Основные положения нового стандарта нормирования усилителей CEA2006

Во времена дутых маркетинговых обещаний, отработанных технологий и битвы за Ваши заработанные тяжелым трудом доллары действительно трудно разобраться во всех тех цифрах, которые указаны в качестве технических характеристик на коробках с усилителями, в руководствах пользователя, в рекламных брошюрах и на корпусах самих усилителей. Что такое пиковая мощность? Что такое мощность RMS? А как насчет отношения сигнал-шум? Или коэффициента затухания? Я-то знаю ответы на эти вопросы. Главный вопрос - знаете ли вы?

Если вы делаете покупки так же, как я, то, скорее всего, полагаетесь в чем-то на продавцов, позволяя им помочь вам разобраться в функциональных особенностях, преимуществах и технических характеристиках. Перед тем, как написать эту статью, я провел несколько исследований в стиле секретного покупателя (в Америке это сотрудник торгового предприятия, следящий за ценами и ассортиментом других фирм). Это было необходимо для того, чтобы протестировать знания продавцов и покупателей, сталкивающихся друг с другом у дилеров автомобильного звуковоспроизводящего оборудования, в магазинах региональных торговых сетей, специализирующихся на продаже звуковоспроизводящего и бытового электрооборудования, и в магазинах торговых сетей национального масштаба. После 200 миль за рулем в условиях дорожного движения Нью-Йорка я пришел к заключению, что точность всего того, что вам говорят продавцы, просто непредсказуема, а техническая грамотность, или точнее неграмотность, многих покупателей оставляет их полностью уязвимыми.

Если вам повезет, вы поговорите с кем-то, кто разбирается в аудиотехнике. Если же нет, то вам такой человек не попадется. Ну а если вы не верите в удачу, прослушайте курс физики и помните, что если что-то звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, скорее всего так оно и есть.

Во время моих секретных исследований я задавал продавцам и покупателям в магазинах всего пару вопросов: «В чем разница между мощностью RMS и пиковой мощностью?» и «Зачем мне покупать 35-ваттный усилитель, если моя магнитола выдает 60 Ватт?». Ответы были самыми разными. Некоторые даже были правильными. Самые ужасные ответы на мои вопросы звучали примерно так: «Пиковая мощность - это количество Ватт, которые усилитель выдает, если вы повернете эту ручку (при этом было указано на регулятор усиления) до конца направо, но если вы хотите, чтобы усилитель звучал хорошо, вам лучше повернуть ручку немного назад. А RMS означает «реальный максимум чего-то такого», я не помню, что означает буква «S», но это величина чистой мощности, которую создает усилитель, когда вы поворачиваете ручку влево». Ответ на вопрос, касающийся мощностей головного устройства и усилителя, был чуть менее нелепым: «Усилитель может создавать более высокую пиковую мощность, чем автомагнитола, даже если имеет более низкую номинальную мощность».

До настоящего времени технические характеристики усилителей трактовались достаточно свободно, базируясь на старом стандарте CEA (Consumer Electronics Association - ассоциация производителей бытовой электроники) EIA 517B. В соответствии со старым стандартом, производящие усилители компании могли классифицировать свою продукцию практически любым способом, каким им было угодно. Главное - это указать условия тестирования. Изначально предполагалось указывать выходную мощность как «__ Вт х __ каналов при __ Ом, __ В постоянного тока, __ Гц и __% THD (искажения)». Такой способ обозначения включал в себя большое количество значений, которые приобретали смысл только в том случае, если была включена вся информация, и только если потребителю было известно взаимодействие между различными параметрами. С годами приведенная выше форма укорачивалась и во многих случаях принимала вид «__ Вт х __ каналов при __ Ом». Главная проблема с использованием такого обозначения заключается в том, что в большинстве случаев номинальную мощность усилителей одного производителя нельзя было сравнить с мощностью усилителей другого производителя, потому что эти производители могли указать выходную мощность для разного напряжения питания, полного сопротивления нагрузки или уровня искажений. А изменение напряжения питания, полного сопротивления нагрузки или допустимость более высокого уровня искажений могли изменить значение выходной мощности в широких пределах. Все это значительно осложняло задачу выбора более мощного усилителя или усилителя, звучащего лучше, или усилителя, наиболее соответствующего размеру вашего кошелька. Можно ли разобраться во всех этих параметрах, не проучившись года четыре на инженера-электронщика? Об этом читайте дальше.

