранное название ставило в тупик: Sound Powered – питаемые звуком. Почему они питаются, или приводятся в действие звуком? Ответ, «раскопанный» много лет назад, привел к раскрытию удивительной истории. Оказалось, что на английских и американских кораблях времен Второй Мировой войны (а возможно и на наших) существовала аварийная система связи, например, между мостиком и орудийной башней. Когда основная связь в бою была повреждена, из специальных шкафов доставали катушки с кабелем и разматывали его по палубе между необходимыми местами. Кабель с обеих сторон заканчивался наушником. Он же служил и микрофоном. Никаких батарей, вообще ничего лишнего! Так же иногда поступали и сухопутные военные связисты. А недавно мне рассказали, что два друга-радиолюбителя, живущие в одном доме, но на разных этажах, долго пользовались «телефоном», сделанным из двух капсюлей типа ДЭМ и отрезка телефонного провода, пропущенного по внешней стене дома из окна в окно (рис.10).

Точно таким же способом вы можете проверить чувствительность любых наушников, динамиков и акустических систем (АС) при отсутствии приборов, и даже товарища, помогающего в эксперименте. Соедините два наушника (динамика, АС) длинной двухпроводной линией, один поставьте (положите) рядом с работающим радиоприемником (годится любое устройство, издающее звук), с другим уйдите в другую комнату, закрыв дверь. Даже при отсутствии длинной линии можно залезть по одеяло, обложиться подушками, любым способом изолировавшись от прямого звука. В другом наушнике вы услышите звук, если наушники хорошие. Если же звук отсутствует, слабый и искаженный – остаётся вам только посочувствовать.

Этот же способ позволяет оценить и качество звуковоспроизведения. Вспомните звуковое сопровождение при передаче по телевизору фигурного катания. Ужасно, правда? Дело в том, что звук проходит через электроакустические системы не один раз, как обычно, а трижды: громкоговорители на катке, микрофон около видеокамеры, и динамик в телевизоре. Каждая система вносит искажения, которые суммируются. Итак, мы подошли к следующему разделу.

Другие параметры наушников. Часто смотрят на диапазон воспроизводимых частот. Для вышеупомянутых AKG K451 это 11 – 29500 Гц. Такая точность умиляет и вызывает доверие. Однако не сказано, какова неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), и при каком «завале на краях» получены эти граничные частоты. В сети мне так и не удалось найти ни этих данных, ни самой АЧХ. Зато попалась АЧХ на порядок более дорогих студийных наушников той же фирмы (рис. 11). Видим, что неравномерность достигает ± 12 дБ, а верхняя граница полосы частот по уровню – 12 дБ всего 20 кГц. Но этого достаточно, выше 16 кГц мы уже все равно не слышим! Да и в воспроизводимых программах эти частоты бывают редко. Радиостанции УКВ FM не передают частот выше 14 кГц, АМ – 10 кГц.

График АЧХ наушников AKG K 271 Studio – 104 дБ (1 Вольт rms)/55 Ом. http://prosound.ixbt.com/hardsoft/akg-k271.shtml              Рис. 11.

Чувствительность измерена при подаче 1 В (rms – эффективное значение). Ток при этом составит 1В/55Ом = 18 мА, и подводимая мощность 18 мВт (+ 12,5 дБм). Найдем чувствительность при подаче 1 мВт: 104 – 12,5 = 91,5 дБ/мВт – цифра гораздо более реальная, чем вышеприведенные 126 дБ/мВт.

Неравномерность АЧХ ± 12 дБ не должна удивлять – это нормально для электроакустических систем. В старых ГОСТах встречалось и ± 15 дБ. Опять вспомним фигурное катание по телевизору – троекратное прохождение звука через громкоговорители и микрофон может повысить неравномерность АЧХ даже до ± 45 дБ, а это уже разница между «очень тихо» и «очень громко». В результате одни звуки пропадают, другие превращаются в выкрики. Соответственно, возрастают и «завалы на краях», что приводит к отсутствию басов и верхов – звук становится «как по телефону».

