Эффективность автомобильного аудиоусилителя важнее, чем вы думаете

11.02.2024

Недавно мы говорили с кем-то о том, почему загрузка усилителя не является идеальным решением. Как мы продемонстрировали в наших обзорах тест-драйва, более низкие сопротивления приводят к большему искажению в большинстве случаев. Во всех случаях нагрузки с более низким сопротивлением снижают эффективность усилителя. Давайте обсудим, почему эффективность усилителя имеет решающее значение для производительности и надежности аудиосистемы.

Что такое эффективность усилителя?

Каждое электронное устройство потребляет больше энергии, чем может выдать. Для зарядки внешнего аккумулятора для вашего мобильного телефона может потребоваться 50 Вт·ч, но вы можете получить от него только 48 Вт·ч. Это эффективность 96%. То же самое относится и к механическим системам. Потери из-за трения и тепла означают, что вы должны вкладывать в устройство больше энергии, чем получаете. Сравнение мощностных возможностей двигателя на динамометрическом стенде с мощностью на колесах на динамометрическом стенде шасси является прекрасным примером системы со значительными механическими потерями.

Схемы в автомобильных аудиоусилителях потребляют часть энергии, вырабатываемой аккумулятором . Большинство хороших усилителей, которые мы тестировали, потребляют около 1-2 ампер тока в режиме ожидания и без воспроизведения музыки. С другой стороны, хороший усилитель может иметь эффективность около 83% при нагрузке 2 Ом на максимальной выходной мощности. Эта спецификация эффективности означает, что усилитель будет потреблять 100 Вт на каждые 83 Вт, подаваемые на динамик. Эти показатели эффективности применимы только при полной мощности, поскольку эффективность быстро падает при более низких уровнях выходного сигнала.

Куда уходит тратящаяся впустую энергия?

Что происходит с дополнительной энергией, потребляемой усилителем, если она не отправляется на динамик? Ну, схема, обрабатывающая аудиосигнал, требует немного. Если в усилителе есть цифровой процессор сигнала , он также будет потреблять немного энергии. Однако в основном энергия тратится впустую в виде тепла. Тепло выделяется, когда ток протекает через сопротивление. Формула для расчета мощности, рассеиваемой резистором, выглядит так: I^2 x R, где I — ток в амперах, а R — сопротивление в омах.

Даже небольшое увеличение тока приводит к значительному увеличению потерь энергии. Это очевидно, поскольку значение тока в уравнении возводится в квадрат. Например, если через резистор сопротивлением 1 Ом протекает ток силой 5 ампер, этот резистор будет рассеивать 25 Вт тепла. Вам понадобится достаточно большой резистор, чтобы рассеять столько энергии. Если мы увеличим ток до 8 ампер, резистор будет рассеивать 64 Вт тепла. Резистор на 75 Вт довольно большой.

Всякий раз, когда вы видите крошечный автомобильный аудиоусилитель, спросите себя, насколько эффективна его конструкция? Маленьким радиаторам сложно рассеивать большое количество тепловой энергии.

Сравнение эффективности усилителей

Хорошим усилителем для этой статьи будет Rockford Fosgate T500-1bdCP , который мы подвергли полному тест-драйву в начале 2024 года. Это усилитель с большей площадью основания, упомянутой выше. Усилитель рассчитан на выдачу 500 Вт на 2- и 1-омную нагрузку, но на самом деле он выдал 554 и 697 Вт соответственно. Эти показатели выработки мощности были при эффективности 83 и 68%.

Другой усилитель рассчитан на выдачу 700 Вт на нагрузку 2 Ом и чуть более 1000 Вт на нагрузку 1 Ом . На нашем испытательном стенде он смог выдать только 338 и 664 Вт, используя стандарты CTA-2006-D для тестирования мощности. Ради аргумента назовем это половиной того, на что он рассчитан. Мы нагружали усилитель сильнее, чтобы посмотреть, есть ли у него больше выходной мощности, и он выдал 660 Вт и 935 Вт, когда наш D'Amore Engineering AMM-1 указал на ограничение.

Понять ограничения инструмента

Это важное напоминание о том, что индикатор отсечки на AMM-1 НЕ является индикатором 1% THD+N. Таким образом, измерения мощности, выполненные с помощью AMM-1, несопоставимы со спецификациями производителя, соответствующими CTA-2006-D. Вам понадобится другой инструмент для измерения искажений, чтобы определить, когда прекратить увеличивать мощность. Конечно, мы рекомендуем QuantAsylum QA403 для этой задачи, если вам удастся заполучить его. Тем не менее, гостевой усилитель показал эффективность 69 и 58% при предоставлении этих более высоких показателей, что ужасно. Нет, это не какой-то безымянный блошиный рынок или интернет-бренд. Это то, что многие «высококлассные» магазины продают каждый день.

