A watt watt, vagy mégis? Részletes magyarázat a Car Audio Guys számára

Amikor az emberek autós audio-erősítőt szeretnének vásárolni, a leggyakrabban a specifikációt vizsgálják, hogy mekkora teljesítményt tud termelni. A teljesítmény wattban van megadva – ez a teljesítmény univerzális mértékegysége. Ebben a cikkben elmagyarázzuk, mi az a watt, és hogyan kell mérni – helyesen és helytelenül egyaránt.

Szótári idő!

Először tegyük félre a watt formális meghatározását. A watt a teljesítmény mérésének SI (Systéme International) mértékegysége. Az áramellátásnak nem kell elektromosnak lennie. Valójában a watt mértékegységét James Wattról nevezték el, és azért hozták létre, hogy számszerűsítse a gőzgép által végzett munka mennyiségét. Ebben a kinetikai alkalmazásban a watt az a munka, amelyet akkor végeznek, amikor egy objektum sebessége egyenletesen, 1 méter/s sebességgel mozog, 1 newton erővel szemben. Elektromos motorra hivatkozva 1 lóerő 746 wattnak felel meg.

Bármilyen szórakoztató is a lóerőről beszélni, az autós audio rajongói vagyunk, úgyhogy térjünk vissza a pályára az elektromos watt magyarázatával.

Elektromos értelemben a watt 1 joule energiaátvitelt jelent 1 másodperc alatt. A következő logikus kérdés az, hogy mi az a joule? A joule egy újabb SI-mértékegység, és meghatározza azt a munkamennyiséget, amely 1 coulomb töltés 1 voltos elektromos potenciálon való átmozgatásához szükséges. Igen, a kérdés most a kulonra költözik – mi a franc ez? A coulomb az elektromos töltés mértékegysége – és egyenlő -6,242 x 10^18 elektronnal.

Mégis elveszett? Ne izgulj; csak kibékítjük a köztünk lévő matematikai és mérési bolondokat. Bontsuk ezt le a lényegesekre.

Amikor elektromos energiát akarunk használni a munkához, elektronokat kell átvezetnünk egy olyan eszközön, mint az izzószál, a motor vagy a hangtekercs. Az eredmény egy hangszóró esetében az lesz, hogy az elektronok áramlása által létrehozott mágneses tér hatására a hangtekercs vonzza vagy taszítja a hangszórónkban lévő rögzített mágnest. Ha több elektront áramoltatunk, több munkát végeznek, és a hangszóró távolabb kerül a mágnes felé vagy távolodik tőle.

Power Math

Itt kezdünk beszélni a hatványegyenletekről. Három általános módszer létezik az áramkör teljesítményének kiszámítására – de ismernünk kell más változók, például a feszültség, az ellenállás vagy az áramerősség értékeit. Ezen változók bármelyike ​​felhasználható az áramkörben elért teljesítmény kiszámítására. Íme az egyenletek:
Ha van egy áramkörünk, amelynek ellenállása 4 ohm, és 10 voltos feszültséget kapcsolunk rá, akkor 25 watt teljesítményünk van. Ha ezt a feszültséget 20 V-ra növeljük, akkor a rendelkezésre álló teljesítmény 100 watt lesz. Behelyettesíthetjük és átrendezhetjük a fenti egyenletekben szereplő változókat, hogy kitaláljunk bármilyen más változót – ez egyszerű algebra.

Teljesítmény mérése

Ha egy technikusnak van egy erősítője a próbapadon, és meg akarja mérni a teljesítményt, a technikus általában egy nagy teljesítményű terhelési ellenállásra csatlakoztatja az erősítőt, majd megméri az erősítő kimenetét, amikor a jel elérte az 1%-os torzítási szintet. . A mért érték feszültség. Leggyakrabban feltételezzük, hogy a terhelés nem változó. Tegyük fel, hogy 44 Volt RMS-t mérünk egy erősítőből, és az erősítőt 2 ohmos terhelésre csatlakoztatjuk. Ez 968 wattot jelent. Nagyon egyszerű és nagyon megismételhető – de a való világban nem működik. Nézzük meg, miért.

Ellenállás versus reaktancia

Ez egy kicsit technikai lesz. Az audiojelek váltakozó áramú (AC) jelek. AC jelek szükségesek ahhoz, hogy a hangszórókúp oda-vissza mozogjon a nyugalmi helyzetéből, de ezek sokkal bonyolultabbá teszik a teljesítmény mérését. A vezetők és a terhelések váltóáramú jelekre adott reakciója eltér az egyenáramú (DC) jelektől.

