Отдельный усилитель мощности в ДК на основе AV-ресивера. Вопрос его необходимости и влияния мощности усилителя на уровень громкости системы.

Недавний случай из практики подтолкнул написать подобный материал. Хотелось бы прямо и косвенно затронуть несколько тем, касающихся усиления в ДК.

А именно - его (усиления) количественных и, главное, качественных параметров. А также зависимости уровня громкости звука от мощности усилителя.

Коснёмся и технических характеристик мощности, указываемых производителями.

Эта тема уже не один десяток раз в том или ином виде изложена на просторах сети. Для кого-то это элементарная физика и основы построения системы и выбора компонентов.  

Но очередного упоминания, как по мне, тема достойна. Тем более есть повод :)

Для начала предыстория.

Недавно один хороший знакомый, по моей давней рекомендации, к AV-ресиверу Yamaha RX-A2060 и комплекту акустики KEF R-серии с сабвуфером SVS SB-3000 приобрёл 5-ти канальный усилитель мощности Rotel RMB-1585.

И, подключив самостоятельно аппарат, задал вопрос:

«Rotel в 2 раза мощнее моей Yamaha, где 2-х кратное (да хотя бы просто явно слышимое) увеличение громкости?»

Попробую ответить, максимально затронув аспекты, упомянутые в начале материала.

Для понимания сути в данном конкретном случае,  приведу параметры системы:

• Схема системы - 5.1.0
• Общая площадь помещения - около 60 квадратных метров
• Источник – мультимедийный проигрыватель Dune HD Max 4K
• Процессинг, усиление – AV-ресивер Yamaha RX-A2060

На данный момент добавлен усилитель мощности Rotel RMB-1585.

Акустические системы:

• Фронт – KEF R5
• Центр - KEF R2с
• Тыл - KEF R3
• Сабвуфер – SVS SB-3000

 

Как видим, в системе реализован полноценный нижний 5-ти канальный слой с 3-х полосной напольной акустикой на фронте, 3-х полосным же центральным каналом и 3-х полосными тыловыми полочными АС  с поддержкой одного сабвуфера в довольно большой площади.  Есть перспективы добавления верхнего слоя Atmos.

Нагрузка на усилительный тракт, как видим, серьезная и может только возрасти.

При этом нужно учитывать, что сопротивление у R-серии падает до 3.2 Ом.

- Начнём с основ и теории. Будут формулы :)

Нас, напомню, интересует мощность, громкость и их влияние друг на друга.

• Итак, мощность.

С этим всё более или менее понятно.

Заглянув в школьный учебник по физике, мы без труда отыщем формулу:

P=U*I, где U – напряжение в вольтах,  а I - сила тока в амперах.

Величина силы тока имеет смысл только в том случае, когда к выходу подключена нагрузка (в нашем случае акустическая система), через которую идет ток.

Сила тока I = U/R, где R - сопротивление нагрузки в омах.

А формула примет окончательный классический вид:

P=U²/R.

Хотелось бы уточнить, что в этом материале речь пойдёт только о выходной мощности усилителя. Понятие «мощность акустической системы» и параметры акустических систем в общем, постараемся обсудить в последующих статьях. Здесь акустика будет упоминаться исключительно как нагрузка на усилительный тракт.

Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Каждый производитель производит замеры по своему усмотрению.

В большинстве случаев производитель старается указывать RMS (Rated Maximum Sinusoidal) - мощность, при которой усилитель или динамик может работать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения.

Поскольку, в общем случае, мощность зависит от нагрузки принято уточнять при какой именно.

Например, RMS 100Вт при 8 Ом.

Учитываем, что начиная с некоторого уровня подаваемого электрического сигнала, звуковые колебания начинают воспроизводиться с искажениями, причем один производитель может указать мощность при искажениях (THD) 1%, а другой – 10%.

Мало того, производитель указывает выходную мощность усилителя при загрузке определенного количества каналов.

Поэтому, изучая технические характеристики аппаратов для усилительного тракта, следует это делать с должным вниманием.

• Теперь о понятии громкости и её зависимости от мощности.

Тут, как раз, и  существует распространённое заблуждение, которое было озвучено в начале:

«Во сколько раз мощнее, во столько раз громче».

Это не так.

Прежде всего, нужно понимать, что громкость звука - понятие субъективное.  

Это - восприятие силы звука, которое, в основном, зависит от звукового давления и частоты звука, а так же от многих и многих параметров, вплоть до физиологических особенностей субъекта, воспринимающего звук. 

