Какая мощность должна быть в аудио? Рассказываем просто о сложном

При выборе аудио часто можно встретить характеристику под названием «‎мощность», которая обозначается на задней панели акустической системы или усилителя в ваттах. В нашем полном гайде по выбору домашней аудиосистемы мы неоднократно обращались к этому показателю. Однако порой возникают «сюрпризы‎», которые вводят понимающего человека в ступор: например, на колонке сомнительного происхождения может стоять число с тремя нулями, хотя на добротном усилителе мощность может быть всего 20 или 30 ватт. В чём же кроется подвох, и какие существуют стандарты? Dr. Head поможет вам разобраться в «‎подводных камнях» мощности. Начнём!

Что такое мощность?

Если спросить людей, что они понимают под мощностью, то ответ, скорее всего, будет следующим: «Это уровень громкости, который может выдать акустика или усилитель». Здесь и скрыта главная ошибка: уровень громкости и мощность являются разными значениями. Если громкость измеряется в дБ (децибелах), то мощность — в Вт (ваттах). Физическое определение мощности как работы, проведенной за единицу времени, для нашей темы не исчерпывающее, так оно ничего не объясняет. Грамотнее сказать, что мощность — это то количество энергии, которое было преобразовано в необходимый для нас звук. По закону сохранения энергии она, эта самая энергия, никуда не исчезает, её большая часть уходит в бесполезное и даже вредное для аппаратуры тепло, а вторая часть — в полезную электрическую энергию, питающую наш усилитель или колонки. Далее переменный ток в акустике переходит в механические звуковые колебания — именно их мы и слышим! Отметим, что КПД (коэффициент полезного действия) у акустических систем в случае звука — это отношение произведенной звуковой мощности к полученному количеству тока. Как правило, КПД невысок (0,5% уже считается выдающимся результатом). Только представьте: больше 90% уходит в тепло! Такое ощущение, что перед нами утюг. И лишь на полезные пару процентов приходится всё богатство звука, которое мы слышим через свою аудиосистему.

Отметим, что разница между мощностью усилителя и мощностью колонок состоит в том, что первый её, можно сказать, «‎производит», а второй «‎потребляет», причем с очень малым КПД.

Из чего состоит громкость?

Выше мы уже писали о том, что высокая мощность сама по себе не определяет высокую громкость. О чём же идёт речь, когда мы упоминаем «‎громкость звука»? Если углубиться в определение, то это «‎субъективная характеристика, которая определяется интенсивностью звука, пропорциональной квадрату амплитуды (A) звукового давления (SPL), и восприимчивостью органа слуха, зависящей от частоты звука». Мощность непосредственно влияет на уровень звукового давления. Громкость звука определяется множеством факторов, в их числе мощность усилителя, чувствительность акустической системы и сопротивление аудиокомпонентов.

Какие существуют общепринятые стандарты мощности?

RMS (Rated Maximum Sinusoidal power) — это максимальная синусоидальная мощность, имеющаяся в аудиокомпоненте. Её измеряют следующим образом: на аппаратуру подают синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и ждут возникновения определенного уровня нелинейных искажений. Например, в паспорте модели могут написать «50 Вт (RMS)» — это значит, что на акустическую систему можно подать 50 Вт мощности, что для нее (системы) будет ‎комфортным режимом работы без риска повреждения динамиков. Данный показатель также часто называют номинальным.

Здесь и возникает каверзный вопрос: почему на некоторых пользовательских девайсах (не Hi-Fi) пишут очень крупные значения мощности, например, 10 000 Вт? Ответ прост: маркетологи хотят представить товар с лучшей стороны, поэтому и пишут значения при очень высоких нелинейных искажениях. Предупредим вас, что слушать девайс в таком режиме попросту невозможно, так как у вас возникнет ощущение, что всё работает на пределе, со скрежетом и сильнейшей перегрузкой.

PMPO (Peak Music Power Output) — пиковая музыкальная мощность, которая измеряется с помощью подачи на колонки кратковременного синусоидального сигнала с частотой ниже 250 Гц — в этих экстремальных условиях уровень гармонических искажений не учитывается, так как он бы «‎завалил все стрелки на максимум». Можно встретить на колонках, например, обозначение: PMPO 700 Вт — это значит, что на акустику меньше чем на секунду подали сигнал с мощностью в 700 Вт, после чего она осталась в строю и не «выплюнула» диффузоры. Такие космические показатели часто называют «‎китайскими ваттами», которые мало что говорят о реальных возможностях аудио. Достаточно представить себе маленькие колоночки для компьютера, которые от сети потребляют 10 ватт/ ампер, а в показателе PMPO выдают сумасшедшие 2 000 ватт. Подумайте, сколько нужно тока, чтобы получить подобное число в измерении RMS? В сотни раз больше, чем могут «переварить» компьютерные динамики!

