Что такое номинальная мощность усилителя? Разбираемся с паспортными показателями

Физики и лирики, «технари» и гуманитарии, инженеры и аудиофилы, практики и эзотерики – порой этим группам сложно найти точки соприкосновения и прийти к консенсусу хотя бы в чем-то. Одни апеллируют к техническим параметрам аудиотехники, вторые больше доверяют собственным ушам. Эта статья вряд ли что-то новое сможет рассказать первым, а для вторых постарается ответить на вопрос – что же скрывается за цифрами в таблице ТТХ вашего усилителя?

Сопровождать аудиотехнику, как и любую другую технику, подробными техническими характеристиками считается хорошим тоном – времена, когда Роллс-Ройс писал про свои автомобили «мощность двигателя достаточная», остались в прошлом веке, в том числе и для самого Роллс-Ройса – после присоединения к империи BMW автомобили марки сопровождаются стандартным подробным перечнем характеристик. Но что может дать изучение и сравнение этих параметров усилителя для рядового любителя музыки?

Про характер звучания эти цифры расскажут чуть более чем ничего. В далеком 1974 году немецкий институт стандартизации Deutsches Institut für Normung (DIN) опубликовал стандарт DIN 45500, в котором описывалась группа критериев, удовлетворяя которым аудиотехника имела основания быть отнесенной в категорию Hi-Fi (High Fidelity). Современная, да и не только современная, а любая вменяемая техника соответствует этим критериям с приличным запасом. Означает ли это, что два усилителя, удовлетворяющих DIN 45500, работая с одними и теми же акустическими системами, будут звучать одинаково? Конечно, нет. Соответствие этим критериям может гарантировать, что скрипка на этой технике прозвучит похоже на скрипку, а не на фрезерный станок. Но характер звучания у этих усилителей может отличаться достаточно сильно.

Или, к примеру, изучая показатель номинальной мощности, можно сделать вывод, что усилитель с большим значением этого показателя может звучать громче усилителя с более скромными цифрами в данной графе. При условии работы с одной парой акустики, разумеется. И насколько полезным будет этот вывод при выборе усилителя? Часто ли вы слушаете музыку на номинальной мощности вашего усилителя?

Возьмем другую теоретически важную характеристику – коэффициент гармонических искажений. Для транзисторных усилителей значения этого параметра могут колебаться от 0,005 до 0,05%. Сможете ли вы на слух почувствовать разницу между звучанием компонентов с коэффициентом 0,005% и 0,05%, причем, обусловленную именно значениями этих коэффициентов? Сомнительно. Можно ли утверждать, что усилитель с меньшим значением этого параметра будет звучать лучше? Нет, нельзя. А для ламповых аппаратов и 0,1% искажений не является чем-то из ряда вон выходящим – и при этом звучание таких усилителей может нравится больше.

Если два разных усилителя имеют в точности совпадающие параметры ТТХ, но демонстрируют при этом разный характер звучания, то в этом нет ничего эзотерического и потустороннего. Это всего лишь означает, что перечень этих параметров описывает звучание усилителя не в полной мере, а разница скрыта как раз в неучтенных характеристиках.

Тем не менее, понимать, что написано в таблице ТТХ, бывает полезно – хотя бы для предварительного анализа и отбора кандидатов для вашей аудиосистемы, что позволит сэкономить время на прослушивание заведомо плохо совместимых тандемов усилителей и акустики. К примеру, однотактных ламповых усилителей, развивающих всего несколько Ватт, с акустикой, отличающейся низкой чувствительностью. Итак, обратим внимание на параметры, встречающиеся в таблице ТТХ усилительной аудиотехники.