Единицей абсолютной шкалы громкости является сон. Громкость в 1 сон -  это громкость непрерывного чистого синусоидального тона частотой 1 кГц, создающего звуковое давление 2 мПа.

Уровень громкости звука - относительная величина.

Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления в 1 дБ, создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук.

На практике представляет интерес не уровень громкости, выраженный в фонах, а величина, показывающая, во сколько данный звук громче другого.

Зависимость громкости от уровня звукового давления  в дБ является сугубо нелинейной кривой, она имеет логарифмический характер.

Допустим, при увеличении уровня звукового давления на 10 дБ громкость звука возрастёт в 2 раза.

Приведу несколько цифр, касающихся изменения уровня громкости (субъективное восприятие нормальным слухом):

1дБ - предел различимости изменения громкости.

3дБ - уверенно различимое изменение.

6дБ - существенное изменение.

10дБ - изменение громкости вдвое.

Сам по себе децибел -  величина безразмерная и тоже, не поверите, относительная.

Она предназначена для измерения отношений «энергетических» величин (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.). 

А отношение двух значений «энергетической величины» (мощности)  Dp в дБ - это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных «энергетических величин» (мощностей) P1 и P2, т.е.:

Dp = 10 x lg (P1/P2)

И это подводит нас к самому интересному, а именно – к сравнению.

Чтобы сравнить отношение мощность – уровень громкости  двух различных источников звука, будем использовать формулу, приведенную выше.

P1 и P2 обозначают выходную мощность двух различных усилителей. 

Важно, чтобы нагрузка у обоих усилителей была одинаковой.

Возьмем  для сравнения усилители с  выходной  мощностью 100 и 200 Вт соответственно в одинаковых условиях и с одинаковой нагрузкой.

P1=100 Вт, P2=200 Вт

P1/P2 = 100/200 = 0.5

lg 0.5 = 0.301

Dp = 10 х 0.301 = 3 дБ

Это так называемое «правило удвоения мощности» или «правило 3-х децибел», показанное на конкретном примере.

При каждом удвоении мощности источника, уровень его звукового давления увеличивается на 3дБ.

Данную зависимость можно представить таблично и графически вот так:

Выводы из теории:

• Зависимость мощности и уровня громкости не линейна. Она имеет логарифмический характер. Мощность, изменённая в 2 раза, дает разницу уровня громкости на 3 дБ, в 4 раза – на 6 дБ и т.д.
• Если подойти с обратной стороны, то чтобы увеличить громкость звука в 2 раза (увеличить уровень громкости на 10 дБ), нам нужно увеличить мощность практически в 10 раз.

- Теперь практика на конкретном примере.

Этих выводов достаточно для ответа на тот самый вопрос «А где громкость?», который был задан в начале материала.

В нашем случае, выходная мощность на канал у Rotel RMB-1585 примерно (есть данные только при разном количестве загруженных каналов) в два раза выше таковой у Yamaha RX-A2060 при одинаковых условиях (сопротивлении нагрузке и уровне искажений).

Это значит, что разница в уровне громкости составит всего около 3 дБ и будет очень несущественна и может быть не слышна.

Будем считать, с этим вопросом разобрались.

Пойдём дальше.

• Что же должен был услышать человек после подключения усилителя мощности, если не существенное увеличение громкости?
• И для чего нужен отдельный усилитель мощности при наличии AV-ресивера? И нужен ли он вообще?

Начнем с принципов  построения качественной системы в целом, и усилительного тракта в частности.

Один из таких принципов - разумное разделение компонентов.

Это не лозунги маркетологов и не моя необузданная жадность продавца (хотя и есть немного и того и другого).

Это – мной лично пройденный путь.

Данный принцип обусловлен несколькими факторами. Первый из них, учитывая тему материала, это:

• Раздельное питание.

Чем лучше организовано питание отдельной части системы, тем качественнее этот компонент работает в системе.

В этой связи показательно будет коснуться  того, что из себя представляет любой современный AV-ресивер.

Это многофункциональный аппарат.

Ресивер домашнего кинотеатра - это «комбайн», отвечающий за коммутацию, цифро-аналоговое преобразование, предварительное и оконечное усиление, работу с различными цифровыми интерфейсами, передача данных по сети и т.д.

Вся эта красота питается от одного блока питания. Мощность этого блока, естественно, ограничена. И большая её часть используется для усиления. А это накладывает определенные ограничения на величину той самой выходной мощности усилителей в нем находящихся.

И, при определенных условиях, а именно при работе максимально возможного количества каналов, сложной нагрузке и пиковых значениях громкости, недостаток мощности выливается в слышимые искажения.

