Классификация усилителей мощности

Шоу технологии - Шоу-техника

Усилители мощности низкой (звуковой) частоты (УМНЧ, УМЗЧ, далее просто – усилители мощности) предназначены для усиления сигнала низкой частоты от 20...40 до 16000...20000 Гц.

По области использования усилители мощности делятся на: бытовые и профессиональные. В настоящее время бытовые усилители мощности в виде отдельных изделий (в отдельном корпусе - автономные усилители мощности) встречаются достаточно редко, поскольку вместо большого количества элементов сейчас используются микросхемы, что позволило уменьшить размеры блоков в несколько десятков раз. Усилитель мощности есть в каждом музыкальном центре, домашнем кинотеатре и др., поэтому в большинстве случаев нет необходимости приобретать его отдельно, но, тем не менее, мы рассмотрим и бытовые усилители мощности, чтобы Вы могли их отличать от других видов и понимать область их использования.

Бытовые усилители мощности предназначены для усиления звука в составе домашней музыкальной системы. Их основное назначение – небольшое усиление звука с минимальными искажениями (в домашних условиях нас, прежде всего, интересует качество, а не громкость звука), но, несмотря на это, бытовой усилитель должен иметь достаточный запас по мощности: 80% мощности требуется для усиления низких частот (НЧ), а перегрузка усилителя по низким частотам нежелательна, поскольку, как мы увидим дальше, это не только приводит к большим искажениям звука, но и может привести к выходу из строя динамиков акустических систем. Бытовой усилитель должен быть рассчитан на максимальную мощность не менее 2х50Вт для обеспечения данного запаса по мощности. Также следует учесть, что: с увеличением усиления звука (увеличением уровня громкости) возрастают нелинейные искажения, большой уровень которых не позволит ощутить “глубину и прозрачность” звука. Поэтому оптимальным является использование бытового усилителя на 25-30% от максимальной мощности, указанной в паспорте на него. На практике это означает выставление уровня громкости усилителя на 25-30% от максимума.

Отличительная черта бытовых усилителей мощности – наличие тембрблока, с помощью которого производится частотная коррекция – усиление или ослабление низких или высоких частот. В бытовых условиях не имеет смысла использовать микшерские пульты и эквалайзер. Поэтому частотная коррекция производится в самом усилителе мощности.

Профессиональные усилители мощности – студийные, концертные, инструментальные и др.

Поскольку профессиональные усилители мощности используются в профессиональной области деятельности (в студиях, на концертах и др.), то к ним также применяются определенные правила, одно из которых – рэковое исполнение корпуса: ширина корпуса – 18 дюймов (45 см), высота кратно 1,8 дюймам (4,5 см) и наличие панели с отверстиями для крепления в рэковую стойку. Рэковое исполнение корпуса – одно из отличий профессиональных усилителей мощности от бытовых.

Студийные усилители мощности используются в музыкальных студиях и служат для небольшого, но качественного усиления звука. В этом они похожи на бытовые усилители, но имеют ряд отличий:

* Больший диапазон воспроизведения частот. Если стандартный диапазон для бытовых усилителей – от 20 Гц до 20 кГц, то у студийных усилителей мощности диапазон может быть от 10 Гц до 100 кГц

* В студийных усилителях мощности нет тембрблока, как в бытовых усилителях мощности, поскольку для частотной коррекции в студиях используются микшерские пульты

* Раздельная регулировка громкости каналов: в бытовых усилителях громкость регулируется одним регулятором громкости и регулятором баланса

* Более качественное исполнение отдельных элементов усилителя: разъемы, схемы защиты усилителя от короткого замыкания и появления постоянного напряжения на выходе, перегрузки и др.

Инструментальные усилители мощности. Это усилители мощности, которые используются для усиления звука электроинструментов – электрогитары, синтезатора и др. Такие усилители могут быть выполнены в виде отдельного блока (“голова”) при использовании в стеке (“голова” + 1 или 2 кабинета - мощная акустическая система с несколькими динамиками) или комбика - комбинированного блока “усилитель + акустическая система” в одном корпусе. Инструментальный усилитель мощности – не отдельное устройство со своим корпусом (как студийные и концертные усилители мощности), а встроенный блок, поскольку наряду с ним в корпусе устройства располагаются: предварительный усилитель, тембрблок, блок эффектов, динамик (в случае комбика) и др. Инструментальные усилители мощности будут рассмотрены далее.

Концертные усилители мощности предназначены для большого усиления звука при проведении различных музыкальных мероприятий и рассчитаны на длительную работу на близкой к максимальной мощностях. Поэтому одно из основных требований к ним - надежность. Защита концертных усилителей по мощности, от перегрузок, перегрева, короткого замыкания, от появления постоянной составляющей на выходе и др. выполнена намного серьезнее, чем в бытовых усилителях, которые могут легко выйти из строя, проработав лишь несколько минут на максимальной мощности. Я вспоминаю то время, когда мы проводили дискотеки на двух отечественных бытовых усилителях мощности “Бриг-001”. При этом перед ними стояла невыполнимая задача - при номинальной мощности 30Вт (использовались бытовые колонки АС-90 c низкочастотным динамиком мощностью 35Вт) озвучить школьный актовый зал площадью 150 кв. м! Для этого ручки громкости данных усилителей выкручивались практически до максимума,  в результате чего после дискотеки приходилось заменять сгоревшие (и весьма дорогие) транзисторы выходного каскада одного или другого усилителя.

