Почему аудиосистема в машине играет так тихо?

 
 
 
 

В характеристиках многих автомобильных аудиосистем − как простых, так и более продвинутых, фигурирует суммарная звуковая мощность порядка 200 Ватт, что по музыкальным меркам − весьма солидно. Однако реальный звук на такую мощность, мягко говоря, не тянет. Почему?

Рассмотрим стандартную распространенную конфигурацию: четыре динамика (пара передних и пара задних), подключенных непосредственно к головному мультимедийному устройству. То есть, схему без дополнительных внешних усилителей и разных прочих компонентов, которые устанавливают ценители продвинутого автозвука.

Вне зависимости от цены и бренда, от размера (1 или 2 DIN), наличия различных функций и опций, и старая кассетная магнитола, и современное устройство с сенсорным дисплеем, как правило, обладают одной и той же выходной мощностью звукового тракта – 4 канала по 45...55 ватт. Эта комбинация цифр фигурирует на упаковках, в паспортах и инструкциях магнитол как от флагманов рынка, так и от производителей более бюджетных устройств. В сумме получаем 190...220 ватт, и вот тут возникает нестыковка, если сравнить эти цифры, например, даже с параметрами домашних аудиосистем.

   
  Audio sistēma, аудиосистема, auto rezerves daļas, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Благодаря узаконенному применению так называемой технологии вольтодобавки, декларированная выходная мощность стандартной магнитолы получается выше, чем у аудиосистемы с внешним усилителем и, например, известными колонками Radiоtehnika S90.

   
 

В качестве примера можно привести известные многим колонки Radiоtehnika S90, имеющие паспортную мощность − 90 ватт, номинальную − 35 ватт. Так вот, даже старая аудиосистема советских времен с двухканальным усилителем на 35...50 ватт и упомянутыми колонками S90 на полной громкости играла так, что, как говорится, посуда в шкафу тряслась.

При этом 4 канала по 50 ватт в автомобиле не трясут ничего. Более того: даже не доходя до предела громкости, возникают заметные уху искажения, вызванные отчасти перегрузкой усилителя магнитолы, отчасти − дребезжанием слабоватой акустики. В чем же дело: может ватты − какие-то разные?

Откуда берется "4х50"

В качестве усилителя в 99% головных аудиоустройств (хоть простейших, хоть более продвинутых) выступает специализированная мощная микросхема, содержащая в себе четыре независимых усилителя с общим входом (те самые четыре канала) и раздельными выходами на четыре динамика. Микросхема при работе выделяет много тепла и поэтому она устанавливается на радиатор, расположенный на задней стенке корпуса мультимедийного устройства.

   
  Audio sistēma, аудиосистема, auto rezerves daļas, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Микросхема усилителя стандартного головного аудиустройства.

   
 

Вряд ли стоит приводить длинные формулы расчета среднеквадратичного значения синусоидального напряжения на выходе усилителя, а также особенности мостовых схем усилителей, объясняющие принцип формирования выходной мощности. Важнее то, что получается в сухом остатке. Максимальные значения выходной звуковой мощности (не пиковой, рекламной, а реальной, долговременной) усилителя, питающегося от напряжения 12 вольт, не могут превышать 16...18 ватт на канал без появления неприемлемых искажений звука. С хрипом и треском можно выжать и 20...23 ватта, но вряд ли это уже захочется называть музыкой.

Получается, что надпись на упаковке и 4х50 ватт − это обычный обман? Не совсем так. Это − узаконенная, технически обоснованная лазейка, вроде паспортного расхода топлива, достижимого при соблюдении определенных условий во время замера на беговых барабанах, но практического недостижимого в реальной жизни. В схемотехнике большинства современных микросхем-усилителей, рассчитанных для применения в автомобильной 12-вольтовой аудиоаппаратуре, используется так называемая "технология вольтодобавки".

В схеме аудиотракта головного устройства имеется конденсатор, заряженный до 12 вольт. При необходимости микросхема-усилитель подключает этот конденсатор последовательно с напряжением питания. Происходит это его на пиках мощности, когда на вход усилителя приходит сигнал высокого уровня. Соответственно, на короткое время напряжение питания возрастает практически вдвое, и выходная мощность поднимается.

Еще нюанс: паспортные замеры выходной мощности проводят при максимальном для бортовой сети автомобиля напряжении (14,4 вольт, а то и выше). Исходя из этого, у производителя формально есть повод не опасаясь судебных претензий декларировать мощность головного устройства, как 4х45...55 ватт.