Усилители выполняют вполне простую работу. Они просто увеличивают тот маленький сигнал, который поступает на их вход. С головного устройства на вход усилителя подается низковольтный сигнал, а усилитель превращает его в сигнал более высокого напряжения, позволяющий отдавать в нагрузку ток большей силы, чем способно головное устройство. Для этого усилители используют энергию аккумуляторной батареи автомобиля. Если говорить коротко, усилители преобразуют энергию, получаемую из электрической системы автомобиля, в энергию, подаваемую на динамики в соответствии с тем сигналом, который поступает от головного устройства.

Усилители готовы во всем угодить человеку - они попытаются создать ту мощность, какую вы у них попросите, не думая о возможных повреждениях, которые они могут нанести самим себе или динамикам. Каждый усилитель сконструирован таким образом, чтобы создавать максимальное выходное напряжение и отдавать при этом в нагрузку максимальный ток. Если же усилитель уходит в режим отсечки, или использует до конца свои возможности по напряжению или току (произведение значений напряжения и тока равно мощности), он начинает создавать искажения. Искажения - это то грубое скрипучее и потрескивающее звучание, которое воспроизводится среднечастотным или высокочастотным динамиком, когда выбран слишком высокий уровень громкости. Если же усилитель используется для подачи сигнала на сабвуфер, искажения проявляются в виде воспроизводимых сабвуфером глухих ударов. Не имея специального проверочного оборудования, достаточно сложно определить, являются ли слышимые вами искажения результатом перегрузки динамика или перегрузки усилителя. Но в любом случае это надежный признак неминуемой катастрофы - что-то обязательно должно выйти из строя. Обычно страдает динамик.

При покупке усилителя существует всего лишь два по настоящему важных критерия оценки его работы - насколько громко он будет играть, и насколько хорошо он будет звучать. Все те технические характеристики, которые вы прочитаете на коробках, в брошюрах и руководствах пользователя, должны отвечать на два эти вопроса абсолютно четко и кратко. К счастью, производители автомобильной аудиотехники вместе с ассоциацией CEA (Consumer Electronics Association - ассоциация производителей бытовой электроники) осознали необходимость возвращения к возможности прямого сравнения параметров усилителей. Чтобы сделать такое сравнение понятным для потребителей, ассоциация CEA опубликовала новый стандарт представления технических характеристик усилителей, который был назван CEA 2006.

УСТАНОВЛЕНИЕ СТАНДАРТА

Стандарт CEA 2006 значительно отличается от стандарта EIA 517-B, которому он пришел на замену. Теперь существует два главных параметра: выходная мощность и отношение сигнал-шум. Эти два параметра в основном характеризуют работу усилителя и дают фундаментальные ответы на те два вопроса, которые были сформулированы выше: насколько громко усилитель будет играть, и насколько хорошо он будет звучать. Стандарт CEA 2006 устанавливает также несколько дополнительных технических характеристик, которые будут описаны ниже.

Для того, чтобы продукция какого-либо производителя соответствовала стандарту CEA 2006, на ее упаковке в обязательном порядке должны быть указаны значения двух параметров: выходной мощности и отношения сигнал-шум. Только наличие этих параметров позволит указать на упаковке продукта логотип CEA 2006. (Более подробная информация по данному вопросу приводится ниже в материале Brian Markwalter из CEA.)