При определенном, высоком уровне громкости возникает дискомфорт не от непосредственно звукового давления, а от искажений по всей полосе частотного диапазона или его части. Звук становится до боли неприятным.

Мы слышим так называемую «кашу» в звуке, жесткость и сибилянты на ВЧ, «размазанные» НЧ.

И в данном случае, повторюсь, виновата не громкость, а недостаток мощности усилителя на этой громкости.

Далее следующий немаловажный фактор:

• Качество деталей и комплектующих.

Как правило, в отдельных, узкоспециализированных компонентах системы, помимо более грамотного питания, используются и более качественные комплектующие. Компоненты плат, ЦАП, АЦП, терминалы и др. Производитель не ограничен местом, ценовой сегмент и требования выше.

И, по крайней мере, ещё один:

• Гибкость в тюнинге и расширении всей системы в целом.

При наличии отдельных компонентов, нам гораздо проще осуществлять развитие, дополнительную комплектацию, замену отдельных частей системы.

Это только некоторые основополагающие факторы принципа разделения.

И совокупность этих факторов довольно существенно влияет на звук в системе в целом.

Об этом говорит и мой личный опыт в построении ДК. Я прошёл путь от средних ресиверов в линейке, предтопов и флагманов до связки процессор-усилитель мощности.

И каждый раз я, в той или иной степени, отмечал рост в качестве.

Последних несколько апгрейдов системы от просто ресивера до связки ресивер-усилитель мощности и, наконец, до связки процессор-усилитель мощности, стали для меня особенно существенными в этом росте.

Теперь вернёмся к нашему конкретному примеру.

В чём причина рекомендаций в дополнительном усилителе мощности при наличии довольно мощного (по меркам AV-ресиверов) Yamaha RX-A2060?

Как вы уже догадались, не для принципиального увеличения уровня громкости системы как такового.

Учитывая практически предельный уровень работы ресивера в такой озвучиваемой площади и при такой нагрузке, цель была другой.

Целью было добиться принципиального роста качества звука во всём частотном диапазоне при том же, относительно высоком, уровне громкости.

А также в обеспечении дополнительного запаса по громкости без потерь в качестве.

Главная цель подобного апгрейда системы - именно качественный рост в звуке.

В сбалансированной системе на любой громкости, в пределах возможностей этой системы, мы получаем комфортный, детальный и живой звук на разном контенте.

Отдав оконечное усиление Rotel RMB-1585 и, оставив Yamaha RX-A2060 только предварительное, мы довольно сильно разгрузим питание Yamaha, добившись этим поставленной цели.

Это и является ответами на вопросы о необходимости и эффективности отдельного усилителя мощности в данном конкретном случае.

Если в приоритете качество -  ответ однозначно да. И необходимость и эффективность есть.

Мало того, такой ответ я бы дал по большинству систем в разных условиях, если не ставить во главу вопросы финансов и субъективные оценки эффективности вложения этих самых финансов.

И раз коснулись финансов, эффективности и качества :)

Хотелось бы акцентировать внимание на том, что добавление усилителя мощности в систему с AV-ресивером является всё же компромиссным решением.

Каким бы хорошим ресивер не был, а Yamaha RX-A2060 именно такой, узким местом данной системы сразу же становится его предварительный усилитель и частично уровень ЦАП.

При замене AV-ресивера на, допустим, многоканальный процессор CX-A5200 от той же Yamaha, мы получим ещё больший прирост в качестве звука, реализовав ещё одну часть того самого принципа  – максимальное разделение компонентов системы. Сам этот принцип - очень разнообразный и интересный путь к совершенству в звуке.

На этом всё.

Извиняюсь за большой текст, сумбур в изложении и примитивные для кого-то истины.

Осмелюсь повторить основные посылы:

• Внимательное изучение характеристик мощности является одним из важнейших критериев при подборе компонентов усилительного тракта.
• Следует учитывать, что зависимость громкости и мощности не линейна и имеет логарифмический характер. Например, для 2-х кратного увеличения громкости, потребуется практически 10-ти кратное увеличение мощности.
• Разумный подход к разделению системы на отдельные компоненты объективно даёт существенный прирост в качестве звука.

Спасибо за внимание. Хорошего прослушивания.

С уважением, Филипович Олег и компания «Медиалаб»

 *При написании использовались некоторые материалы, находящиеся в свободном доступе в сети интернет. Выражаем благодарность авторам.

Внимание: при использовании любого материала с сайта medialab.by ссылка на источник обязательна. Спасибо за честность.