Zvuk/výkon — KONANlabs

V profesionálním prostředí se zesilovač výkonu vztahuje k proměnlivé povaze hudebního signálu a množství elektrického proudu potřebného k jeho reprodukci. Jako příklad si uveďte 150wattovou žárovku a zesilovač výkonu stejného výkonu. Žárovka spotřebovává 150 wattů pouze tehdy, když je zapnutá. Během této doby konstantně zatěžuje zdroj elektrického proudu.

Špičkový výkon a programový výkon – co tyto pojmy znamenají?

V profesionálním prostředí tyto pojmy označují proměnlivou povahu hudebního signálu a sílu elektrického proudu, který je potřeba k jeho reprodukci. Jako příklad si uveďme 150wattovou žárovku a výkonový zesilovač stejného výkonu. Žárovka spotřebovává 150 wattů pouze tehdy, když je zapnutá. Během této doby neustále zatěžuje zdroj elektrického proudu. A 150wattový profesionální výkonový zesilovač dodává do reproduktoru plný výkon jen občas. Na obrázku 1 můžete sledovat proměnlivou povahu hudebního signálu a zjistit, jaká síla elektrického proudu je potřeba k jeho reprodukci. Můžeme říci, že špičkový výkon a maximální výkon jsou ve významu stejné pojmy. Špičkový výkon je potřeba pouze po krátkou dobu k reprodukci signálu. Po zbytek času pracuje zesilovač s tzv. průměrným výkonem, který má průměrné požadavky.
Je třeba poznamenat, že tyto dva typy výkonu (průměrný a maximální neboli špičkový) budou záviset na hudebním programu. Jejich poměr se může měnit v závislosti na tom, jaký hudební program se v určitém časovém intervalu přehrává. Pojem okamžitého výkonu lze přirovnat k maximálnímu krátkodobému výkonu, který je nezbytný při přehrávání signálu. Pojmy programový výkon nebo hudební výkon nemají jasnou definici a jsou variantami průměrného výkonu.
První obrázek ukazuje graf hudebního signálu, který je zobrazen v časové ose pro standardní systém určený pro práci se zesilovačem o výkonu 300 wattů. Během provozu jsou požadavky na výkon zpravidla nízké, pouze v určitých okamžicích je systém povinen produkovat maximální výstupní výkon. Špičkový faktor signálu označuje poměr v decibelech, který se vypočítává na dvou liniích. Pro klasickou hudbu je to tedy přibližně 25 dB a při přehrávání rockové hudby bude hodnota špičkového faktoru 8 – 10 dB.
Mnoho reproduktorů zpravidla vydrží maximální výkonové špičky pouze po krátkou dobu. Nejsou navrženy tak, aby trvale odolaly maximálnímu výkonu. Schopnost reproduktoru odolat požadovanému výkonu je určujícím faktorem při výběru profesionálního výkonového zesilovače.

Vliv hudebního signálu na schopnost reproduktoru zvládat výkon

Existují dva typy možného poškození reproduktorů – tepelné a mechanické. Zesilovač s poruchami tedy může reprodukovat zvuk na vysokých frekvencích, které překračují hranice slyšitelného rozsahu. V tomto případě může v důsledku silného zahřívání dojít k selhání cívky vysokofrekvenčního měniče. Nízkofrekvenční reproduktor může být navíc vystaven silným vibracím v důsledku hluku gramofonu, nízkofrekvenční zpětné vazby nebo kombinace všech těchto okolností. Pokud se tyto okolnosti neodstraní, mohou se pohyblivé části reproduktoru časem příliš napnout, což povede k narušení centrování cívky a po určité době k jejímu zlomení. Někdy se stane, že cívka vypadne z mezery a visí nad magnetickou sestavou, jak je znázorněno na obrázku 2.
Není vůbec nutné, aby v tomto okamžiku byl maximální výkon, často je průměrný v rozmezí 20-30 wattů, hudební signál je přenášen v infrazvukovém rozsahu. Použití nízkoprůchodového ořezového filtru v profesionálních výkonových zesilovačích je považováno za správné, umožňuje vyloučit signály, které přesahují normální rozsah systému.