Советские ГОСТы в рамках этого материала мы рассматривать не будем, так как в мире они не котируются.

Вывод: следует обращать основное внимание на значение мощности RMS, так как именно оно даст необходимую информацию для пользователя. Ещё раз напоминаем, что мощность и громкость — это разные понятия. Громкость определяется уровнем звукового давления и измеряется в дБ.

Как подобрать мощность аудиокомпонентов?

Поговорим о соотношении уровней мощности усилителя и акустической системы.

• Чаще всего производители пишут рекомендуемую мощность, которую они советуют подводить к своим аудиокомпонентам с учетом чувствительности и сопротивления.

• Усилитель должен быть мощнее, чем акустика, но не намного. Тогда вам хватит громкости, и вы получите максимально качественное звучание. Однако всегда есть риск сжечь колонки. Всё просто: динамики не смогут рассеять и поглотить ту энергию, которую на них подает усилитель (мы же помним, что пассивная акустика только поглощает мощность, а не генерирует её). Произойдет перегрев катушки, и динамик выйдет из строя, а в худшем случае можно лишиться подвесы с диффузором. Такие грустные сценарии будут разыгрываться в том случае, если вы выкрутите ручку громкости слишком сильно.

• Другой крайностью является сильный перекос в сторону мощности акустики перед усилителем. Слабый усилитель не сможет «‎раскачать» мощные колонки, так как ему банально не хватит тока. Однако стоит обращать внимание на чувствительность акустической системы. Подобный дисбаланс мощности чреват для усилителя, так как есть вероятность повредить его выходной каскад. Также возможна «‎жарка» колонок постоянным током со стороны усилителя, если ему придётся работать на своем максимальном ресурсе.

Итак, мы постарались кратко рассказать о таком сложном понятии как мощность, и помочь разобаться, в чём заключается ее отличие от громкости, а также представили несколько правил по сопоставлению мощностей компонентов. Надеемся, что эти страшные и непонятные числа после нашей статьи перестали быть таковыми. В любом случае, всегда ждем вас в нашем магазине, где консультанты с радостью ответят на любой интересующий вас вопрос.

Мы подобрали для вас оптимально сбалансированные комплекты Hi-Fi:

Все статьи, обзоры, обсуждения и мнения — в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь и присоединяйтесь к обсуждениям в чате!

Звуковое давление и звуковая мощность

Что такое звуковое давление

Звуковые волны стоит понимать как колебания давления, которые распространяются в пространстве. Ухо человека способно распознавать это явление как звук. Единицей измерения такого давления является паскаль (Па).

Наименьшим звуковым давлением, которое может распознать орган слуха человека, является 5 Па. Эта граница принята за нижний порог слышимости. А вот верхним порогом принята отметка в 20 Па. Звук именно такой силы может быть воспринят человеком без болевого синдрома. Данная шкала не очень удобна, поэтому чаще всего используется шкала с единицей измерения — децибел (дБ). Здесь за 0 дБ принят порог слышимости, а 120 дБ – это уже показатель болевого порога.

Чем дальше человек находится от источника звука, тем меньше показатель звукового давления. Оказывает существенное влияние на данный показатель и характеристика помещения, способность стен отражать звук, расположение самого источника в пространстве и др. Осуществляя контроль производственных факторов мы позволяем обеспечить безопасность работающих.

Как измеряют уровень звукового давления

Для того, чтобы измерить уровень звукового давления, определяются контрольные точки. Чаще всего на предприятиях ими являются рабочие места сотрудников, а также те зоны, где пребывают работающие дольше всего. Измерение должно происходить на высоте 1,5 м от пола. Этот показатель взят для того, чтобы получить наиболее достоверные результаты.

Если измерение происходит в помещении, важно сделать два замера: один из них в зоне прямого звука, второй — в зоне отраженного звука. Если помещение имеет несколько источников шума тогда стоит проводить измерения в местах расположения самого интенсивного из них.

Определение понятия звуковая мощность

Звуковая мощность – это количество энергии, которая появляется из источника звука и передается за заданную единицу времени, измеряется в ваттах (Вт).

Если звуковое давление может быть измерено, то данная единица непосредственно не измеряется. Она может лишь вычисляться по формуле через полученные показатели звукового давления. Применяется специальная логарифмическая шкала мощности звука, которая аналогична шкале звукового давления.