Выходная мощность (Output Power)

Все усилители предназначены для подачи мощности в нагрузку. Этот параметр указывает, какую мощность может создавать усилитель. Исходные характеристики для данного параметра тщательно контролируются, поэтому его значение позволяет напрямую сравнивать усилители при выборе покупки. Выходная мощность выражается в Ваттах RMS и измеряется при подаче питания 14,4 В постоянного тока, нагрузке 4 Ом и полном коэффициенте гармоник выходного сигнала не более 1%. Здесь вам в голову может прийти мысль: «Постойте-ка минуточку, я собираюсь использовать нагрузку 1 Ом. Как же я узнаю, какую мощность усилитель способен отдать в такую нагрузку?». В стандарт CEA 2006 включены и другие характеристики, которые позволяют узнать выходную мощность усилителя для других вариантов использования, например, при пониженном значении полного сопротивления нагрузки, при другом напряжении питания или при подключении нескольких каналов усилителя по мостовой схеме. Мы осудим это позже.

Отношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio)

Отношение сигнал/шум усилителя позволяет определить, какое количество посторонних шумов присутствует в выходном сигнале усилителя по сравнению с сигналом, поступающим на вход. Такой шум обычно проявляется в виде «шипения», которое слышно в выходном сигнале усилителя во время воспроизведения тихих музыкальных пассажей или когда музыки нет вовсе. Чем выше отношение сигнал-шум, тем лучше усилитель. Старый стандарт нормирования усилителей определял отношение «сигнал/шум» при максимальной выходной мощности усилителя. Возникает вопрос: «И что здесь не так?». Во многих случаях более мощные усилители создают больше шумов, чем усилители меньшей мощности, вопреки показателям, измеренным по старому стандарту. Кроме того, кому какое дело до громкости фонового шипения усилителя, когда для прослушивания используется пара 15-дюймовых низкочастотных динамиков, а сигнал подается с 6000-ваттного усилителя? Вы просто никогда это шипение не услышите. В стандарте же CEA 2006 содержится требование сравнивать шумы с выходным сигналом мощностью 1 Вт. Это не такая уж большая выходная мощность, чтобы музыка не позволила легко расслышать шумы. Если вы привыкли к тому, что цифры отношения сигнал-шум колеблются где-то около значения 90 дБ, не смейтесь, когда увидите значение этого же параметра в соответствии с новой спецификацией. При измерении в соответствии со стандартом CEA 2006 хороший усилитель может иметь отношение сигнал-шум порядка 60 дБ. Разница между этими двумя значениями - просто выходная мощность усилителя. Повышение отношения сигнал-шум на 30 дБ эквивалентно выходной мощности 1000 Вт. 1000-ваттный усилитель с отношением сигнал-шум 60 дБ, полученным при измерении по стандарту CEA 2006, будет иметь отношение сигнал-шум 90 дБ в соответствии со старым стандартом. Новая методика удобнее. Она позволяет четко и понятно сравнить друг с другом разные усилители независимо от их выходной мощности.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Другие значения выходной мощности

Если сопротивление нагрузки не равно 4 Ом или напряжение источника питания не равно 14,4 В постоянного тока, в технических характеристиках усилителя могут быть указаны и другие значения выходной мощности. Эти значения позволяют производителю продемонстрировать те условия, в которых усилитель будет работать оптимально. Если вы предполагаете использовать усилитель с нагрузкой 1 Ом, найдите в технических характеристиках то значение выходной мощности, которое соответствует нагрузке 1 Ом. Если же вы хотите использовать усилитель в соревнованиях по SPL и собираетесь подавать на него питание с напряжением выше 14,4 В, найдите в технических характеристиках дополнительное значение выходной мощности, соответствующее более высокому напряжению питания. При подключении усилителя по мостовой схеме необходимо отыскать в технических характеристиках те значения выходной мощности усилителя, которые соответствуют подключению выходных каналов усилителя по мостовой схеме. Эти технические характеристики указывают, что необходимо сделать, чтобы получить от усилителя всю мощность, за которую заплачено. Если основные характеристики разных усилителей совпадают, нет необходимости сравнивать между собой остальные.

