Nous sommes habitués au fait que l'amplificateur dont la puissance de sortie est plus élevée dans les mêmes conditions (même charge et distorsion comparable) joue généralement plus fort. Alors pourquoi cette règle échoue-t-elle avec les amplificateurs pour casque? Comment les comparer?
Pour commencer, nous rappelons que la puissance est le produit de la tension et du courant, et le courant dépend de l'amplitude de la tension et de la charge nominale.
W = U * I
I = U / R
Nous ne pouvons pas augmenter la puissance en ajoutant uniquement du courant sans changer la tension. En d'autres termes, avec le contrôle du volume, nous ne contrôlons que la tension à la sortie de l'amplificateur, et le courant sera consommé en fonction de la résistance de charge (haut-parleurs ou casque). Nous augmenterons la tension - la consommation de courant augmentera également automatiquement.
Tout amplificateur a des caractéristiques extrêmes qui peuvent être exprimées comme le niveau maximum de courant et de tension pour des critères de qualité donnés. Si nous réglons le niveau de sortie auquel le signal amplifié dépasse la valeur limite de tension, alors les «sommets» de l'onde seront coupés.
Exemple de forme d'onde IHiFi-100, limitation asymétriqueCe type de distorsion est souvent appelé «écrêtage» ou «surcharge». Mais il peut y avoir une situation où la tension maximale n'est pas dépassée, mais la consommation de courant à la charge (haut-parleurs ou casque) est supérieure à ce que l'amplificateur peut donner. En conséquence, nous obtenons une distorsion sonore similaire.
Limite de courant Audiolab M-DAC à faible résistance. La limitation sur la partie supérieure de l'onde est «douce» et sur la partie inférieure «dure».Puisque la puissance est le produit du courant et de la tension, à puissance de sortie égale, le courant et la tension sont inversement proportionnels.
U = W / I, I = W / U
Avec une sensibilité égale à la puissance des haut-parleurs (ou des écouteurs), mais avec des impédances différentes, pour assurer une pression acoustique égale à la sortie, la même puissance, mais des rapports différents de courant et de tension, est requis.
Presque toutes les enceintes avec des émetteurs de type dynamique sont à faible impédance - 4 ou 8 ohms. Pour une telle charge de l'amplificateur, la valeur du courant de sortie est principalement importante, car la tension requise est relativement faible.
Comment le potentiel de l'amplificateur est-il généralement déterminé? Celui qui a un transformateur plus lourd et plus de capacité de condensateur dans l'alimentation est mieux. Bien qu'il s'agisse d'un indicateur indirect, il est souvent assez précis.
Le signal musical n'est pas un pur sinus à long terme, il est énergétiquement 9-15 dB «plus silencieux» en raison de l'amplitude inégale dans le temps. Si, par exemple, nous avons mesuré une puissance de 10 W (4 Ohms, 6,3 Vrms, 1,5 A), la valeur réelle moyenne consommée sera de 3,5 W (à une densité d'énergie inférieure de 9 dB). Ainsi, si nous augmentons le volume de 9 dB, la valeur de la tension sur le signal musical sera de 10 watts réels.
Forme d'onde pour signal sinusoïdal et musicalL'image montre les zones ombrées pour le sinus et le signal musical. Le rapport des zones est le même que le rapport du courant consommé avec une amplitude égale en tension.
S'il n'y a pas assez de capacité dans l'alimentation, alors à des moments de forte puissance à court terme, nous recevrons des distorsions du son par écrêtage par le courant. Mais, avec une capacité suffisante dans l'alimentation, l'amplificateur recevra la puissance nécessaire. C'est pour cette raison que l'on accorde souvent une attention particulière à la capacité des condensateurs. Un amplificateur à condensateurs capacitifs sera en fait plus puissant, bien que dans le test sur les sinus de puissance (à long terme), il sera égal à un amplificateur avec une capacité de condensateur inférieure dans l'alimentation.
