Kāpēc audio sistēma automašīnā spēlē tik klusu?

Daudzu gan vienkāršu, gan arī progresīvāku automašīnu audio sistēmu parametros figurē aptuveni 200 vatu summārā skaņas jauda, kas pēc mūzikas kritērijiem ir visai solīdi. Tomēr reālā skaņa ar šādu jaudu, vienkāršāk sakot, nevelk. Kāpēc?

Aplūkosim izplatītu standarta konfigurāciju: četri skaļruņi (pāris priekšējo un pāris aizmugurējo), kas pievienoti tieši galvenajai multivides ierīcei. Proti, ķēde bez papildu ārējiem pastiprinātājiem un dažādiem citiem komponentiem, kurus uzstāda progresīvas auto skaņas cienītāji.

Neatkarīgi no cenas un zīmola, no izmēra (1 vai 2 DIN), dažādu funkciju un opciju esamības gan vecai kasešu magnetolai, gan modernai ierīcei ar skārienekrāna displeju parasti ir viena un tā pati skaņas trakta izejas jauda – 4 kanāli pa 45...55 vatiem.

Šī skaitļu kombinācija figurē gan uz tirgus flagmaņu, gan arī pieticīgāku ražotāju magnetolu iepakojumiem, pasēs un instrukcijās. Kopsummā iegūstam 190...220 vatus, un te arī rodas neatbilstība, ja šos skaitļus salīdzina, piemēram, pat ar mājas audio sistēmu parametriem.

Pateicoties tā sauktās voltu pievienošanas tehnoloģijas leģitimētai izmantošanai, standarta magnetolas deklarētā izejas jauda sanāk lielāka nekā audio sistēmai ar ārēju pastiprinātāju, piemēram, slavenajiem Radiotehnika S90 skaļruņiem.

Kā piemēru var minēt daudziem zināmos Radiоtehnika S90 skaļruņus, kuru noteiktā jauda ir 90 vati, nominālā – 35 vati. Pat vecā padomju laiku audio sistēma ar 35..50 vatu divkanālu pastiprinātāju un minētajiem skaļruņiem pilnā skaļumā spēlēja tā, ka "trauki skapī drebēja".

Tai pašā laikā 4 kanāli pa 50 vatiem automašīnā neko nedrebina. Turklāt, pat nesasniedzot skaļuma robežu, rodas ausij jūtami izkropļojumi, ko daļēji izraisa magnetolas pastiprinātāja pārslodze, daļēji – diezgan vājas akustikas vibrēšana. Kas par lietu: varbūt citi vati?

Kur rodas “4х50”

Kā pastiprinātājs 99% galvenajās audio ierīcēs (kaut vai vienkāršākās vai progresīvākās) tiek izmantota specializēta jaudīga mikroshēma. Tā satur četrus neatkarīgus pastiprinātājus ar kopēju ieeju (tie paši četri kanāli) un atsevišķām izejām uz četriem skaļruņiem. Darbojoties mikroshēma izdala daudz siltuma, un tāpēc tiek uzstādīta uz radiatora, kas atrodas uz multivides ierīces (magnetolas) korpusa aizmugurējās sieniņas.

Standarta galvenās audio ierīces pastiprinātāja mikroshēma.

Diez vai ir vērts minēt garas formulas sinusoidālā sprieguma vidējās kvadrātiskās vērtības aprēķināšanai pastiprinātāja izejā, kā arī pastiprinātāju tiltu shēmu īpatnības, kas paskaidro izejas jaudas ģenerēšanas principu. Svarīgāks ir tas, kas sanāk sausajā atlikumā. Izejas skaņas jaudas maksimālās vērtības (nevis reklāmas, bet reālās – ilgtermiņa) pastiprinātājam, kas darbojas ar 12 voltu spriegumu, nevar pārsniegt 16...18 vatus kanālā, neparādoties nepieņemamiem skaņas izkropļojumiem. Ar čerkstoņu un sprakšķiem var izspiest 20...23 vatus, bet diezin vai to var saukt par mūziku.

Sanāk, ka uzraksts uz iepakojuma un 4x50 vati ir parasta maldināšana? Tā gluži nav. Tā ir leģitimēta, tehniski pamatota nepilnība – līdzīgi kā noteiktais degvielas patēriņš, kas sasniedzams, ievērojot konkrētus nosacījumus mērīšanas laikā uz skrejveltņiem, bet gandrīz nesasniedzams reālajā dzīvē. Lielākās daļas mūsdienu mikroshēmu pastiprinātāju, kas paredzēti izmantošanai automobiļu 12 voltu audio aparatūrā, shēmtehnikā izmanto tā saukto voltu pievienošanas tehnoloģiju. 

Galvenās ierīces audio traktā ir kondensators, kas arī ir uzlādēts līdz 12 voltiem. Ja nepieciešams, mikroshēma pastiprinātājs savieno šo kondensatoru virknē ar barošanas spriegumu. Tas notiek jaudas maksimumos, kad pastiprinātāja ieejā ienāk augsta līmeņa signāls. Attiecīgi uz īsu laiku barošanas spriegums pieaug praktiski divkārt un izejas jauda palielinās.

Vēl viena nianse: noteiktos izejas jaudas mērījumus veic ar automašīnas salona tīkla maksimālo spriegumu (14,4 volti vai pat vairāk). Pamatojoties uz to, ražotājam formāli ir iemesls, nebaidoties no tiesiskām pretenzijām, deklarēt galvenās ierīces jaudu kā 4x45...55 vati.