Динамическая мощность (Dynamic Power)

Данный параметр обычно называется «headroom» (запас по мощности). Он позволяет определить, какую мощность усилитель может создать при воспроизведении кратковременных «всплесков» сигнала. При воспроизведении таких кратковременных всплесков сигнала усилители способны создавать значительно более высокую мощность, чем при продолжительном воспроизведении. Обычно запас по мощности указывается в децибелах, но динамическая мощность приводится в Ваттах. Так удобнее, потому что для перевода децибел в Ватты нужен калькулятор со специальными функциями. А ведь вы не всегда берете такой калькулятор, когда идете за покупками?

Диапазон воспроизводимых частот (Frequency Response)

Этот параметр позволяет узнать диапазон частот, в пределах которого усилитель будет осуществлять усиление сигнала. Определение этой характеристики в новом стандарте не отличается от старого, но в наши дни практически любой выпускаемый усилитель легко воспроизводит частоты всего звукового диапазона (20 Гц - 20 кГц), если только он не предназначен исключительно для работы с сабвуферами. Практически все современные усилители воспроизводят полный диапазон звуковых частот, поэтому в настоящее время данный параметр потерял былую важность при сравнении усилителей друг с другом.

Максимальный уровень входного сигнала (Maximum Input Signal)

Данная характеристика позволяет узнать максимальное напряжение сигнала, которое может подаваться на вход усилителя без риска его перегрузки и повышения уровня искажений в выходном сигнале усилителя. Если в технических характеристиках для данного параметра указано значение 5 В, не следует подключать ко входу усилителя мощности предварительный усилитель с 9-вольтовым выходным сигналом.

Максимальная чувствительность (Maximum Sensitivity)

Данная характеристика позволяет узнать минимальное напряжение сигнала, которое необходимо для того, чтобы усилитель создавал полноценный выходной сигнал. Если в технических характеристиках усилителя указано значение 250 мВ, вы не сможете получить полную мощность усилителя, используя головное устройство с максимальным выходным напряжением 100 мВ.

Эффективный коэффициент демпфирования (Effective Damping Factor)

Этот параметр заменил параметр «Damping Factor» (коэффициент демпфирования) старого стандарта. Изначально в старом стандарте коэффициент демпфирования использовался для того, чтобы показать, в какой степени усилитель может воздействовать на перемещение диффузора динамика. Это важно для подавления собственного механического резонанса подвижной системы.

Проблема эта - из обсуждаемых наиболее горячо. Если вы привыкли видеть в технических характеристиках усилителя в строке параметра «коэффициент демпфирования» значение 500 или даже 1000, вас удивит, что практически любой усилитель, предназначенный для использования в автомобильных звуковоспроизводящих системах, будет теперь иметь значение данного параметра в пределах от 6 до 7. Резонный вопрос - почему? Потому что с годами усилители становятся все лучше и лучше, и все они имеют относительно низкое выходное сопротивление, а именно на этой характеристике базируется коэффициент демпфирования. «Эффективный коэффициент демпфирования» в большей степени отражает разницу в акустических характеристиках усилителей, чем соответствующий параметр старого стандарта. Другими словами, действительно трудно определить на слух разницу между коэффициентом затухания 500 и коэффициентом затухания 1000. Теперь эта разница будет выражаться более точно, например, как разница между коэффициентами 6,39 и 6,85.

Основное отличие нового параметра от старого заключается в том, что теперь при расчете используется не номинальное сопротивление нагрузки, а импеданс эталонного динамика на частоте резонанса (он в несколько раз превышает сопротивление постоянному току). Кроме того, в расчете помимо выходного сопротивления усилителя фигурирует и сопротивление катушки динамика постоянному току, что учитывает вклад этого сопротивления в электрическое демпфирование.