Un autre point, plus important, si les amplificateurs ont la même limite de tension, par exemple 5 Vrms, alors à un sinus avec une charge de 4 Ohms, il y aura une consommation de courant de 1,25 A, et pour un musical à une densité de 9 dB inférieure - 0,4 A. Supposons deux amplificateurs pour une puissance déclarée de 4 ohms à 6 W (5 Vrms, 1,2 A) et 4 W (5 Vrms, 0,8 A). Comme vous pouvez le voir, le premier amplificateur a une puissance sinusoïdale plus élevée, mais les amplificateurs joueront au même volume sur le signal musical, car leur tension maximale est la même. L'écrêtage par manque de courant ne le sera pas, car les deux amplificateurs sont capables de fournir plus de 0,4 A pour 4 ohms. La marge de puissance du premier amplificateur est simplement redondante (c'est ainsi que les affirmations semblent indiquer que les caractéristiques se trouvent et que vous ne pouvez pas vous en remettre).
La différence entre le signal sinusoïdal et le signal musical est si évidente que dans toutes les normes, d'une manière ou d'une autre, il existe des recommandations pour prendre des mesures ou indiquer les données finales sur des signaux proches du signal musical. Mais aucune de ces recommandations n'a pris racine. La principale raison suggérée est que pour la plupart des amplificateurs, la marge de tension est beaucoup plus élevée que la marge de courant pour une charge à faible impédance.
Par exemple, si un amplificateur sans charge peut fournir 12 Vrms, mais sous une charge avec un courant de 0,6 A, nous obtenons déjà un écrêtage à 2,4 Vrms à 4 ohms sur le sinus et à 6,7 Vrms sur le signal musical. Nous n'atteindrons tout simplement pas la limite de tension.
Le consommateur a une question simple, ce qui joue le plus fort, et le classement de puissance dans la plupart des cas donne la bonne réponse, car en termes de tension et de courant, seul le courant sera le facteur limitant. Si nous recalculons la puissance en «courant + tension», nous ferons alors des calculs inutiles et la réponse sera la même.
De plus, en comparant les valeurs de puissance, de tension et de courant, nous n'obtenons pas la réponse «combien plus fort», car une telle réponse n'est contenue qu'en unités exprimées en décibels. Par exemple, en termes de puissance, trois amplificateurs seront disposés comme suit: 10 W, 20 W et 30 W. Mais en termes de volume, un amplificateur d'une puissance de 20 W sera-t-il au milieu? En unités exprimées en dB, la puissance ressemblera à: 10 dBW, 13 dBW et 14,7 dBW. Des rapports comme -3 / 0 / 1,7 dB. Ainsi, un amplificateur d'une puissance de 20 watts sera beaucoup plus proche d'un amplificateur de 30 watts.
Peut-être que si le développement des ordinateurs s'était produit plus tôt et que les auteurs de magazines et de lecteurs brillants pouvaient compter les logarithmes, nous ne verrions pas des valeurs abstraites de la puissance des amplificateurs, mais des valeurs spécifiques de la pression acoustique à la sortie de haut-parleurs et amplificateurs spécifiques. Mais hélas, c'était trop compliqué, même si cela donnerait une réponse plus précise.
Mais revenons à l'essentiel - simplifier le classement des amplificateurs en termes de volume par puissance n'a pas conduit à des contradictions (en particulier pour les amplificateurs économiques), car Le facteur limitant était principalement actuel. Mais avec les amplificateurs pour casque, le problème s'est posé en pleine croissance.
Les impédances de casque courantes vont de 16 à 300 ohms. Pour les casques basse impédance, le courant est le paramètre limitant et pour la haute impédance - la tension. De plus, pour les casques basse impédance, il y aura une marge d'au moins 9-15 dB en courant.
Si l'amplificateur pour les haut-parleurs de charge typiques n'avait que deux, 4 et 8 ohms (et par conséquent deux valeurs de niveau de puissance), alors pour un amplificateur pour casque, ces impédances typiques sont de l'ordre de 8: 8, 16, 24, 32, 60, 100, 200, 300 et 600 ohms. Dans le meilleur des cas, les fabricants indiquent une valeur de puissance pour deux valeurs nominales.
Les utilisateurs inexpérimentés ne remarquent pas toujours que différents amplificateurs ont des puissances différentes et il n'est pas possible de comparer 0,5 W à 32 Ohm et 0,3 W à 300 Ohm.
Si vous créez un graphique de la tension de sortie de l'amplificateur, il prendra cette forme.
