Ликбез по мощности аккустики!

[V6-24 438]

Журнал "Радио" №3 1986 г. стр. 39-40

Автор статьи: Ирина Алдошина (г. Ленинград)

Мощности акустических систем и громкоговорителей

Мощность - один из основных параметров, используемых при сопоставлении головок громкоговорителей и акустических систем (далее просто громкоговорителей). Однако, если сравнение отечественных акустических аппаратов по этому параметру вполне правомерно и позволяет сделать правильные и однозначные выводы, то сопоставление нашей и зарубежной аппаратуры невозможно из-за различий в определении мощностей в соответствующих стандартах.

У нас в стране до настоящего времени использовались (ГОСТ 16122-78 и ГОСТ 9010-78) два вида мощности: номинальная и паспортная. Причем первая указывается в наименовании громкоговорителя: например, у 35АС-015 номинальная мощность 35 Вт, у 100АС-004 - 100 Вт и т. д.

В зарубежных каталогах и рекламных проспектах на акустическую аппаратуру приводятся другие виды мощности: музыкальная, кратковременная, максимальная, синусоидальная, рекомендуемая мощность усилителя 3Ч и др. Величины этих мощностей обычно выше указываемых в наименовании отечественной аппаратуры. В результате создается мнение, что отечественные громкоговорители значительно уступают зарубежным по этому параметру. На самом же деле различия в значениях мощностей вызваны главным образом иным их определением.

В соответствии с ГОСТ 16122-78 "Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний" номинальная мощность определяется как "электрическая мощность, ограниченная возникновением искажений, превышающих заданное значение". Иными словами, при напряжении синусоидального сигнала, соответствующем этой мощности, измеренные значения коэффициентов нелинейных искажений не должны превышать оговоренных для данного громкоговорителя. Поскольку номинальная мощность определяется уровнем искажений, то ее величина обычно существенно ниже других видов мощности. В зарубежной практике понятия номинальной мощности нет, поэтому сравнивать акустическую аппаратуру по этому параметру не представляется возможным.

Паспортная мощность по ГОСТ 16122-78 определяется как наибольшая электрическая мощность, при которой громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений. Ее измеряют при подведении к громкоговорителю в течение 100 ч взвешенного корректирующей цепью сигнала стационарного розового шума. Характер распределения спектра такого сигнала отражает среднестатические распределения спектральной плотности речевых и музыкальных программ. Поскольку эта мощность не ограничивается заданным уровнем искажений, а зависит только от механической и тепловой прочности громкоговорителя, ее величина обычно в 1,5. ..2 раза выше номинальной мощности.

Для ликвидации путаницы в определении различных видов мощности громкоговорителей Международный электротехнический комитет (МЭК) опубликовал рекомендации 268-5 "Элементы электроакустических систем. Громкоговорители" и 581-7 "Минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi. Громкоговорители", в которых предложены к использованию согласованные со всеми странами-участницами следующие виды мощности для громкоговорителей: характеристическая, шумовая, максимальная, синусоидальная, долговременная и кратковременная.

Под характеристической понимается мощность, при которой громкоговоритель создает характеристический уровень звукового давления 94 дБ на расстоянии 1 м в диапазоне частот 100...8000 Гц. Ее величина зависит от чувствительности - уровня среднего звукового давления, создаваемого громкоговорителем в указанном диапазоне частот при подведении электрической мощности 1 Вт. Например, громкоговоритель с чувствительностью 87 дБ создает уровень звукового давления 94 дБ при мощности 6,3 Вт, а с чувствительностью 93 дБ - при мощности 1,25 Вт. Иными словами, чем выше чувствительность громкоговорителя, тем ниже его характеристическая мощность.

Значение шумовой мощности (max noise power) устанавливают по результатам испытаний громкоговорителя на специальном шумовом сигнале в течение 100 ч. Для испытаний используется такой же сигнал, как при определении по ГОСТ 16122-78 паспортной мощности, поэтому значения этих видов мощностей совпадают.

Максимальная синусоидальная мощность (max sinusoidal testing power) - это мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель может выдержать без тепловых и механических повреждений (у многополосных громкоговорителей может быть свое значение этой мощности в каждой полосе частот). Продолжительность испытаний (не менее 1ч) указывают в технической документации.

Аналогичного понятия мощности в наших стандартах нет. Однако, поскольку величина этой мощности не ограничивается заданным уровнем нелинейных искажений, она должна быть выше номинальной мощности отечественных АС.