Звуковая мощность – это понятие, которое никак не связано с местом расположения источника звука. На нее никак не влияют акустические характеристики помещения, а также понятие расстояния. Энергия из источника звука выходит вне зависимости от условий окружающей среды.

Показания звуковой мощности источника можно рассчитать на основании полученных результатов по измерению уровня шума в заданных точках. Стандартизированные измерения требуют получения данных из десяти точек измерения, произведенных специальным прибором – шумомером.

Влияние звуковой мощности и звукового давления на человека

Такие акустические явления негативно сказываются на организме человека. Наличие шума приводит к снижению внимания, концентрации, увеличению ошибок в процессе работы. Шум провоцирует замедленную реакцию у работника на сигналы, которые поступают от технических устройств. Он может привести к увеличению количества профессиональных заболеваний среди сотрудников, связанных с сердечно-сосудистой системой, с органами пищеварения, неврологией.

Звуковая мощность и звуковое давление

Связь между звуковой мощностью и звуковым давлением

Простая аналогия, помогающая понять взаимосвязь между звуковой мощностью и звуковым давлением, может быть проведена с теплом.

Электрический обогреватель имеет определенную выходную мощность, которую он излучает в комнату, повышая температуру в комнате. Выходная мощность обогревателя не зависит от помещения, в котором находится обогреватель. Однако температура в помещении будет варьироваться в зависимости от нашего расстояния от обогревателя, а также от характеристик помещения, таких как его размер и количество тепла. поглощается или передается через стены и пол помещения.

Зависимость между выходной звуковой мощностью источника звука и уровнями звукового давления в помещении аналогична. Звуковая энергия, излучаемая источником, повысит уровень звукового давления в помещении. Уровень звуковой мощности источника не зависит от помещения, но уровни звукового давления будут зависеть от нашего расстояния от источника и характеристик помещения.

Сюда входит размер комнаты и степень отражения или поглощения звука поверхностями в комнате.

Как и в случае со звуковым давлением, мы обычно выражаем звуковую мощность в децибелах. Иногда это может быть источником путаницы, особенно когда эталонное значение опущено. Эталонное значение для уровней звукового давления составляет 20 мкПа, а эталонное значение для уровней звуковой мощности — 1 пВт.

Эти эталонные значения были выбраны таким образом, чтобы в идеальном свободном поле на расстоянии, где площадь распространения составляет 1 м2, уровень звукового давления и уровень звуковой мощности были равны.

Зачем определять уровни звуковой мощности?

Очень полезно знать уровень звуковой мощности устройства. Это позволяет нам объективно сравнивать звуковой выход различных устройств, не зная среды, в которой они были протестированы, или расстояния, на котором проводились измерения.

Благодаря этому уровни звуковой мощности идеально подходят для маркировки продуктов, указания предельных уровней шума для устройств и проверки соблюдения предельных значений.

Поскольку уровни звуковой мощности не зависят от акустической среды и места измерения, они также позволяют нам рассчитать уровни звукового давления от устройства до конкретных мест в известной акустической среде.

Например, консультант-акустик может использовать уровень звуковой мощности механизма для расчета уровня звукового давления, который он будет создавать в близлежащем жилом доме, если он будет установлен в определенном месте. Затем консультант может определить, будут ли результирующие иммиссии шума в жилом помещении соответствовать соответствующим нормам, или следует разработать меры по смягчению или выбрать другое, более тихое оборудование.

Как измерить звуковую мощность

Мощность звука можно определить по измерениям звукового давления или интенсивности звука.

Существует два метода определения звуковой мощности на основе измерений звукового давления: прямой метод и метод сравнения. Прямой метод чаще всего используется в средах практически со свободным полем, но его также можно использовать в реверберационном звуковом поле. Однако метод сравнения используется только в реверберационных звуковых полях.

В прямом методе определяют воображаемую поверхность, охватывающую испытуемое устройство, и производят измерения звукового давления в нескольких точках на поверхности. Эти измерения уровня звукового давления пространственно усредняются и корректируются с учетом влияния акустической среды (например, фонового шума).

После определения среднего уровня звукового давления на измеряемой поверхности. Уровень звуковой мощности можно рассчитать, просто сделав поправку на отношение площади поверхности к эталонной площади поверхности 1 м2. Здесь уровень звуковой мощности равен уровню звукового давления.