Sur l'axe horizontal - résistance à la charge (haut-parleurs ou casque). Vertical, tension, à gauche en Vrms (familier à beaucoup), et à droite en dBV. dBV est la valeur de tension en décibels, où 1 Vrms est pris pour 0 dB. Dans ces unités, la tension des équipements professionnels est depuis longtemps indiquée, car Les niveaux sont ajustés en dB. Dans notre cas, cela est pratique en raison de la comparaison directe du volume immédiatement en dB.
La ligne pointillée bleue est la limite de tension. Dans l'exemple, c'est 0 dBV ou 1 Vrms. Par souci d'exemple, l'impédance de sortie de l'amplificateur est de 0 Ohms et cette ligne est strictement horizontale.
La ligne rouge est la valeur de tension à un courant de sortie de 10 mA (selon la formule U = I * R).
La ligne noire est le résultat de limites de courant et de tension. Si les valeurs de tension sont converties en puissance, nous obtenons 1,6 mW (à -16 dBV) pour 16 Ohms et 3,3 mW (0 dBV) pour 300 Ohms.
Les rapports de puissance donnent une différence de 3 dB (10 * Log10 (W1 / W2) = 10 * Log10 (3,3 / 1,6) = 3 dB). Prenons l'exemple avec un casque avec une sensibilité de 100 dB / mW lorsqu'il est évalué selon le graphique de tension:
Si nous avons un casque avec une sensibilité de 118 dB / V SPL (100 dB / mW) à 16 Ohms, alors pour eux la pression acoustique maximale sera égale à -16 dBV + 118 dB / V SPL = 102 dB SPL. Pour les écouteurs avec une sensibilité de 105 dB / V SPL (100 dB / mW) à 300 Ohms, la pression acoustique sera égale à 0 dBV + 105 dB / V SPL = 105 dB SPL. La différence de volume entre les écouteurs connectés à cet amplificateur sera égale à 105 dB SPL - 102 dB SPL = 3 dB, où le modèle à haute impédance jouera plus fort.
Mathématiquement, tout cela est bon pour le sinus. Mais pour un signal musical, le calcul sera déjà différent.
Comme la densité d'énergie du signal est inférieure d'au moins 9 dB, la limite de courant sera le long de la ligne pointillée verte, qui est supérieure de 9 dB, respectivement.
Les rapports de tension seront déjà différents.
Pour 16 ohms:
- Pour le sinus, nous aurons une valeur de -16 dBV.
- Pour un signal musical, la valeur sera déjà supérieure de 9 dB, égale à -7 dBV, et la puissance «musicale» ne devrait déjà pas être de 1,6 mW, mais de 12 mW!
- Si vous oubliez la qualité (si le niveau actuel est dépassé, nous obtenons des distorsions) ou si la densité d'énergie du signal est encore plus faible, alors la valeur peut atteindre 0 dBV.
Pour 300 Ohms, rien ne changera, car il n'y a qu'une limite de tension. Pour l'exemple ci-dessus, pour un signal musical, un casque avec une sensibilité de 118 dB / V à 16 Ohms donnera une pression acoustique de -7 dBV + 118 dB / V SPL = 111 dB SPL. Et la différence entre les modèles à faible résistance et à haute résistance deviendra 111 dB SPL - 105 dB SPL = 6 dB, où le modèle à faible résistance sera déjà plus fort.
Et si vous tournez le bouton de volume au maximum et ne faites pas attention à la qualité (cliquetis de l'écrêtage), la différence entre les écouteurs sera de 13 dB en faveur du modèle à faible impédance.
Si nous regardons les amplitudes, la marge de courant est inférieure à 9 dB, puis, en conséquence, le niveau de tension maximum restera à 0 dBV. Dans l'exemple ci-dessus, le gain réel était de 6 dB.
Que se passe-t-il si nous comparons des amplificateurs avec la même puissance de sortie?Ajoutez un deuxième amplificateur avec la puissance déclarée de 3 mW à 32 Ohms et 3,3 mW à 300 Ohms. Notre premier amplificateur dans l'exemple a exactement la même puissance à 32 et 300 ohms.
Le deuxième amplificateur a une tension maximale de 2,3 dBV (1,3 Veff), une impédance de sortie de 100 Ohms et un courant de sortie de 100 mA. En raison d'une résistance non nulle, la limite de tension n'est pas une ligne horizontale droite, mais une courbe avec une diminution de la tension vers la région de faible impédance.