Кстати, экспериментируя с двумя наушниками и линией (рис. 10), обращайте внимание не только на громкость, но и на качество звука – неравномерность АЧХ наушников здесь удваивается.

Следующий важный параметр – сопротивление. Среди строителей детекторных приемников бытует мнение, что высокоомные наушники чувствительнее. Это неверно, чувствительность определяется силой магнита и конструкцией механизма. Но выход детектора высокоомный (десятки килом), и чтобы он отдавал в нагрузку максимальную мощность, её сопротивление должно равняться внутреннему сопротивлению источника. Это известное условие согласования. Поэтому высокоомные наушники в детекторном приемнике работают хорошо, а низкоомные – нет. Положение может исправить трансформатор, преобразующий ток и напряжение в N раз, а сопротивление, соответственно, в N² раз. Проходящую же через него мощность хороший трансформатор (с малыми потерями) практически не изменяет.

Большинство выпускаемых наушников – электродинамические, они устроены так же, как и обычные динамики от АС, но гораздо миниатюрнее, и (замечу от себя) по многим параметрам, особенно по КПД, хуже. Они в принципе не могут быть высокоомными, поскольку намотать много витков очень тонкого провода на подвижную звуковую катушку, колеблющуюся в узком магнитном зазоре, чрезвычайно трудно. Принято стандартное значение 32 Ом, но бывает и меньшее сопротивление.

Посчитаем напряжение и ток наушника при подведении мощности 1 мВт, пользуясь элементарными формулами электротехники: P = U ^. I, I = U / r. Получается 0,18 В и 5,6 мА. Для бестрансформаторного усилителя такие параметры крайне невыгодны, поскольку потребляемый ток как минимум раза в полтора превышает ток нагрузки. Посчитаем питание: 3 В, 10 мА, а это 30 мВт, т. е. КПД усилителя не превышает 3%.

Гораздо выгоднее для усилителя было бы отдавать в нагрузку 1,8 В и 0,56 мА, что привело бы к экономии по питанию и продлению срока службы батарей в 10 раз. Но сопротивление нагрузки (наушников) надо увеличить в 100 раз, до 3200 Ом. Не лишне было бы поставить согласующий трансформатор 10:1, но фирмы, особенно при массовом производстве, катастрофически боятся намоточных изделий. А любителю намотать такой трансформатор тонким проводом и внавал, (без укладки рядами) вообще ничего не стоит.

Ответ на вопрос: что лучше – питать усилитель значительным напряжением при малом токе или низким напряжением при большом однозначен – искажений при малом напряжении питания гораздо больше. Перечитайте серию моих статей об УМЗЧ в прошлых номерах ЮТ, и вы поймете, почему. Главный бич экономичных двухтактных УМЗЧ, работающих в классе В – искажения типа «ступенька». Пусть не принято никаких мер по их устранению – тогда амплитуда искажений будет около 0,5 В, она определяется порогом открывания кремниевых транзисторов. При напряжении питания 1,5 В получаем коэффициент нелинейных искажений 30% и слушать что либо через такой усилитель нельзя. В то же время при 9-ти вольтовом питании и такой же амплитуде выходного сигнала ЗЧ получаем всего около 6%, и для связи, например, это уже приемлемо. Все же попытки уменьшения искажений связаны с увеличением потребляемого тока.

Замечу, что человеческий слух крайне чувствителен к центральным искажениям сигнала (типа «ступенька»), в моменты перехода мгновенного напряжения ЗЧ через нуль. Он замечает их моментально, и звук кажется «грязным», противным. Эти искажения особенно возрастают при малых амплитудах ЗЧ, т.е. при тихих звуках. В то же время слух слабо реагирует на искажения типа «ограничение», когда срезаются «макушки» сигнала на громких выкриках. Этим широко пользуются на радиостанциях, ограничивая звуковой сигнал и тем самым поднимая средний коэффициент модуляции и эффективность передатчиков.

Уже заканчивая эту часть статьи, мне довелось побеседовать с академиком, просто умным человеком и любителем электроакустики. Он рассказал, что ухо человека способно детально разобрать звуковую картину, выделить звучание отдельных инструментов в оркестре и т.д., лишь при громкостях ниже 60 дБ. Более громкие звуки смазывают звуковую картину (селективность уха снижается), а совсем громкие смешивают её в сплошную орущую какофонию. Учитывайте это, любители громкой музыки, в рекламных проспектах такого не прочтёшь!