Номинальная мощность

Номинальная мощность это мощность усилителя, которую он способен развить до достижения нелинейными искажениями заданного порога – обычно для определения номинальной мощности выбирается низкий порог оценки, составляющий доли процента. Измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц при работе на нагрузку с определенным сопротивлением – обычно 4 или 8 Ом. Нюансы заключаются в том, что, во-первых, реальный музыкальный сигнал весьма далек от тестового – к примеру, на определенных частотах сопротивление акустической системы может падать до весьма низких значений, и поведение усилителя в этом случае этот параметр никак не характеризует. Во-вторых, зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности далеко не линейна. К примеру, в усилителях с выходными каскадами, работающими в классе АВ, при низком уровне выходной мощности, к примеру, 1Вт, КНИ может быть гораздо выше, чем при работе на номинальной мощности. Учитывая, что статистическая плотность музыкального сигнала находится в диапазоне амплитуд от 5 до 15% от пиковых значений, реальные искажения при прослушивании музыки могут быть гораздо выше порога, установленного при измерении номинальной мощности. Что же полезного можно выяснить, опираясь на этот показатель? К примеру, если известно его значение как для нагрузки 8 Ом, так и 4 Ома (совсем хорошо, если есть информация о номинальной мощности при работе на нагрузку 2 Ома), то о качестве усилителя можно судить по пропорциональности роста мощности при уменьшении сопротивления нагрузки. Если при уменьшении импеданса вдвое номинальная мощность растет также вдвое – перед нами хороший усилитель.

Максимальная мощность

Максимальная мощность – это выходная мощность усилителя без ограничений на значения коэффициента нелинейных искажений. Другими словами, на какой мощности способен работать усилитель без фатальных для себя последствий, невзирая на искажения звучания. Насколько может быть полезна подобная характеристика запаса прочности аппарата определите для себя сами.

Для усилителей иностранного производства используют другой набор параметров мощности. Точнее говоря, называются они иначе, а суть очень близка.

DIN Power

DIN Power по сути – аналог номинальной мощности усилителя. Это мощность, развиваемая усилителем при работе на нормированную нагрузку с коэффициентом нелинейных искажений, не превышающем определенного порога. Измерения параметра проводятся синусоидальным сигналом частотой 1 кГц в течение 10 минут – ограничение КНИ составляет 1%. Разновидность этого параметра, которая называется IHF Power, ограничивает искажения на уровне 0,1%. Другой разновидностью этой характеристики является DIN Music Power, описывающая мощность не синусоидального, а музыкального сигнала. В этом случае как правило указывают, что измерения проводились в конкретной полосе частот. Например, для усилителя можно встретить такую характеристику мощности – 150 W (8 Ω, 20 – 20000 Hz, THD 0,1%). Как отмечалось выше для номинальной мощности – этот параметр наиболее полезен из всех мощностных характеристик, приводимых для усилителей звуковой частоты. Ещё более показательным был бы график зависимости коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности и частоты сигнала при работе на нагрузку определенного сопротивления. Но подобная информация встречается очень редко.

RMS Power

RMS (Root Mean Squared) Power – это среднеквадратичное значение мощности при нелинейных искажениях, не превышающих определенного порога. Чаще всего измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц с порогом КНИ 10%. Данный параметр был заимствован из электротехники и для аудио несет мало полезной информации, поскольку слух фиксирует амплитудные значения сигнала, а не среднеквадратичные – усреднение в данном случае вряд ли будет уместным.

PMPO

Параметр PMPO (Peak Music Power Output) близок по смыслу к максимальной мощности усилителя, но ещё менее полезен, поскольку оценивает пиковое значение мощности независимо от искажений, но на очень коротком интервале времени, как правило не превышающем 10 миллисекунд. Зато эта характеристика очень любима отделами маркетинга производителей аудиотехники, поскольку позволяет никого не обманывая написать, к примеру, на пластмассовом бумбоксе PMPO 500 W. При этом, номинальная мощность усилителя такого бумбокса при 1% КНИ не будет превышать 10 Вт.

С мощностью разобрались – обратим внимание на другие характеристики усилителей.

Частотный диапазон

Рабочий частотный диапазон нашего слуха определяет, звуки каких частот мы в состоянии услышать. Границы этого диапазона во многом индивидуальны и определяются не только состоянием здоровья вообще, и органов слуха в частности, но и возрастом – к сожалению, чем мы становимся старше, тем доступный нам частотный отрезок становится короче. Прежде всего, страдает способность воспринимать высокочастотный спектр. Тем не менее, общепринято считать, что звуковой частотный диапазон простирается от 20 Гц до 20 кГц.