Comme vous pouvez le voir sur le graphique, la ligne magenta coupe la ligne noire à 32 et 300 Ohms. La marge actuelle est si grande (ligne pointillée magenta) qu'elle n'affecte pas les valeurs maximales.
Le graphique ci-dessus montre que pour le premier amplificateur pour 32 ohms, il y a une marge de 9 dB, car cela permet une valeur de tension maximale. Pour un deuxième amplificateur à grande marge de courant, la tension maximale ne permet pas d'obtenir une puissance «musicale» supérieure à celle obtenue pour le sinus.
Ainsi, formellement, les amplificateurs ont la même puissance, mais en pratique, le premier amplificateur casque 32 ohms donnera un volume de 9 dB supérieur avec la même qualité.
Quelles conclusions globales peut-on en tirer? Comparer les amplificateurs simplement par la puissance est incorrect, malgré le fait que cela soit habituel et plus ou moins adéquat pour les amplificateurs AC.
L'élaboration de rapports dans le RAA a toujours visé non pas le nombre maximal de graphiques, mais la possibilité de comparer les produits. Et lorsque l'on compare, obtenir des réponses pratiques, pas des réponses abstraites.
Le fonctionnement de la sensibilité à la puissance et du graphique de puissance était moins pratique pour une comparaison rapide que, par exemple, la comparaison de la sensibilité à la tension et, par conséquent, les graphiques de tension.
Cependant, le graphique de tension tracé par le sinus n'était pas suffisamment précis pour comparer le volume entre les amplificateurs. À la suite du travail, une vue améliorée du graphique de tension a été ajoutée à la puissance «musicale». Ce graphique a été ajouté aux rapports et à divers services et comparaisons en ligne.
Comparaison des graphiques des caractéristiques de puissance des amplificateurs et détermination du niveau de tension requis pour les écouteurs à partir de l'amplificateur
LienDans ce service, vous pouvez comparer des amplificateurs en volume et dans le cadre de certaines classes de qualité. Si vous choisissez une classe A équivalente, ce sera une comparaison dans la qualité présumée maximale des amplificateurs. Et si vous sélectionnez «Aucune limite de courant» - il y aura simplement une comparaison de volume sans égard à la qualité.
Par défaut, la densité d'énergie du signal est réglée à 12 dB en dessous de la densité sinusoïdale. En règle générale, la densité d'un signal musical diffère de 9 à 15 dB. Si vous le souhaitez, vous pouvez définir une densité différente. Si vous sélectionnez 3 dB et affichez «Point On», vous obtiendrez un graphique construit par le sinus avec les valeurs d'origine.
Pour analyser les niveaux à une charge spécifique, vous pouvez définir la résistance du casque et le tableau supplémentaire contiendra les valeurs souhaitées en dBV.
Il existe d'autres algorithmes intéressants et utiles dans ce service, mais ils dépassent le cadre de cette rubrique.
Comparaison de la partie amplificateur en volume
Lien
Il s'agit d'une version simplifiée sous la forme d'un tableau où vous pouvez définir deux options de résistance et regarder les amplitudes en dB. De même, vous pouvez choisir une classe de qualité équivalente. En outre, les valeurs de puissance pour le sinus sont données. Lors du tri, vous pouvez voir que les valeurs de puissance peuvent différer considérablement aux mêmes valeurs de tension en raison de la densité d'énergie du signal.
Amplifier Baseline Calculator
Sans aucun doute, beaucoup auront involontairement une question, mais qu'en est-il de la comparaison des appareils qui n'ont pas été mesurés dans le RAA? Comment calculer la tension et le courant? Comment construire un planning?
Pour ce faire, une calculatrice distincte est préparée, dans laquelle il sera possible d'entrer des données connues sur l'appareil et d'obtenir les valeurs finales à la sortie.
La calculatrice n'est pas simple, car parfois les données des fabricants sont incomplètes et il est nécessaire de calculer la plage probable des valeurs possibles. Par exemple, un fabricant peut indiquer la puissance pour une seule charge et le niveau de tension maximum sans charge. Sans impédance de sortie, il peut y avoir plusieurs options de graphique. Différentes combinaisons de ces données sont en cours d'élaboration.
Résumé
Pour comparer la partie amplificateur en termes de volume, la densité d'énergie du signal musical et séparément les restrictions de courant et de tension doivent être prises en compte.