Закончим эту часть, перефразируя известное выражение:

SOS — спасите наши уши!

 

Таблица 3

Тип громкоговорителя	Паспортная отдача, Па	Требуемая мощность сигнала ЗЧ для громкости 60 дБ, мВт
0,025ГД-2	0,075	3,6
0,05ГД-1	0,15	1,8
1ГД-5, 1ГД-28, 1ГД-36, 2ГД-7	0,2	1,0
1ГД-4, ЗГД-1.4ГД-4, 4ГД-5	0,3	0,45
5ГД-1, 6ГД-1 РРЗ, 6ГД-3	0,4	0,25
8ГД-1 РРЗ	0,45	0,2

 

Видим, что никуда не годными оказались маленькие маломощные динамики от карманных приёмников (верхние строки таблицы). В то же время большие и довольно мощные (5…8 Вт по паспорту) требуют почти в 20 раз меньшей мощности для получения той же громкости (нижние строки). Оно и понятно: для получения хорошей отдачи нужны сильный магнит, большой диффузор и хорошее заполнение магнитного зазора проводом звуковой катушки. Ни одно из этих требований не выполняется в маленьких ширпотребовских динамиках, а про старые большие динамики рижского радиозавода, например 8ГД-1, среди меломанов ходят легенды за их мягкий, бархатный и в то же время громкий звук.

Незначительная по современным понятиям паспортная мощность (менее 10 Вт) смущать не должна. Раньше добросовестно указывали ту мощность, при которой динамик может работать непрерывно, без повреждений и перегрева. Теперь же (в рекламных целях, разумеется) часто по умолчанию пишут пиковую мощность, так называемую РМРО (Peak Musical Power Output), которую динамик может выдержать лишь в течение долей секунды. Она в десятки раз выше средней.

Куда девается мощность УМЗЧ? Понятно, что для отсутствия искажений на пиках музыкального сигнала УМЗЧ рассчитывают на РМРО, хотя, повторю, эти искажения и малозаметны. Хуже другое – очень низкий КПД, следовательно, чувствительность и отдача современных АС. Первые наши высококачественные АС, малогабаритные, и с обилием поглощающего материала имели отдачу от 0,08 Па (25АС16, 25АС416) до 0,11 Па (35АС2). Это соответствует чувствительности 82…85 дБ. Многие современные АС не лучше. Чтобы звучать с той же громкостью, что и радиоточка (чувствительность 90 дБ) они требуют примерно вчетверо большей мощности. Говорят, что такова плата за качество.

Начало такому движению, как часто бывает, положили американцы. Еще в начале далеких 60-х они выпустили малогабаритные настенные АС “Gigolo” в наглухо закрытом корпусе, заполненном ватой. Акустическое «короткое замыкание» устранялось тем, что излучение обратной стороны динамика просто поглощалось. Кроме того, благодаря акустическому демпфированию сглаживались пики и провалы на АЧХ динамика. Так легко решались почти все трудные проблемы электроакустики, АС получилась простой, дешевой (даже ваты надо было мало – АС то малогабаритная). Писали, правда, что мощность усилителя надо повышать вдвое – ведь половина акустической мощности поглощается. На самом деле больше, поскольку поглощающая среда (вата) нагружает диффузор сильнее, чем воздух. Получился парадокс: АС плохо излучает, но АЧХ хорошие!

Если корпус поглотителем не заполнять (1 на рис. 14), резонанс закрытого ящика создаёт пик на АЧХ в районе 100…200 Гц, и звук становится неприятным, бубнящим. Для понижения частоты резонанса объем ящика надо непомерно увеличивать, но все равно половина акустической мощности пропадает. Попытки её все же использовать привели к появлению сначала отверстия (2), а потом и трубы (3). При правильной настройке колебания диффузора и воздуха в трубе совершаются в одинаковой фазе, отчего всю конструкцию и назвали фазоинвертором. Для устранения высокочастотных резонансов внутренние стороны стенок АС все равно обкладывают поглотителем, а сам фазоинвертор работает лишь на низких частотах. Отдача АС оказывается невысокой. Более совершенен лабиринт (4), но для массового производства он слишком сложен.