Realitāte

Sanāk, ka reālie 200 vati tomēr ir sasniedzami? Ar standarta konfigurāciju – nē. Lieta tāda, ka efektīvam darbam pēc minētā barojošā sprieguma dubultošanas principa voltu pievienošanas kondensatoram ir jābūt ar diezgan lielu kapacitāti un jāprot ļoti ātri uzlādēties. Taču reāli tas ir mazs un ar to pietiek tikai īsa maksimuma impulsa atstrādāšanai.

Vienkāršāk sakot, ieslēdzot dinamisku mūzikas kompozīciju ar pilnu skaļumu, pastiprinātājs atstrādās bungu pirmo sitienu, izdodot uz to īslaicīgi 45 vatus no katra skaļruņa, taču visus nākamos sitienus jau vairs nespēs atstrādāt. Netiekot galā ar signālu, pastiprinātājs pārlādējas un sāk čerkstēt. Faktiski plaši izplatītu galveno audio ierīču 12 voltu pastiprinātājos voltu pievienošanas tehnoloģijas loma ir tikai automašīnu audio aparatūras ražotāju juridiska piesegšana.

Ir vēl viens ierobežojošs faktors. Pat maza 60...70 vatu izejas jauda saistās ar diezgan lielu siltuma izdalīšanos uz mikroshēmas. Turklāt magnetolu korpusiem ir visai ierobežotas iespējas ierīkot efektīvu siltuma novadi. Radiators (sk. foto) ir mazs, un ar tā laukumu tik tikko pietiek, lai novadītu siltumu no esošajiem 4х16...18 vatiem. Ar reāliem 190...210 vatiem tāds radiators vienkārši netiks galā.

4х18 vati – tā ir robeža?

Sanāk, ka bez ārēja pastiprinātāja uzstādīšanas nav iespējams panākt lielāku jaudu? Ir iespējams. Pašlaik tirgū tiek piedāvātas audioierīces ar iebūvētiem tā dēvētās “D klases” pastiprinātājiem. Šādas magnetolas spēj izdot jau pilnīgi reālus un godīgus 40…45 vatus uz kanālu. Protams, mārketings strādā arī šajā gadījumā: uz iepakojuma var būt uzrakstīts “4x100 vati”. Jaudīgai galvenajai ierīcei, protams, nepieciešami arī jaudīgāki skaļruņi – lai izturētu.

Burtu D nosaukumā dažkārt kļūdaini interpretē kā Digital, tādas audio ierīces nosaucot par digitālām. Reāli tas tā nav: tās ir parastās analogās, tikai signāla pastiprināšana tajās notiek pēc pavisam cita principa nekā tradicionālajai gan auto, gan arī mājas audio tehnikai. 

D klases pastiprinātāju galvenā ideja ir impulsu ilguma modulācijas izmantošana. Ja parastajos pastiprinātājos mūzika tiek apstrādāta tā, kā ir – palielinot ieejas signāla amplitūdu bez izmaiņām, tad D klasē ieejas signāls vispirms modulē nesošo frekvenci (ļoti augstu, simtiem kilohercu), un tiek pastiprināts jau iegūtais rezultāts. Signālam, ar kuru strādā pastiprinātāja kaskādes, vienmēr ir vienāda amplitūda neatkarīgi no skaļuma.

Citiem vārdiem sakot, D klases pastiprinātājs ir interesants tāpēc, ka nodrošina lietderības koeficientu, kas tuvojas 100%. Tas nozīmē, ka pastiprinātājs krasi samazinās un izdala minimālu siltumu, ko izkliedē sīki, burtiski simboliski radiatori. Attiecīgi korpusā atbrīvoto vietu var aizņemt barošanas spriegumu palielinoši elektroniskie moduļi, kas ļauj godīgi palielināt izejas jaudu.

Standarta galvenās audio ierīces radiators.

Tiesa, ir svarīga nianse, to uzstādot: audio ierīcei ar D klases pastiprinātāju nepieciešams ievilkt atsevišķu pozitīvo spēka kabeli, jo ne ar standarta vada šķērsgriezumu, kas paredzēts 4x16…18 vatiem, ne ar drošinātāju tā ķēdē nepietiks reāliem 4х40...45 vatiem.

Kā atšķirt magnetolu ar D klases pastiprinātāju? Kā jau tika teikts – pēc pieteiktās jaudas: parasti tā būs norādīta līdzīgi kā 4х100 vati. D klases magnetolām var arī nebūt radiatora uz aizmugurējās sieniņas. Citu vizuālu atšķirību var arī nebūt. Starp citu, tirgū tiek piedāvāti arī hibrīda varianti: atsevišķi D klases pastiprinātāji, kas piestiprināmi uz parastas 4x16 vatu magnetolas aizmugurējās sieniņas.

Ko darīt, ja pat ar reāliem 4x45 vatiem ir par maz un gribas vairāk? Tādā gadījumā atbilde ir viena: ārējais pastiprinātājs, kas pat no 12 voltiem spēj izdot simtiem vatu. Kā tas iespējams? Elementāri: pastiprinātāja korpusa iekšpusē ir jaudīgs pārveidotājs, kas no 12 voltiem nodrošina paaugstinātu barošanas spriegumu – bieži vien arī divpolu. Bet tas jau ir pavisam cits stāsts.