Нестабильность выходного сигнала при изменении нагрузки (Output Regulation)

Это более достоверное представление влияния полного выходного сопротивления на сигнал усилителя. Для подробного разъяснения данного параметра может потребоваться отдельная статья, но существует и вполне простое объяснение. Если усилитель имеет высокий выходной импеданс, особенно если это значение близко к значению полного сопротивления динамика, частотная характеристика выходного сигнала усилителя больше не будет «плоской». Скорее она будет иметь сходство с характеристикой импеданса динамика. Данный параметр усилителя отражает, насколько может измениться частотная характеристика, когда усилитель подключается к нагрузке 4 Ом. Если к выходу усилителя подключается нагрузка с меньшим полным сопротивлением, ошибка будет больше. Для большинства усилителей ошибка вероятнее всего будет меньше децибела, но если выходной импеданс высокий, выходная мощность усилителя и, соответственно, акустическая мощность динамика может снизиться на децибел или больше в том диапазоне частот, в котором импеданс динамика является самым низким. Усилитель с большим значением в строке данного параметра может значительно изменить частотную характеристику всей звуковоспроизводящей системы.

В стандарте CEA 2006 указано, что «к числу усилителей мощности, разработанных для использования в автомобильных системах, относятся следующие усилители, но не только они: отдельные одноканальные и многоканальные, и интегрированные усилители, а также усилители с ограниченной полосой рабочих частот, которые для подачи питания подключаются к штатной электрической системе автомобиля и используют только ее, а также имеют номинальную выходную мощность более 5 Вт, измеренную в соответствии со стандартом CEA 2006». Первая мысль - что все это означает?

Прочитайте также следующее. Стандарт CEA 2006 определяет интегрированный усилитель как «усилитель мощности, интегрированный в устройство, главным назначением которого не является усиление мощности. Интегрированным усилителем, например, считается усилитель головного устройства, основным предназначением которого является воспроизведение какого-либо носителя…» Это так, головные устройства также включены в данный стандарт. Что еще можно добавить.

Важно помнить, что соответствие продукции производителя стандарту CEA 2006 является добровольным. Организация CEA не является Федеральной торговой комиссией США и не может заставить производителей усилителей привести свою документацию в соответствие данному стандарту. Стандарт CEA 2006 - это не юридический документ, а просто хорошая идея, которая была оформлена в виде стандарта для того, чтобы помочь вам и вашим клиентам принять продуманное решение, на какой усилитель потратить деньги, заработанные тяжким трудом. Ищите на коробках усилителей технические характеристики, соответствующие стандарту CEA 2006, и вы сможете быть уверены, что получите всю мощность, за которую заплатили. Только вы и ваши клиенты можете заставить производителей принять новый стандарт нормирования усилителей.

Что означает логотип CEA-2006

Автор Brian Markwalter

В прошлом году члены CEA, которые являются производителями автомобильной электроники, пришли к решению, что необходимо создать стандарт, в соответствии с которым проводились бы измерения наиболее важных технических характеристик усилителей. Нормирование продукции в соответствии с CEA-2006 позволяет потребителю сравнивать наиболее важные технические параметры в равноценных условиях. Так как результат такого нормирования предназначен в первую очередь для информирования покупателя, тому необходимо точно знать, какое оборудование и какие параметры соответствуют данному стандарту.

Именно для этого и был придуман логотип. Ассоциация CEA создала логотип и лицензирует его использование производителями для нанесения на само оборудование и включение в литературу, прилагающуюся к оборудованию. Правила использования логотипа предельно просты. Его можно использовать только в том случае, если продукция соответствует техническим характеристикам, установленным в стандарте SEA-2006. Производители могут использовать логотип только с техническими характеристиками CEA-2006, что подразумевает отсутствие на продукции других характеристик, которые можно перепутать с характеристиками CEA-2006. В этом случае логотип можно размещать в любом месте. Также производители могут использовать логотип CEA-2006 на продукции, имеющей характеристики CEA-2006 и другие характеристики, не входящие в стандарт CEA-2006. При этом изготовитель должен указать логотип CEA-2006 рядом с соответствующими техническими характеристиками и четко отделить логотип и эти технические характеристики от других технических характеристик данного продукта.

Данную программу уже поддерживает большое количество производителей, список которых постоянно растет. Ассоциация CEA и входящие в нее производители электронного оборудования поддерживают данную программу, широко распространяя информацию о ней и выходя с ней на уровень розничной торговли.

Ищите логотип на головных устройствах и усилителях, выпущенных c 2004 года.