 

Наиболее распространенные варианты акустического оформления низкочастотных громкоговорителей: закрытое (1); фазоинвертор с простым отверстием (2), в которое может быть помещен пассивный радиатор; самый распространенный фазоинвертор в виде трубы (3); лабиринт (4) — технически сложное и дорогое решение. http://stereo.ru/before/whatiswhat.php%3Farticle_id=224.html    Рис. 14

В своё время сенсаций стала отечественная любительская разработка – фазоинвертор «подкова» (рис. 15). Рис. 15

По сообщению авторов один 5-ваттный динамик, установленный в малом раструбе, позволил озвучить танцевальный зал! По сути, это уже рупор.

Вспомните старинные граммофоны: благодаря рупору малые колебания иглы, связанной с мембраной, создавали весьма громкий звук. В патефонах часть рупора свернута и «спрятана» внутрь корпуса. Открытая крышка служит отражателем звука. Рупорные громкоговорители используют для озвучивания открытых площадей. Профессиональный рупорный громкоговоритель может иметь КПД до 25...35%. Радиолюбителям хороший рупорный громкоговоритель вряд ли доступен, но кое-что можно сделать и из обычных головок, получив чувствительность более 100 дБ.

Ответим теперь на вопрос подзаголовка (куда девается мощность) цифрами. Пусть, польстившись на гладкость АЧХ и широкий диапазон, вы приобрели АС с чувствительностью 82 дБ и хотите получить громкость 92 дБ. Мощность УМЗЧ надо увеличить на 10 дБ относительно 1 Вт, или в 10 раз. Получаем 10 Вт. Далее, вы хотите получить эту громкость на расстоянии не 1, а 3 метра. Плотность потока мощности убывает пропорционально квадрату расстояния, поэтому излучаемую АС мощность надо увеличить ещё в 9 раз, получаем 90 Вт. Далее, вы хотите иметь запас 5…10 дБ, чтобы гарантировать отсутствие искажений на пиках музыкальной программы. Это ещё 3…10 раз. Вот и получается, что вам нужен УМЗЧ с мощностью порядка от 300 Вт до киловатта!

А теперь подумайте, надо ли вам всё это? Ведь при таких мощностях и громкостях ничего, кроме слушания музыки, делать уже нельзя. Но если бы у вас была АС с чувствительностью 102 дБ, то вам за глаза хватило бы и 10 Вт, чтобы слушать этот симфонический или рок-концерт, а для фоновой музыки, не мешающей заниматься другими делами, вам хватило бы и нескольких милливатт.

Лучшие АС по чувствительности и качеству. Купить вы их вряд ли сможете (как, впрочем, и автор), но не исключено, что сделаете и сами. В последние годы интересующийся электроакустикой народ уже отказывается от закрытых ящиков и все чаще использует рупора или большие отражательные доски.

Акустическая система открытого типа «АСОТ». Корпуса нет, только большая отражательная доска! — http://www.hifinews.ru/print/article/details/9880.htm

Вот одна из лучших в мире конструкций класса Hi-End: Lowther Maestro Horn

 

 

Фильтр нулевого порядка!	_
Сопротивление	8 Ом
Частотный диапазон	45 - 21500 Гц
Номинальная мощность	15 Вт
Чувствительность	107 dB (SPL.1Вт/ 1м)
Размеры	1570х380х610 мм
Вес одной колонки	не более 120 кг
Рекомендуемая мощность усилителя	от 3 до 18 Вт.
Цена за пару	1 500 000руб.

Кто слушал эти системы, тот не забудет их никогда! На изготовление уходит 273 детали и 4 месяца работы — так пишут на сайте http://bestacoustic.ru/lowther-maestro-horn.html.