Большинство современных (и не только современных) усилителей звука способны работать с сигналами в гораздо более широком диапазоне. Нередки, к примеру, значения от 5 Гц до 100 кГц, а производители некоторых High End аппаратов указывают для них и вовсе запредельные границы – к примеру, от 0 Гц до 500 кГц. И здесь есть несколько существенных моментов, даже абстрагируясь от вопроса необходимости в таком протяженном диапазоне с учетом возможностей человеческого уха. Во-первых, реализовать поддержку расширенного частотного диапазона в усилителе технически намного проще, чем в акустических системах. То есть, итоговый рабочий диапазон вашей аудиосистемы будет определяться самым «узким» её звеном – то есть, колонками. Во-вторых, при анализе этого показателя нужно обязательно обращать внимание на условия измерения.

Частотный диапазон фиксируется при неравномерности АЧХ, укладывающейся в определенные рамки. Идеальный усилитель имеет в рабочем частотном диапазоне абсолютно горизонтальную амплитудно-частотную характеристику, но идеальных усилителей не бывает. Потому, рабочим частотным диапазоном называют диапазон частот, в пределах которого АЧХ не выходит за пределы заданного коридора – к примеру, +/- 0,1 дБ или +/- 3 дБ. При этом, усилитель, к примеру, может иметь рабочий диапазон от 20 Гц до 20 кГц с неравномерностью +/- 0,1 дБ, а при расширении коридора до +/- 3 дБ частотный диапазон у него расширится от 10 Гц до 100 кГц.

К сожалению, часто встречается ситуация, когда условия измерения не указываются вовсе – в этом случае информативность рабочего частотного диапазона оказывается весьма условна.

Коэффициент гармонических искажений

Идеальный усилитель в точности повторяет форму входного сигнала, лишь увеличивая его амплитуду. Но в реальной жизни для усиления используются активные элементы с нелинейными характеристиками, искажающими исходную форму сигнала. В результате, к чистой синусоиде на входе добавляются гармоники с частотой, кратной частоте полезного сигнала. Их амплитуда невелика, но суммирование с входным сигналом вызывает изменения исходной формы, то есть, приводит к искажениям.

Коэффициент гармонических искажений (THD – Total Harmonic Distortion) характеризует отношение суммарной мощности паразитных сигналов (дополнительных гармоник) к мощности полезного гармонического сигнала. Чаще всего измерения этого параметра проводятся на частоте 1 кГц при определенном уровне мощности, в качестве которого выбирают либо половину номинальной мощности усилителя, либо полную номинальную мощность. Возвращаясь к субъективному восприятию, чувствительность слуха к паразитным гармоникам зависит от многих факторов, среди которых их уровень по отношению к исходному сигналу, тип гармоники (чётная или нечётная), её порядок, а также громкость, на которой проходит прослушивание. Как правило, этот параметр укладывается для транзисторных усилителей в доли процента. При этом, как отмечалось выше, низкое значение этого показателя не гарантирует высокое качество звучания усилителя. Кроме того, уловить на слух разницу между КНИ 0,01% и 0,0001% практически невозможно. Если говорить о зависимости этого коэффициента от частоты сигнала, то, как правило, на краях рабочего диапазона этот показатель имеет тенденцию к росту.

Коэффициент интермодуляционных искажений

Гармонические искажения – далеко не самая большая проблема усилителей. Более того, с гармониками мы встречаемся даже при прослушивании настоящих музыкальных инструментов – когда звучание основного тона сопровождается обертонами – гармониками более высоких порядков, которые не только не портят звучание, а во многих случаях обогащают его. Здесь важен уровень этих гармоник по отношению к полезному сигналу, а также порядок гармоник. К примеру, исследования в области психоакустики показывают, что наличие на выходе усилителя значимых по уровню чётных гармоник субъективно воспринимается лучше, чем присутствие нечётных, даже невысокого уровня.

Куда большую проблему представляют интермодуляционные искажения (IMD – Inter Modulation Distortion), которые возникают при усилении мультитонового музыкального сигнала. При этом на выходе усилителя возникают паразитные компоненты с частотами, являющимися суммой или разностью частот спектра входного сигнала, а также суммой или разностью частот паразитных гармоник основного сигнала благодаря обратной связи попавших на вход усилителя. Проблема заключается в том, что такие искажения никак не соотносятся с основными тонами музыкального сигнала и легко различимы на слух.