Давайте посчитаем немного цифр, чтобы определить, сколько тока потребляет каждый усилитель для получения измеренной мощности. Затем добавим столбец, который будет показывать, сколько мощности эти усилители могут производить на ампер потребляемого ими тока. Ради интереса мы добавим еще один столбец, чтобы показать, сколько энергии они тратят впустую в виде тепла.

Причина номер один, почему эффективность автомобильного аудиоусилителя имеет значение

Каждая часть цепи электропитания в автомобиле имеет некоторые потери эффективности, от аккумулятора и генератора до силового и акустического кабеля, усилителя и динамиков или сабвуферов. Давайте используем наши приведенные выше цифры эффективности, чтобы сравнить пару гипотетических 1000-ваттных усилителей. Назовем их RF1000 и G1000. На диаграмме ниже показано, какой ток потребляет каждый из них для выработки 1000 Вт мощности на нагрузке 1 Ом и 750 Вт на нагрузке 2 Ом на основе приведенных выше измерений.

Теперь давайте посчитаем, сколько энергии теряется в 16-футовом отрезке силового провода 4 AWG и на обратном пути шасси транспортного средства с тем же сопротивлением. Для расчета мы будем использовать стандарт ANSI/CTA-2015 для сопротивления силового кабеля 4 AWG.

Разница в падении напряжения между двумя усилителями незначительна, 0,12 и 0,167 вольт соответственно, в пользу теоретического усилителя Rockford Fosgate. Однако если у усилителя меньшее напряжение, он достигнет своего максимального выходного сигнала на более низком уровне. Ни один из усилителей, скорее всего, не будет выдавать 1000 Вт мощности, поскольку они будут видеть только около 12 из 13 вольт, предоставляемых электрической системой.

Еще большую проблему представляет тепло, теряемое в силовом соединении. Как мы уже упоминали, рассеиваемая в резисторе мощность основана на квадрате тока, протекающего через резистор. Таким образом, небольшие изменения в токе приводят к умеренно значительным изменениям в количестве выделяемого тепла. Если посмотреть на столбец «Потерянная мощность» на этой диаграмме, менее эффективный усилитель приводит к 50%-ному увеличению теряемой энергии в силовом кабеле и обратном контуре заземления. Это повышенное тепло увеличит сопротивление, что еще больше увеличит количество теряемого тепла и так далее. Это может привести к выходу из-под контроля, если вы пытаетесь обеспечить максимальную мощность в течение длительного периода.

Мощность охлаждения усилителя

Количество мощности, которое усилитель тратит в виде тепла, в сочетании с размером и эффективностью радиатора определяет, как долго усилитель может работать, прежде чем перегреется. В случае с T500-1bdCP мы играли на полной номинальной мощности более часа без перегрева усилителя и срабатывания защиты. С другой стороны, гостевой усилитель проработал менее двух минут, работая на полной мощности.

Усилитель гостевого сабвуфера имеет размеры примерно 12,5 на 6 дюймов и высоту 2 дюйма. Это объем 150 кубических дюймов. Второй усилитель намного больше — 11,5 на 9 на 2,25 дюйма, что составляет чуть меньше 233 кубических дюймов. Хотя это не то, как рассчитывается емкость радиатора, это дает вам грубое приближение.

Размер и конструкция радиатора усилителя имеют большое значение. Да, усилитель Rockford Fosgate намного больше. Это осознанное решение инженерной команды Rockford Fosgate , чтобы гарантировать, что он продолжит работать в самых экстремальных условиях. Вам следует быть осторожными, когда вы видите мощные компактные усилители. Маловероятно, что эти компании разработали волшебное решение для улучшения эффективности радиатора или усилителя. Таким образом, вы жертвуете термостойкостью и долговечностью усилителя ради размера. Мы знаем, что лучше иметь более крупный усилитель, который прослужит десятилетия, чем маленький, который может высушить термопасту и конденсаторы за несколько лет.

Качество усилителя имеет множество значений

Хотя мы уделяем много внимания контенту, который объясняет качество звука и производительность автомобильных аудиоусилителей, понимание их характеристик эффективности имеет решающее значение для выбора решения, которое будет работать надежно и выдержит испытание временем. Не все производители публикуют точные данные об эффективности усилителей, что затрудняет покупку лучшего решения. Один совет — загляните в некоторые группы Facebook, посвященные конкретным брендам, чтобы узнать, кто все еще использует оборудование, выпущенное десятилетия назад. Эти компании, вероятно, понимают, как предоставить полный пакет, который соответствует всем параметрам производительности.