В этой рупорной системе всего один динамик, но с тремя диффузорами, для НЧ, СЧ и ВЧ. Внутренняя структура рупора видна на фото изготавливаемой АС справа. Слова «фильтр нулевого порядка» означают, что никаких фильтров там вообще нет, как нет искажений звука, связанных с разделением звукового диапазона на полосы (НЧ – ВЧ).

А вот, что сообщают на сайте http://websound.ru/issues/96.htm:

 — «Несколько российских сайтов уже облетела эта весть, но я не смог удержаться и не опубликовать ее на WebSound.Ru. Речь идет о выпуске фирмой Ferguson Hill необычной рупорной акустики. Как видите, внешний вид … по-настоящему впечатляет. Рупорная акустика мне лично вообще никогда не встречалась, но такая... красота:-)

Характеристики таковы: воспроизводимые частоты - 150 - 20000 Гц, "раскачиваются" уже со значения мощности в 5 Ватт, размеры громкоговорителей: 1,65 x 0.92 x 0.72 м, импеданс - 8 Ом.

Цена системы, как я понял, около $10 000».

 

Если уж говорить о рупорах с юмором, то фанатизму нет предела, и жилище тоже можно превратить в рупорную стереосистему:

На этой весёлой ноте мы и закончим наше повествование.

 

Владимир ПОЛЯКОВ

Какая мощность нужна вашему УМЗЧ?

 

О чём пойдёт речь? УМЗЧ – усилитель мощности звуковой частоты – имеется в любом плеере, радиоприемнике, музыкальном центре, телевизоре, и вообще, в любом аппарате, воспроизводящем звук, речь или музыку. Конечно, одного УМЗЧ недостаточно, нужно еще устройство, преобразующее электрические колебания в звук. Это либо телефоны, тогда вы привязаны к аппарату и нужен соединительный кабель (шнур), либо громкоговоритель или акустическая система (АС), тога слушателями будут и все находящиеся в данном помещении, а не только вы сами. Всё это очевидные истины, и требования к УМЗЧ во всех перечисленных случаях предъявляют самые разные, а вот какими они должны быть на самом деле? С полосой частот, равномерностью частотной характеристики и нелинейными искажениями все более или менее ясно, а какая должна быть выходная мощность УМЗЧ? 

В последнее время появилась тенденция строить все более и более мощные усилители – доли и даже единицы ватт выходной мощности для наушников, и сотни ватт для музыкальных центров. Фирмы-производители их всячески хвалят в рекламе, искусно подталкивая потребителя к мысли, что чем больше выходная мощность, тем качественнее звуковоспроизведение, и тем «круче» владелец аппарата. За ними тянутся и самодельщики, конструируя все более мощные аппараты. Но у фирм совсем другая цель – продать товара побольше и подороже, а проблемы потребителя их мало волнуют. Особенно актуальна ситуация при питании аппарата от батарей – они недёшевы, да и в магазин за ними не набегаешься, а ведь чем больше мощность УМЗЧ, тем больше он потребляет, и тем быстрее расходует батареи!

Нужна ли на самом деле большая мощность УМЗЧ, меня попросил обсудить на страницах ЮТ его Главный Редактор, добавив, что я остался, пожалуй, единственным человеком, не поддерживающим эту современную (прогрессивную?) тенденцию. Я согласился, тем более, что отчасти уже делал это более десятка лет назад в книге «Техника радиоприема. Простые приемники АМ сигналов», и потом в ЮТ, в статье «Как получить звучание Hi-End своими руками». Эту статью беззастенчиво «передрали» на сайте http://radiojurnal.net/hifi/hobby-hifi.html, не дав, естественно, никаких ссылок, и привнеся ряд ошибок, не только технических, но и грамматических, что, впрочем, характерно для нашего времени.

Танцуем от печки. Начать, естественно, следует не с производителей (цели у них другие), а с потребителя – человека и свойств его слуха. Наше ухо – удивительнейший и очень чувствительный орган, способный улавливать самые тихие звуки. Звук представляет собой волны, распространяющиеся в среде, в нашем случае колебания давления воздуха. Так же, как и абсолютное давление, равное примерно 1 атмосфере = 760 мм ртутного столба = 10⁵ Па, амплитуда звуковых волн измеряется в единицах давления, в системе единиц СИ – в паскалях (Па). Один паскаль соответствует силе в один ньютон, распределенной по площадке в 1 м², перпендикулярной направлению распространения звука (1 Па = 1 н/м²). Звуковое давление – это отклонения давления воздуха от постоянного атмосферного, которого мы не чувствуем и не замечаем, поскольку оно действует на барабанную перепонку уха одинаково с обеих сторон.