Метод сравнения немного отличается. В этом методе используется эталонный источник звука с известным и стабильным уровнем звуковой мощности. Измерения звукового давления проводят в испытательной комнате как при работающем эталонном источнике звука, так и при работающем испытуемом устройстве. Затем можно рассчитать уровень звуковой мощности тестируемого устройства путем сравнения уровней звукового давления, измеренных для каждого источника звука.

Определение звуковой мощности по измерениям интенсивности звука очень похоже на прямой метод измерения звукового давления. Но поскольку интенсивность звука является усредненной по времени векторной величиной, она гораздо более терпима к фоновым шумам и реверберации, чем измерения на основе звукового давления. Это делает определение звуковой мощности на основе интенсивности звука особенно подходящим для измерений на месте.

Стандарты звуковой мощности

Существует множество стандартов для определения звуковой мощности, учитывающих различные типы источников шума, измеряемых в различных акустических условиях и обеспечивающих различные уровни точности. Детальное обсуждение многих стандартов, используемых в настоящее время, выходит за рамки этой статьи; однако мы можем предоставить обзор.

Сначала мы можем разделить на «базовые стандарты» и «коды испытаний на шум». Основные стандарты определяют методы определения звуковой мощности для всех типов продуктов в различных акустических условиях и с различными уровнями точности. В результате они дают только общие рекомендации по условиям эксплуатации и монтажа тестируемого устройства.

Коды испытаний на шум, с другой стороны, относятся к конкретным типам источников шума и определяют подробные требования к условиям монтажа и эксплуатации, а также определяют, какие основные стандарты следует использовать. Как правило, если для устройства существует код проверки шума, его следует использовать.

Если код проверки шума не существует, можно использовать базовый стандарт. ISO 3740:2019(ru) Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума. Руководство по использованию основных стандартов содержит обзор основных стандартов для определения звуковой мощности. Это можно использовать для выбора подходящего стандарта с учетом условий тестирования и оборудования, характеристик тестируемого устройства и желаемого уровня точности.

СОВЕТЫ ПО ВЫБОРУ ВАШЕГО РЕШЕНИЯ
СВЯЖИТЕСЬ С НАШИМИ ИНЖЕНЕРАМИ ПО ПРОДАЖАМ

Приборы для измерения звуковой мощности

Наиболее подходящие приборы для определения звуковой мощности зависят от выбранного метода и условий испытаний, а также объема испытаний и характеристик источника.

Компания Brüel & Kjær предлагает широкий спектр приборов и программного обеспечения для определения звуковой мощности. Ниже мы перечислили некоторые из наиболее широко применимых вариантов.

Звуковая мощность

Звуковая мощность (Вт)

Звуковая мощность — это уровень энергии или энергия звука в единицу времени ( Дж/с или Вт в единицах СИ) — излучается источником.

При распространении звука через среду передается акустическая мощность звука. Интенсивность звука представляет собой передачу звуковой мощности через поверхность (Вт/м ² ) — векторную величину с направлением через поверхность . Таким образом, звуковая мощность, излучаемая источником, может быть рассчитана путем интегрирования акустической интенсивности по окружающей поверхности.

N = ∫ _S   I·n dS                         (1)

где

N = акустическая мощность, излучаемая источником (Вт)

I = интенсивность звука — мощность звука через поверхность (Вт/м ² ) 0

S = площадь поверхности вокруг источника (м ² )

Для источника, распространяющего звук во всех направлениях — через виртуальную сферическую поверхность — акустическая мощность может быть изменена до

n ​​= 4 π r ² I (1B)

, где

R = радиус в сфере (M)

. Уровень звуковой энергии (DB)

. Относительно звуковая мощность — 10 ^-12 W — в логарифмической шкале «Decibel» AS

L _N = 10 log ₁₀ (N / N _Ref ) 9707070707083 (n / n _Ref ) 70707070707070707070707070707070707. 070707070707070707070707070707070a7070707070707070707мо

= 10 log ₁₀ (n) + 120 (2)

, где

L _N = уровень звуковой энергии (DECIBEL, DB) 1777774970 = уровень звуковой мощности (DECIBEL, DB) 19. = Sound Sound Modage (DECIBEL, DB) 115 9747474747470 = Sound Sound Enow звуковая мощность (Вт)

N _ref = 10 ^-12 — эталонная звуковая мощность (Вт)

• калькулятор децибел от звука, который слышит человеческий слух 0070 10 ^-12 Вт до 10 — 100 Вт , диапазон 10/10 ^-12 = 10 ¹³ .