Jmenovitý výkon akustických systémů

Podle normy Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) číslo 268-5 je testovací signál přiřazen výkonu reproduktoru. Pro přiřazení určitého výkonu reproduktoru se do vzorku vysílá testovací signál s postupně se zvyšujícím výkonem. Systému bude přiřazen jmenovitý výkon, který vzorek vydrží nepřetržitě po dobu alespoň osmi hodin. Obrázek 3 ukazuje podrobnosti testovacího postupu.
Tato zkušební metoda aplikuje signál o výkonu 150 wattů na reproduktor o výkonu 600 wattů po stanovenou dobu. Tato zkušební metoda se ukázala jako velmi účinná, protože plně splňuje provozní podmínky.

Hodnoty výkonu zesilovače v technickém listu

Při výběru vhodného zesilovače je nutné důkladně pochopit, jak se měří jeho výstupní výkon. Dnes se k testování výkonových zesilovačů používají různé metody, my se zaměříme na jednu z nich.
Na testovaný zesilovač se přivede elektrické zatížení odpovídající standardní impedanci použitých reproduktorů – 8, 4 nebo 2 ohmy. Zesilovač by během provozu neměl být vystaven tepelnému poškození.
Současně se připojí voltmetr, osciloskop a zařízení pro měření koeficientu nelineárního zkreslení. Do zesilovače se vysílá elektrický signál s amplitudou kmitání rovnou 1 kHz. Napětí se postupně zvyšuje a v důsledku testování se odvodí optimální hodnota pro výkonový zesilovač.
Dále se zaznamenává maximální kolísání amplitudy testovacího signálu. Tento postup se provádí pro každou z hodnot elektrického odporu zátěže.
Hodnota efektivního výkonu (RMS) bude zadána do technického listu zesilovače. Pokud je tedy například výkon 300 W se zátěží 4 Ohmy, pak maximální výstupní výkon bude 600 W a špičkový činitel bude 3 dB.
Existuje velké množství norem, které udávají výkon profesionálních zesilovačů; jsou shromážděny v souhrnné tabulce.

Hudba – Hudební = (4 xRMS nebo 6 dB)

Program — Program = (4 xRMS nebo 6 dB)

Růžový šum — Růžový šum = (4 xRMS nebo 6 dB)

Krátkodobé — Krátkodobé = (4 xRMS nebo 6 dB)

Vydělte dvěma, abyste získali maximální výkon

Trvalá efektivní hodnota (RMS) — Trvalá efektivní hodnota (RMS) = (RMS nebo 0 dB)

V průmyslu ozvučování panují určité nejasnosti ohledně definice výkonu reproduktorů. Tento zmatek je způsoben tím, že výkon je považován za jeden z hlavních parametrů reproduktorů, a proto je terčem různých marketingových manipulací. (Hlavním parametrem reproduktoru je ve skutečnosti akustický tlak, který vyvíjí; výkon by měl zajímat pouze vzduchotechniky pro výpočet klimatizačního systému.)

Naprostá většina seriózních výrobců měří jmenovitý výkon svých reproduktorů podle standardu AES, podle kterého musí reproduktor při testování dlouhodobě vydávat růžový šum při tomto výkonu a zhruba řečeno neshořet. Růžový šum je signálem proměnlivé hlasitosti, míra této „proměnlivosti“ (tj. jak moc se může nejhlasitější moment lišit od středního mocniny) se nazývá „koeficient výkyvu“. Pro testování AES je faktor výkyvu růžového šumu 6 dB, což znamená, že špičkový výkon dodávaný do systému reproduktorů může být o 6 dB vyšší než jmenovitý.

Jmenovitý výkon zesilovače je efektivní výkon na sinusovém signálu, při kterém harmonické zkreslení (THD) zavedené zesilovačem nepřekročí určitou úroveň, obvykle 0,5 %. Jednoduše řečeno, jde o maximální výkon, který může zesilovač vyvinout, aniž by do signálu vnesl výrazné zkreslení. Činitel výkyvu sinusového signálu je 3 dB, to znamená, že zesilovač ve své špičce musí produkovat výkon, který je o 3 dB vyšší než nominální (rms). Protože faktor výkyvu při testování reproduktorů je 6 dB, ukázalo se, že pro plné napájení reproduktorů musí být výkon zesilovače o 3 dB vyšší než jmenovitý (AES) výkon reproduktoru.