Звуковые волны переносят энергию и характеризуются плотностью потока мощности, измеряемой в ваттах на кв. метр, т.е. мощностью, переносимой звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения звука. Именно мощность, улавливаемая ухом, и производит физиологические эффекты, позволяющие нам слышать. Громкость звука измеряется в децибелах. Один децибел — это 1/10 Бел, логарифмической единицы. Она была названа в честь изобретателя телефона А. Г. Белла.

При измерениях связанными со звуком децибелы хороши в том отношении, что восприятие громкости подчиняется логарифмическому закону, то есть громкость прямо пропорциональна логарифму звукового давления и мощности звуковой волны, или уровню звука, выраженному в децибелах. За нулевой уровень громкости принят условный (усреднённый) порог слышимости человеком.

Плотность потока мощности П пропорциональна квадрату звукового давления р, связь здесь аналогична связи между мощностью и напряжением в электрических цепях, округлённо: П = 0,0023р², р = 21√П. Приводимая таблица 1 связывает громкость звука, звуковое давление и плотность потока мощности:

Таблица 1

Гром-кость, дБ

Характеристика звука

Звуковое давление, Па

Плотность потока мощности

0 Порог слышимости. 2×10^-5 10^-6

мкВт/м²

10 Тихий шепот на расстоянии 1 м. 6,4×10^-5 10^-5 20 Шелест листвы. 2×10^-4 10^-4 30 Шепот на расстоянии 1 м. 6,4×10^-4 0,001 40 Тихий разговор на расстоянии 1 м. 0,002 0,01 50 Слабая работа громкоговорителя. 0,0064 0,1 60 Обычный разговор на расстоянии 1 м. 0,02 1 70 Машинное отделение. Внутри трамвая. 0,064 10 80 Очень громкая работа АС. 0,2 100 90 Пневматический молот. Громкая дискотека. 0,64 1000 100 Клепальная машина. Сирена. Рок-концерт. 2

10 мВт/м²

120 Авиационный двигатель на расстоянии 5 м. Болевой порог. 20

1  Вт/м²

140 Нестерпимая боль. Звук становится неслышимым. Физические повреждения. 200

100 Вт/м²

180 Смертельный уровень. Шумовое оружие. 20 000

10⁶     Вт/м²

 

Уровни громкости выше 100 дБ считают безусловно опасными для здоровья, а потеря слуха может наблюдаться, начиная с 80 дБ. Существуют документы, определяющие максимально-допустимый уровень любых загрязнений, в том числе и звуковых (шумовых) – СанПиН 42-128-4396-87. Санитарные нормы допустимой громкости звучания звуковоспроизводящих и звукоусилительных устройств в закрытых помещениях и на открытых площадках. Для концертных залов, дискотек и т.д. установлена норма 90 дБ, на время выступления музыкальных ансамблей – 85 дБ, при воспроизведении музыки электроакустическими системами – 70 дБ (везде – пиковые значения).

Интересно, а какая же акустическая мощность попадает в ухо слушателя? Пользуясь таблицей 1, собранной из многих источников, начиная со старинного «Справочника по радиотехнике» Г.Г. Гинкина издания 1947 года, и кончая современными публикациями, это очень легко сделать. Приложите линейку к собственной ушной раковине и измерьте её площадь. Получится что-то около 20 см², или 2^.10^-3 м². Остается помножить плотность потока мощности на эту площадь: Р_ак = П^. S. Поясню примерами: пусть мы услышали тихий шепот с расстояния 1 м – громкость 10 дБ, поток 10^-5 мкВт/м². Акустическая мощность составит 2^.10^-8 мкВт, или 2^.10^-14 Вт. Смещение частиц