Mivel az AC jelek irányt változtatnak, az általuk létrehozott mágneses mezők polaritása is irányt változtat. A mágneses mezők polaritásának megváltoztatása pusztítást okoz az áram áramlásának viselkedésében. Ha az áram folyik, és mágneses teret hoz létre, nem szeret megállni. Képzeljünk el egy egyenfeszültséget – az összes elektron állandóan ugyanabba az irányba mozog. Boldogok és nincs panaszuk. Ha azonban AC jelekről van szó, az elektronok áramlásának irányt kell változtatnia. 20 k Hz-es jelnél az irányváltás másodpercenként 20 000-szer történik. Az elektronok lusták – szeretik folytatni azt, amit csináltak. Emiatt ellenzik az irányváltást.

Az induktor valójában nem más, mint egy huzaltekercs. Látunk induktorokat a passzív keresztező hálózatokban és a D osztályú erősítők szűrő fokozatait. Amikor az elektronok az induktoron keresztül áramlanak, erős mágneses teret hoznak létre. Amikor elveszi a feszültségforrást, az elektronok megpróbálnak tovább áramolni. Valójában, ha látott olyan relét, amelyhez egy dióda van csatlakoztatva, akkor ez a dióda azért van, hogy az elektronáramot valahova továbbítsa, nem pedig vissza abba az áramkörbe, amely a relé működését vezérelte.

Amikor váltakozó áramú jelet adunk egy induktorhoz, minél nagyobb a frekvencia, annál nehezebb az induktor irányát megváltoztatni. elektronok áramlása. A váltakozó árammal szembeni ellenállást induktív reaktanciának nevezzük. Tekintsd ellenállásnak, de csak az AC jelekre vonatkozik. Az induktorok ellenzik az áramáramlás változását. Ha lekapcsoljuk a váltakozó áramforrásunkat, és multiméterrel megmérjük egy induktor egyenáramú ellenállását, akkor a képernyőn látható szám az ellenállás. Az induktor reaktanciájának méréséhez szükségünk van egy olyan eszközre, amely váltóáramú jelet tud adni, és meg tudja mérni az induktor effektív feszültségesését.

Az induktív reaktancia kiszámításának képlete Xl =2 x pi x F x L, ahol F az alkalmazott váltakozó áramú jel frekvenciája, L az induktivitás henries-ben mért induktivitása, Xl pedig az induktív reaktancia ohmban. Látható, hogy az induktivitás a frekvenciával növekszik, amint azt korábban említettük.

A hangszóró hangtekercse induktorként működik.

Áram és feszültség

További rossz hírünk van számodra. Mivel az induktor ellenzi az áramáramlás változását, időzítési hiba lép fel. Minek az időzítése, kérdezed? Az induktív váltóáram feszültsége és az induktorban folyó áram AC értéke közötti relatív idő. Egy tökéletes tekercsben (egyenáram-ellenállás nélkül) az induktoron áthaladó áram 90 fokkal vagy az áthaladó jel frekvenciájának ¼-ával lemarad az induktivitás feszültségétől.

Hagyja, hogy ez elmerüljön egy pillanatra, majd gondoljon vissza a teljesítményegyenleteinkre. A teljesítmény a feszültség szorzata az áramerősséggel. De mi van akkor, ha az áramcsúcs nem a feszültségcsúccsal egy időben történik? Nem tudjuk egyszerűen összeszorozni a két számot, hogy megkapjuk az áramkör teljesítményét. Ami még rosszabb, az az idő, ameddig az áram lemarad a feszültségtől, az induktor és egyenáramú ellenállásától függ. az induktív reaktancia – a legtöbb autós hangszóró esetében az egyenáramú ellenállás általában 2 és 8 ohm között van. Az induktivitás a jó minőségű magassugárzóknál 0,04 mH-tól a nagy mélynyomónál több mint 5 mH-ig terjed.

Van még egy kihívás:az induktivitás a hangszóró meghajtási szintjétől és a hangszórókúp helyzetétől függően változik.

Biztosak vagyunk benne, hogy egyetért – mindez nagyon bonyolult, de még ne add fel.