При выборе усилителя мощности нужно четко понимать, для чего и когда они используются. Бытовые усилители, как и студийные, не предназначены для озвучивания концертов! Для этой цели необходимо использовать только концертные усилители соответствующей мощности. Для удобства ниже приведена таблица, где даны отличительные особенности различных видов усилителей мощности.

Как видно из таблицы основные визуальные отличия профессионального усилителя мощности от бытового – рэковое исполнение корпуса, отсутствие тембрблока и раздельные регуляторы громкости каналов. Отсутствие тембрблока в профессиональных усилителях мощности объясняется просто – его роль, как мы говорили выше, выполняет микшерский пульт, а раздельная регулировка громкости каналов позволяет получить комбинированное использование усилителя, например, один канал усилителя использовать с мониторами, а второй – с основной акустической системой.

Основные параметры усилителей мощности

* Мощность. Это один из параметров, характеризующих звукоусилительные возможности усилителей мощности при использовании в том или ином случае. Другой параметр – чувствительность акустической системы, которая показывает, какое звуковое давление в децибелах (дБ) на расстоянии в 1 м будет создавать данная акустическая система при подведении к ней мощности в 1 Вт. Акустическая система с более высоким звуковым давлением позволит при меньшей подводимой от усилителя мощности сигнала получить большую громкость звука по сравнению с акустической системой с меньшим уровнем данного параметра. На практике это можно проверить так: подключить к усилителю мощности: сначала акустическую систему от обычного музыкального центра (где чувствительность порядка 70-80 Дб), а потом пассивную акустическую систему мощностью 200-300Вт (с чувствительностью порядка 90-100 Дб). Во втором случае уровень громкости будет существенно выше, чем в первом, при одинаковом положении ручек громкости на усилителе. Поэтому, громкость звука зависит не от мощности усилителя и акустических систем, а от правильно подобранного комплекта “усилитель + акустические системы”, что позволит при меньшей мощности получить большую громкость звука.

* Класс усилителя мощности. Различают следующие классы:

o Класс А – низкий КПД (порядка 30%), но и невысокий уровень искажений. КПД означает, что только часть подведенной энергии тратится на усиление звука, остальное выделяется в виде тепла. В этом режиме получается приятный “теплый” звук.

o Класс B – высокий КПД (порядка 70%), но невысокое качество звука – “сухое” звучание.

o Класс AB – при близком к максимальному сигналу работает в режиме В, а при малых сигналах – в режиме А. Получается компромиссное решение – достаточно высокое КПД (порядка 60%) и хорошее качество звука. Большинство усилителей работают в этом классе.

o Класс D – очень высокий КПД (порядка 85%), а при использовании импульсного блока питания – малый вес, что может сыграть роль в мобильных использованиях.

* Вес. Концертный усилитель (от 2x250-300 Вт) по определению не может быть легким и весить менее 10 кг, поскольку в них используется массивные питания (за исключением усилителя класса D), большие теплоотводящие радиаторы, которые по определению не могут быть легкими.

Выбор усилителя мощности

На практике при выборе усилителя мощности руководствуются следующими параметрами:

* Назначение (для дома, для музыкальной студии, для концертов)

* Возможность использования с выбранной акустической системой: по мощности и сопротивлению

* Цена

* Наличие и тип входных и выходных разъемов

* Класс усилителя (например, усилители класса D в туровом комплекте более интересны, по сравнению с усилителями класса AB, поскольку они легче и имеют более высокий КПД)

Все остальные параметры – коэффициент нелинейных искажений, АЧХ, наличие и качество той или иной системы защиты, вес и др. при выборе усилителя мощности проверить трудно (и даже не возможно), поскольку, например, проверка концертного усилителя мощности заключается не в том,  чтобы пару раз в торговом зале магазина включить его на полную мощность, а в том, чтобы он несколько часов подряд работал без сбоев на 70-80% от максимальной мощности.

На практике чаще всего возникает вопрос выбора концертного усилителя мощности, поскольку бытовые усилители уже не актуальны, студийные усилители применяют только в студиях (в помещениях с хорошей акустикой), а инструментальные усилители – комбинированные устройства, которые будут рассматриваться после знакомства с акустическими системами.

Выбор концертного усилителя мощности

Выбор концертного усилителя мощности (далее – усилителя) необходимо производить вместе, либо после выбора акустических систем. При этом мощность акустических систем должна быть несколько выше (иметь запас) по отношению к мощности усилителя, чтобы последним не вывести ее из строя. Например, при выборе акустической системы мощностью 350 Вт, необходимо выбрать усилитель мощностью 300 Вт на канал с выходным сопротивлением, равным сопротивлению акустической системы. Также следует выбирать усилитель с запасом по мощности. Это необходимо для того чтобы, во-первых, получить минимальный уровень нелинейных искажений звука при данной мощности (чем больше усиление, тем больше уровень нелинейных искажений), а во-вторых, увеличить срок службы акустических систем, поскольку маломощный усилитель, работающий на пределе своих возможностей, может доставить массу неприятностей для акустических систем: перегрузка усилителя по НЧ может стать причиной выхода из строя динамиков акустических систем  - появление постоянной составляющей и возникновение ВЧ-колебаний большой мощности на выходе усилителя.