К тому же, величина интермодуляционных искажений во многом определяется уровнем входных сигналов и их частот, а общепринятых подходов по измерению этого показателя не существует. Именно поэтому при всей важности этой характеристики для оценки нелинейных свойств усилителя, её практически никогда не указывают.

Отношение сигнал/шум

Попробуйте отключить от вашего усилителя все источники, после чего включите его и выверните ручку громкости на максимум. В большинстве случаев прислушавшись вы различите шум, исходящий из колонок. Вы слушаете собственный шум вашего усилителя, который обусловлен как внешними электромагнитными наводками разного происхождения на компоненты усилителя, так и собственными шумами элементов схемы, возникающих, к примеру, при нагреве активных электронных компонентов.

Отношение сигнал/шум (S/N ratio) – это отношение мощности полезного гармонического сигнала к уровню собственных шумов усилителя. Для современной транзисторной техники этот параметр зачастую превышает уровень 100 дБ. То есть, уровень собственных шумов усилителя более чем в 10 миллиардов раз меньше уровня полезного сигнала. Другими словами, собственным шумом в этом случае можно просто пренебречь. И это будет справедливо в одинаковой степени для усилителя с отношением сигнал/шум 100 дБ, и для модели с таким показателем, находящимся на уровне 85 дБ.

Разделение между каналами

Разделение между каналами (Channel separation) в многоканальных усилителях характеризует степень проникновения сигнала из одного канала в другой. Учитывая, что наведенный в другой канал сигнал по сути является паразитным, этот параметр иногда называют перекрестными помехами. Измеряется этот параметр в децибелах – чем уровень меньше, тем менее объемная строится сцена с менее четким позиционированием виртуальных источников звука в пространстве. В большинстве случаев разделение между каналами уменьшается с ростом частоты сигнала. То есть, наиболее явно проникновение сигналов из одного канала в другой проявляется в высокочастотном спектре.

Коэффициент демпфирования

Коэффициент демпфирования или, как его часто называют, демпинг-фактор характеризует способность усилителя подавлять паразитные напряжения, возникающие из-за инерционных движений звуковой катушки в магнитном поле в динамиках акустических систем. При всем искусстве производителей динамических головок и продвинутости современных материалов, применяемых для изготовления диффузоров, сделать совершенно невесомый (а значит безинерционный) диффузор, обладающий при этом необходимой жесткостью, по-прежнему не удается. Эти инерционные перемещения не связаны с воспроизводимым материалом, а обусловлены в большей степени упругими свойствами подвеса диффузора.

Коэффициент демпфирования – это отношение номинального сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя. Чем это отношение выше (а выходное сопротивление усилителя, соответственно, ниже), тем увереннее усилитель будет компенсировать такие колебания. В топовых моделях усилителей выходное сопротивление может составлять тысячные доли Ома, более массовые демонстрируют значение этого показателя в районе десятых долей Ома. С точки зрения анализа коэффициента демпфирования при выборе усилителя, достаточным можно считать значение, превышающее 100. Если этот коэффициент больше 300, то c большой степенью вероятности перед нами усилитель, способный справиться с самой сложной нагрузкой.

Прочие параметры

Прочие параметры, указываемые в технических характеристиках усилителей, как правило не требуют дополнительных пояснений. Размеры корпуса, вес, цвет отделки, потребляемая мощность – названия этих характеристик говорят сами за себя. Единственное, что хотелось бы отметить – для моделей с выходными каскадами, работающими в классе A и AB вес аппарата довольно точно характеризует его уровень – небольшой вес в данном случае должен вызвать настороженность. Аналогично, с потребляемой мощностью – чем она выше, тем увереннее усилитель будет контролировать акустические системы. Но если ваш усилитель работает в классе D, отличающемся высокой энергоэффективностью, то эти характеристики будут не так показательны. Ну и не нужно забывать о том, что чёрный усилитель всегда будет звучать лучше серебристого (шутка).

Редакция Hi-Fi.ru