3 dB odpovídá rozdílu příkonu 2x, takže použitý zesilovač musí vyvinout výkon, který je minimálně dvojnásobkem jmenovitého (AES) výkonu reproduktoru, tento výkon se nazývá programový výkon (PGM). To je jediný výkon, který inženýra zajímá, protože ospravedlňuje volbu zesilovače pro reproduktorové soustavy. Často jej lze nalézt pod označením RMS, což samo o sobě je předmětem zmatku: znamená jak Rated Maximum Sinusoidal, což je přibližně stejné jako AES (ale ne software), tak Root Mean Square a odmocnina je dlouhá. -termínový výkon se střídavým signálem (který, jak si pamatujeme, se mezi reproduktorem a zesilovačem liší dvakrát). Pokud je v popisu reproduktoru uveden výkon RMS, jedná se s největší pravděpodobností o software, ale pro každý případ je lepší ověřit si u výrobce, jaký koncový zesilovač pro tento reproduktor doporučuje.

Mnoho výrobců uvádí špičkový výkon reproduktorů ve svých specifikacích. Odpovídá testovací špičce AES (+6 dB k jmenovitému výkonu reproduktoru) a špičkovému výkonu zesilovače (+3 dB jmenovitému výkonu zesilovače). Za „dobrou formu“ se považuje označení všech 3 výkonů: AES (dlouhodobý), PGM (minimální výkon zesilovače) a špičkový, to nenechává žádné otázky. Špičkový výkon nemá žádný technický význam, ale aby se předešlo srovnávání mezi špičkovým a skutečným softwarem a výkony AES, všichni začali uvádět také špičkový výkon. Musíte pochopit, že v dlouhodobém výkonovém paradigmatu testovaném podle standardu AES se nominální, programový a špičkový od sebe VŽDY liší faktorem 2, je to způsobeno předpisy AES a fyzikálními zákony. Další vztahy mezi těmito výkony (pokud je AES specifikováno jako základ) vyvolávají minimálně otázky pro výrobce reproduktorů.

V našem katalogu akustických systémů uvádíme pouze programový výkon, protože je to jediný parametr požadovaný technikem pro výběr zařízení. V nejstarších popisech může být pár program/vrchol, tyto popisy co nejvíce opravíme. Výkon AES není v katalogu uveden, protože je vždy 2krát menší než výkon softwaru.

Když už mluvíme o výkonu, inženýr obvykle potřebuje vypočítat spotřebu energie celého systému, aby navrhl systém zvukového zesílení. U osvětlovacích zařízení je to velmi jednoduché – sečte se výkon všech osvětlovacích zařízení, protože teoreticky lze všechna zapnout současně. Ozvučovací systém NIKDY nepracuje trvale na svůj plný výkon (nezapomeňte, že i zkušební růžový šum má faktor výkyvu 6 dB, to znamená, že průměrný výkon je 2x menší než nominální). Ve skutečnosti je spotřeba hudebního signálu obvykle považována za 1/8 programového výkonu reproduktorů (konkrétně reproduktorů, protože se předpokládá, že reproduktorům dodáváte přesně takový výkon, jaký vydrží, a nepřetáčíte se reproduktory každý víkend). Pro výpočet maximální spotřeby je doporučeno odebírat 1/3 výkonu programu (takto komprimovaný zvuk bude nepříjemný na poslech, ale teoreticky je taková situace možná). Pro napájení reproduktorové soustavy s programovým výkonem např. 600 W tedy bude potřeba 200 W průměrného výkonu. Pro výpočet spotřeby ze sítě bereme v úvahu účinnost zesilovače pro třídu D je to obvykle 90 % a více. Pokud výrobce účinnost neuvádí, akceptujeme ji s rezervou 80 %, tedy pro provoz 600wattového reproduktoru nebude potřeba více než 250 W odběru ze sítě. Zaměřit se samozřejmě můžete na jmenovitý výkon zesilovačů (ve správně navržené soustavě by měl být roven nebo vyšší než programový výkon reprosoustav, dodatečná výkonová rezerva nikdy nikomu neublížila);

Jak již bylo napsáno na začátku, hlavní charakteristikou akustického systému je akustický tlak, který je samozřejmě úměrný výkonu. Aby nedošlo k nedorozumění, někteří výrobci uvádějí tlak u všech tří výkonů: AES, program a vrchol, tyto tlaky se navzájem liší o 3 dB; Tuto informaci považujeme za nadbytečnou a udáváme pouze tlak při špičkovém výkonu (aka “max SPL”), to dělá většina výrobců, tak to děláme i my, aby srovnání s ostatními bylo správné. Pro výpočet dlouhodobého (skutečného) tlaku je tedy nutné toto číslo snížit o 6.