Реальность

Получается, что реальные 200 ватт все-таки достижимы? При стандартной конфигурации − нет. Дело в том, что для эффективной работы по принципу упомянутого удвоения питающего напряжения конденсатор вольтодобавки должен быть достаточно большой емкости и уметь очень быстро заряжаться. Реально же он − маленький, и хватает его лишь на отработку короткого пикового импульса.

Упрощенно говоря, при включении динамичной музыкальной композиции на полную громкость усилитель отработает первый удар барабана, выдав на нем кратковременно 45 ватт из каждого динамика, а вот все последующие удары – уже не сможет отработать. Не справляясь с сигналом, усилитель перегружается и начинает хрипеть. Фактически роль технологии вольтодобавки в 12-вольтовых усилителях массовых головных аудиоустройств заключается лишь в юридическом прикрытии производителей автомобильной аудиоаппаратуры.

Есть еще один ограничивающий фактор. Даже небольшие 60...70 ватт выходной мощности сопровождаются приличным выделением побочного тепла на микросхеме. При этом корпуса магнитол имеют весьма ограниченные возможности для обустройства эффективного теплоотвода. Радиатор (см. фото) − маленький, и его площади лишь впритык хватает, чтобы отводить тепло от имеющихся 4х16...18 ватт. С реальными 190...210 ваттами такой радиатор попросту не справится.

4х18 Ватт – это предел?

Получается, что добиться большей мощности без установки внешнего усилителя невозможно? Возможно. Сегодня на рынке предлагаются головные устройства со встроенными усилителями так называемого "класса D". Подобные магнитолы способны выдавать уже вполне реальные и честные 40...45 ватт на канал. Конечно, маркетинг работает и в этом случае: на упаковке уже может написано "4х100 ватт". Естественно, для мощного головного устройства нужны и динамики помощнее − чтобы выдержали.

Букву D в названии иногда ошибочно трактуют, как Digital, называя такие аудиоустройства цифровыми. Реально это не так: они − обычные аналоговые, просто усиление сигнала в них происходит по совершенно иному принципу, чем у традиционной аудиотехники, как автомобильной, так и домашней.

Основная идея усилителей класса D – использование широтно-импульсной модуляции. Если в обычных усилителях музыка обрабатывается как есть − с повышением амплитуды входного сигнала без изменений, то в классе D входной сигнал сперва модулирует несущую частоту (очень высокую, сотни килогерц), а усиливается уже полученный результат. Сигнал, с которым работают каскады усилителя, имеет всегда одинаковую амплитуду независимо от громкости.

Иначе говоря, усилитель класса D интересен тем, что обеспечивает КПД, стремящийся к 100%. Это означает, что усилитель резко уменьшается в размерах, и выделяет минимум тепла, которое рассеивается крошечными, буквально символическими радиаторами. Соответственно, высвободившееся в корпусе место можно занять электронными модулями, повышающими напряжение питания, которые позволят честно поднять выходную мощность.

   
  Audio sistēma, аудиосистема, auto rezerves daļas, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Радиатор стандартного головного аудиустройства.

 

 

 

Есть, правда, важный нюанс при установке: для головного устройства с усилителем класса D необходимо протянуть отдельный силовой плюсовой кабель, так как ни сечения стандартного провода, рассчитанного на 4х16...18 ватт, ни предохранителя в его цепи для реальных 4х40...45 ватт недостаточно.

Как отличить магнитолу с усилителем класса D? Как уже говорилось − по заявленной мощности: как правило, она будет указана что-то вроде 4х100 ватт. Также у магнитолы класса D может отсутствовать радиатор на задней стенке. Других визуальных отличий может и не быть. Кстати, на рынке предлагаются и гибридные варианты: отдельные усилители класса D, которые крепятся на заднюю стенку обычной магнитолы 4х16 ватт.

Что делать, если даже реальных 4х45 ватт − мало, и хочется больше? В этом случае ответ один: внешний усилитель, который даже от 12 вольт способен выдавать сотни ватт. Как это возможно? Элементарно: внутри корпуса усилителя имеется мощный преобразователь, делающий из 12 вольт повышенное напряжение питания, а зачастую еще и двухполярное. Но это − уже совсем другая история.

 
 
 
 
 

sagatavots / подготовлено brauc.com; car-use.lv ®