Hogyan mérjük meg a valós teljesítményt egy váltakozó áramú áramkörben? Van néhány módszer. A pillanatnyi áramot és feszültséget nagyon nagy mintavételezési sebességgel tudjuk mérni és összeszorozni. A mintavételezési gyakoriságnak az általunk mért frekvencia 20-30-szorosának kell lennie, hogy ésszerűen pontos legyen. Hagyományos mérőkkel is mérhetjük az áramkörben lévő áram és feszültség mértékét, majd Phase Angle Meter segítségével megkereshetjük a kettő közötti relatív kapcsolatot. Szinte egyikünknek sincs külön fázisszögmérője a szerszámosládában. Amit nem tudunk meg kell szorozni a feszültséget és az áramerősséget szorozni egymással.

Azok az SPL-srácok és wattok

Ha ezt olvassa, akkor valószínűleg bizonyos gyakorisággal barangol az interneten. Kétségtelenül láthatta már, hogy az SPL-rajongók megpróbálják megmérni az erősítők által termelt teljesítményt úgy, hogy „befogják”. Csatlakoztatnak egy árambilincset az erősítőből kilépő hangszóróvezetékek egyikéhez, és egy voltmérőt helyeznek az erősítő kapcsaira.

Ez három problémát okoz:

1. A voltmérőt a hangszóró csatlakozóihoz kell csatlakoztatniuk. A nagy áramerősség miatt a hangszóróvezeték ellenállása mérhető mennyiségű energiát veszíthet el.
2. A voltmérő és az árambilincs esetén nem ismerjük a fáziskapcsolatot a hangtekercseken átfolyó áram és a hangtekercsen áthaladó feszültség között.
3. Ezeket a teszteket általában rendkívül nagy teljesítmény mellett végzik. A hatalmas mennyiségű energia gyorsan felmelegíti a hangtekercseket. Ez a hő gyorsan növeli az ellenállásukat is. Ez az ellenállás növekedése a hangszórón átfolyó áram csökkenését okozza. Ha a csatlakoztatott árambilincs „csúcstartás” módban van, akkor a hangtekercsen átfolyó kezdeti áram csúcsértékét tárolja. Az áramerősség csökkenése csökkenti az erősítő tápegységének terhelését, és lehetővé teszi több feszültség előállítását. Az áramerősség csökkenésével az erősítőből kilépő feszültség növekedhet, ami téves leolvasást ad a voltmérőnek csúcstartó üzemmódban. Ez a melegedés és az ellenállás növekedése pillanatok alatt megtörténik.

Ha úgy gondolja, hogy a watt definíciója bonyolult, akkor a meddő terhelésben a teljesítmény kiszámításának elmagyarázása túlzásba viszi Önt, ezért nem magyarázzuk el az egészet. Ez a téma a váltakozó áramról szóló főiskolai vagy egyetemi kurzusokhoz mentve. Amit fogunk megoldást kínál bonyolult teljesítménymérések elvégzésére.

A valóság az, hogy amikor hangszóróhoz csatlakoztatott erősítő teljesítményét kell mérni, nagyon nehéz pontos eredményeket elérni. . Néhány cég autóaudio teljesítménymérőket gyárt. A legnépszerűbb egység a D’Amore Engineering AMM-1. Az AMM-1 egy kézi mérő, amely egyszerre méri az áramot és a feszültséget, és kiszámítja a köztük lévő fázisszöget, hogy pontos teljesítménymérést biztosítson. Az AMM-1 megmutatja, mekkora valós teljesítményt produkál az erősítő. (Kérlek, ne sírj, ha kevesebb, mint gondoltad.)

Az AMM-1 feszültségerősítőket is tud mutatni. A voltampereket úgy számítják ki, hogy az áramot megszorozzák a feszültséggel. A terhelés fázisszögét egy másik képernyőn is láthatja. Ha komolyan gondolja a teljesítmény mérését, amikor egy erősítő reaktív terhelést hajt meg, mint egy hangszóró, akkor erre az eszközre van szüksége.

Amit tudnod kell

When you are shopping for an amplifier, the numbers you usually see quoted are measured into resistive loads. Most amplifiers have no problem with driving reactive loads, so you can trust the published numbers, as long as the distortion specification is clearly defined.

The CEA-2006A (now called CTA-2006A) specification for power measurement defines the maximum signal distortion during measurement as being 1%, and no more than 14.4 volts can be supplying the amp. Comparing power specs using this standard has leveled the playing field in the car audio industry.

We will look at some other very important amplifier specifications in another article. These other specifications may, in fact, be more important to choosing the right amp for your system than how much power the amp makes. Until then, drop into your local car audio specialist retailer to find out about the latest amplifiers available for your system. There are some amazing new amps on the market with a lot of cool features.

Happy listening!