Для согласования громкоговорителей и усилителей ЗЧ по мощности в рекомендации МЭК 268-5 дополнительно введены понятия долговременной и кратковременной мощностей.

Под долговременной (long term input power) понимается мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин (испытания повторяются 10 раз с интервалом 2 мин), а под кратковременной (short term input power) - мощность специального шумового сигнала, которую громкоговоритель выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 с (испытания повторяются 60 раз с интервалом 1 мин). Вид сигнала такой же, как при определении паспортной мощности. Эта мощность - максимальная из всех названных видов.

Аналогичные понятия мощности введены в стандарты и на усилители ЗЧ (рекомендация МЭК 268-3). Для согласования мощностей громкоговорителей и усилителей ЗЧ должны быть выдержаны следующие соотношения: кратковременная мощность громкоговорителя должна быть больше или равна кратковременной мощности усилителя ЗЧ, а долговременная - в четыре раза меньше его аналогичной мощности.

В зарубежных каталогах и другой технической документации громкоговорители часто характеризуют введенным стандартом ФРГ DIN 45500 параметром музыкальная мощность. Ее определяют, подвергая громкоговоритель кратковременному (не более 2 с) воздействию синусоидального сигнала частотой от 250 Гц и ниже. Он считается выдержавшим испытания, если отсутствуют заметные на слух искажения. Как и кратковременная, музыкальная мощность характеризует способность громкоговорителя выдерживать без повреждения кратковременные перегрузки. Поскольку в настоящее время рекомендации МЭК приняты всеми странами, в том числе и ФРГ, то, повидимому, понятие "музыкальная мощность" будет заменено на рекомендованное "кратковременная мощность".

Все новые понятия мощности, содержащиеся в рекомендации МЭК 268-5 и 581-7, внесены в новую редакцию ГОСТ 16122-84. Для стандартизации отечественных громкоговорителей необходимо провести полный цикл испытаний выпускаемой аппаратуры по указанным в этом ГОСТе методикам. Эта большая по объему работа проводится в настоящее время в отрасли и только после ее завершения можно будет сравнивать отечественные громкоговорители с зарубежными по всем видам мощности.

В заключение хочется обратить внимание читателей на то, что значение мощности любого вида (номинальной, паспортной, максимальной синусоидальной и др.) само по себе не может служить однозначным критерием качества громкоговорителя (довольно распространенное мнение, что чем больше мощность, тем лучше громкоговоритель, неверно). Значительно более информативным показателем качества является способность воспроизводить без искажения динамический диапазон музыкального или речевого сигнала, под которым понимается разность его максимального и минимального уровней в заданном промежутке времени (для музыкального сигнала этот промежуток должен быть не менее 1 мин). В условиях реального помещения прослушивания - это разность максимального уровня сигнала и уровня прослушиваемых в паузе шумов. Максимальные уровни некоторых видов музыкального сигнала достигают следующих значений: рояль - 103, орган - 116, ЭМИ (рок-музыка) - 128 дБ и т. д.

Исходя из реальных условий прослушивания и параметров тракта звукопередачи, формируются и требования к динамическому диапазону громкоговорителей. Способность акустической аппаратуры обеспечить их характеризуется максимальным уровнем звукового давления (max sound pressure level или сокращенно max SPL), который громкоговоритель может воспроизводить без слышимых искажений.

При построении громкоговорителей, способных воспроизвести такие уровни сигнала, можно увеличивать либо их характеристическую чувствительность, либо кратковременную мощность. Например, если громкоговоритель должен без искажений воспроизводить максимальный уровень 110 дБ, то при чувствительности 86 дБ/Вт/м его кратковременная мощность должна быть не ниже 200 Вт, а при чувствительности 93 дБ/Вт/м - 50 Вт. Выбор того или иного варианта зависит от целого ряда дополнительных требований (допустимых габаритов, воспроизводимого диапазона частот, надежности усилителя 34 и т. д.).

Максимальный уровень звукового давления (в децибелах) при заданной чувствительности S (в децибелах на ватт на метр) и кратковременной мощности Р (в ваттах) определяется из соотношения maxSPL=S+10lgP/Po (где Po=1 Вт). Именно эта величина и может служить для оценки способности громкоговорителя воспроизводить без искажений динамический диапазон музыкального или речевого сигнала.