  Пример — Уровень звуковой мощности

  Уровень звуковой мощности от инструмента составляет 0,0015 Вт . Уровень звуковой мощности можно рассчитать как

  L _N = 10 log ₁₀ ((0,0015 Вт) / (10 ^-12 Вт))

  = 91,8 DB

  = 91,8 DB

  = 91,8 DB 9000

  = 91,8 DB 9000

  . уровень звуковой мощности от машины рассчитан на 100 дБ . Звуковая мощность может быть рассчитана путем преобразования (1) в

  N = 10 ^{((L _N — 120) / 10)}

  -(10 70 5 (10 9074 10 дБ) ) / 10)   

     = 0,01 Вт

  Уровень интенсивности звука (дБ)

  Интенсивность звука также может быть выражена относительно эталонной интенсивности — порога слышимости — 10 – 290970076 W/m ² — in a logarithmic «decibel» scale as

  L _I = 10 log ₁₀ (I / I _ref )         

       =  10 log ₁₀ (i) + 120 (3)

  , где

  L _I = уровень интенсивности звука (Decibel, DB)

  I = Звук). 2 )

  I _Ref = 10 ^-12 — Интенсивность эталона звука (W/M ² )

  Значение уровня интенсивности звука и уровня звукового давления почти одинаково

  4 L _I = L _P — 0,2 (4)

  , где

  L _P = Уровень звукового давления (дБ)

  Пример — интенсивность звука и уровень давления — расстояние от исходного давления0206

  Интенсивность звука — передача звуковой мощности на единицу окружающей поверхности — на расстоянии 1 м от машины 100 дБ в приведенном выше примере можно рассчитать, переставив (1b) в

  I = N / ( 4 π r ² )

     = (0. 01 W) /  ( 4 π (1 m) ² )

     = 0.0008 W/m ²  
  

  The уровень интенсивности звука можно рассчитать с помощью (3) как

  L _I ≈ L _p ≈ 10 log ₁₀ ( 0.0008 W/m ² ) + 120
  

      = 89 dB

  Интенсивность звука на расстоянии 10 м

  I = N / ( 4 π R ² )

  = (0,01 Вт) / ( 4 π (10 м) ² 6666666666666 ( 4 π (10 M) ² 6676 ( 4 π (10 M) ² ( 4. )

  = 0,000008 Вт/м ²
  

  Уровень интенсивности звука может быть рассчитана с (3) как

  L _I ≈ L _P ≈ 0 4 10. 100082 ( ≈ 0 4 10 1082 ( ≈ 07444 10 10. 100082 10831 10. 100083 2 2 2 2 2 2 2 10. 100083 2 ₍ ≈ 0 10 10. 100082 (. 0,000008 Вт/м ² ) + 120
  

  = 69 дБ

  Типичные звуковые мощности

  . Звуковая мощность в Watts и уровне звуковой энергии в Decibels из некоторых общих.0005

  Source	Sound Power — N — (W)	Sound Power Level — L N — (dB) (ref 10 -12 Вт)
  Сатурн Ракета	100 000 000	200
  Turbo Jet Gul Enger двигатель.0502 10 000	160
  Внутренняя ячейка Jet Engine Test Cell .	100	140
  Осевой вентилятор, 100.000 м 3 /ч Пулемет Большая труба орган	10	130
  . 0057 Самолет реактивного самолета от пассажира Lamp Heavy Thunder Sonic Boom Небольшой авиационный двигатель Трактор 150 л.с.	1	120
  Центрифугальный вентилятор, 25.000 M 3 /H 7CELEAR577CEREER57CELERSELERSLEAR57SLEER577CELEAR577CELEAR577CELEAR57SLEER577CELEAR57SLEER577CELER577CELEAR577CELERSER57. Музыка Ревущее радио Цепная пила Деревообрабатывающая мастерская Большой воздушный компрессор Электродвигатель 100 л.с./2600 об/мин	0.1	110
  Пневматическое долото Метрополитен 0057 Магнитный сверлильный станок Утечка газа под высоким давлением Стук стальной пластины Привод Автомобиль на скорости шоссе Обычный вентилятор Вакуумный насос Стук стальной пластины Строгальный станок по дереву Воздушный компрессор Пропеллерный рубанок Подвесной мотор Громкий уличный шум 90 Газонокосилка Пневматическая дрель Вертолет	0,01	100
  Отрезная пила Молотковая мельница Малый воздушный компрессор Измельчитель Тяжелый дизельный автомобиль Heavy city traffic Lawn mover Airplane Cabin at normal flight Kitchen Blender Spinning Machines Subway train Pneumatic Jackhammer	0. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника