Výkonové standardy (nominální, maximální nebo špičkový, odmocnina) a další koncepty audiotechniky DIN, RMS, PMPO
Mnoho lidí se někdy muselo divit, co to přesně znamená мощность, v té či oné podobě uvedené v technických listech akustických systémů a zařízení pro zesílení zvuku. Na internetu nebo v tištěných publikacích je na toto téma překvapivě málo materiálů a také málo jasných odpovědí na otázky. Pokusím se nějak snížit počet prázdných míst v této oblasti. Některé přesnější popisy definic vyvstaly v mém dialogu, když jsem se snažil lépe vysvětlit jejich význam účastníkovi rozhovoru.
Zahraniční a mezinárodní standardy a definice
SPL (Sound Pressure Level) je hladina akustického tlaku generovaná reproduktorem.
SPL je produktem relativní citlivosti reproduktorové soustavy a přiváděného elektrického proudu. мощность. Je třeba si uvědomit, že sluch je nelineární nástroj a pro posouzení subjektivní hlasitosti by měly být provedeny korekce na stejné křivky slyšitelnosti (váhová křivka), které se v praxi liší nejen pro různé úrovně signálu, ale i pro každého jednotlivce zvlášť.
A-weighting (váhová křivka) — váhová křivka. Vztah, který popisuje hladiny akustického tlaku na různých frekvencích, které ucho vnímá jako stejně hlasité. Amplitudo-frekvenční charakteristika váhového filtru používaného při měření hladiny akustického tlaku a zohledňující frekvenční vlastnosti lidského sluchu.
RMS (Root Mean Squared) je střední kvadratická hodnota elektrického výkonu omezená specifikovanými nelineárními zkresleními.
Moc měřeno sinusovým signálem o frekvenci 1 kHz při dosažení 10 % THD. Vypočítá se jako součin středních hodnot napětí a proudu s ekvivalentním množstvím tepla vytvořeného stejnosměrným proudem.
Pro sinusový signál je střední kvadratická hodnota V2 krát menší než hodnota amplitudy (x 0,707). Obecně se jedná o virtuální veličinu, termín „rms“, přísně vzato, lze použít pro napětí nebo proud, nikoli však pro výkon. Známým analogem je efektivní hodnota (každý ji zná pro síť střídavého napájení – to jsou stejné 220 V pro Rusko).
Pokusím se vysvětlit, proč tento koncept není příliš informativní pro popis zvukových charakteristik. RMS výkon – toto je dílo, které to produkuje. Čili v elektrotechnice to má smysl. A nemusí to nutně odkazovat na sinusoidu. V případě hudebních signálů slyšíme hlasité zvuky lépe než tiché. A orgány sluchu jsou ovlivněny spíše hodnotami amplitudy než středními hodnotami. To znamená, že hlasitost není ekvivalentní výkonu. Hodnoty RMS tedy dávají smysl v elektroměru, ale hodnoty amplitudy dávají smysl v hudbě. Ještě populističtějším příkladem je frekvenční odezva. Poklesy ve frekvenční odezvě jsou méně patrné než vrcholy. To znamená, že hlasité zvuky jsou informativní než tiché a průměrná hodnota řekne málo.
Standard RMS byl tedy jedním z pokusů popsat elektrické parametry audio zařízení jako spotřebiče elektrické energie.
V zesilovačích a akustice má tento parametr také ve skutečnosti velmi omezené uplatnění – zesilovač, který produkuje 10% zkreslení nikoli při maximálním výkonu (při ořezávání – omezení amplitudy zesíleného signálu s výslednými specifickými dynamickými zkresleními) je stále těžké najít. Před dosažením maximálního výkonu nepřesahuje zkreslení např. tranzistorových zesilovačů často setiny procenta, nad tím však prudce narůstá (abnormální režim). Mnoho akustických systémů, když je provozováno po dlouhou dobu s takovou úrovní zkreslení, je již schopno selhat.
U velmi levné výbavy se uvádí jiná hodnota – PMPO, nikým zcela nesmyslný a nenormalizovaný parametr, což znamená, že nám to naši čínští přátelé měří, jak Bůh chce. Přesněji u papoušků, každý po svém. Hodnoty PMPO často překračují nominální hodnoty až o faktor 20.
PMPO (špičkový hudební výstup) — špičková krátkodobá hudební síla, hodnota, která označuje maximální dosažitelnou špičkovou hodnotu signálu, bez ohledu na zkreslení, v minimálním časovém úseku (obvykle 10 mS, ale obecně není standardizován).
Jak vyplývá z popisu, parametr je v praktickém použití ještě více virtuální a nesmyslný. Radím vám, abyste tyto hodnoty nebrali vážně a nespoléhali na ně. Pokud náhodou kupujete zařízení s výkonovými parametry uváděnými pouze jako PMPO, pak jedinou radou je poslechnout si sami a určit, zda vám vyhovuje nebo ne.
DIN je zkratka pro Deutsches Institut für Normung.
Německá nevládní organizace věnující se standardizaci pro lepší integraci trhu zboží a služeb v Německu a na mezinárodním trhu. Produkty této organizace jsou různé normy pokrývající širokou škálu aplikací, včetně těch, které se týkají oblasti reprodukce zvuku, což je to, co nás zde zajímá.
DIN 45500, která popisuje požadavky na zvuková zařízení s vysokou věrností (aka Hi-Fi – High Fidelity), zahrnuje:
DIN 45500-1
Vysoce věrná zvuková zařízení a systémy; minimální požadavky na výkon.
DIN 45500-10
Vysoce věrná zvuková zařízení a systémy; minimální požadavky na výkon sluchátek.
DIN 45500-2
Hi-Fi technologie; Požadavky na vybavení tuneru.
DIN 45500-3
Hi-Fi technologie; Požadavky na zařízení pro reprodukci diskových záznamů.
DIN 45500-4
Vysoce věrná zvuková zařízení a systémy; minimální požadavky na výkon zařízení pro magnetický záznam a reprodukci.
DIN 45500-5
Vysoce věrná zvuková zařízení a systémy; minimální požadavky na výkon mikrofonů.
DIN 45500-6
Vysoce věrná zvuková zařízení a systémy; minimální požadavky na výkon zesilovačů.
DIN 45500-7
Hi-Fi technologie; Požadavky na reproduktory.
DIN 45500-8
Hi-Fi technologie; požadavky na sestavy a systémy.
DIN POWER — hodnota výstupního výkonu při skutečné zátěži (pro zesilovač) nebo přiváděného (do reproduktoru), omezená zadanými nelineárními zkresleními.
Měřeno přivedením signálu 1 kHz na vstup zařízení po dobu 10 minut. Moc měřeno při dosažení 1% THD (celkové harmonické zkreslení).
Existují také další typy měření, jako je DIN MUSIC POWER, který popisuje sílu hudebního (šumového) signálu. Obvykle je hodnota označená jako hudba DIN vyšší než hodnota uvedená jako DIN.
O tomto standardu nemám mnoho informací, takže poskytnu pouze to, co se mi podařilo shromáždit.
Jmenovitý výkon (GOST 23262-88) – hodnota je umělá, nechává svobodu volby na výrobci. Vývojář může volně určit hodnotu jmenovitého výkonu odpovídající nejpříznivější hodnotě nelineárního zkreslení. Obvykle byl stanovený výkon přizpůsoben požadavkům GOST na třídu složitosti provedení s nejlepší kombinací naměřených charakteristik. Určeno pro reproduktory i zesilovače. Někdy to vedlo k paradoxům: když se u zesilovačů třídy AB při nízké hlasitosti vyskytla zkreslení typu „krok“, úroveň zkreslení se mohla snížit, když se výstupní výkon signálu zvýšil na nominální. Tímto způsobem bylo dosaženo rekordních jmenovitých charakteristik v pasech zesilovačů s extrémně nízkou úrovní zkreslení při vysokém jmenovitém výkonu zesilovače. Zatímco nejvyšší statistická hustota hudebního signálu leží v amplitudovém rozsahu 5-15% maximálního výkonu zesilovače. Pravděpodobně proto byly ruské zesilovače znatelně horší než ty západní, jejichž optimální zkreslení mohlo být na středních úrovních hlasitosti, zatímco v SSSR se závodilo o minimální harmonické a někdy i intermodulační zkreslení za každou cenu na jedné, nominální (téměř maximální) výkonové úrovni.
Jmenovitý výkon hluku – elektrická energie, omezený výhradně tepelným a mechanickým poškozením (například: prokluzování závitů kmitací cívky v důsledku přehřátí, vyhoření vodičů v místech ohybu nebo pájení, zlomení ohebných vodičů atd.) při přivádění růžového šumu přes korekční obvod po dobu 100 hodin.
Maximální krátkodobý výkon – elektrické napájení, které reproduktory vydrží bez poškození (kontrolováno nepřítomností chrastění) po krátkou dobu. Jako testovací signál se používá růžový šum. Signál je odeslán do reproduktoru po dobu 2 sekund. Testy se provádějí 60krát v intervalech 1 minuty. Tento typ výkonu umožňuje posoudit krátkodobá přetížení, která reproduktor vydrží v situacích, které nastanou během provozu.
Maximální dlouhodobý výkon – elektrický výkon, který reproduktory vydrží bez poškození po dobu 1 minuty. Testy se opakují 10x s intervalem 2 minut. Testovací signál je stejný.
Maximální dlouhodobý výkon je dáno porušením tepelné pevnosti reproduktorů (prokluzování závitů kmitací cívky atd.).
Růžový šum (používaný v těchto testech) je skupina signálů s náhodným charakterem a rovnoměrným rozložením spektrálních frekvencí, klesající s rostoucí frekvencí s roll-offem 3 dB na oktávu v celém rozsahu měření, se závislostí průměrné úrovně na frekvenci ve tvaru 1/f. Růžový šum má konstantní (v průběhu času) energii v jakékoli části frekvenčního pásma.
Bílý šum je skupina signálů s náhodnou povahou a rovnoměrnou a konstantní hustotou distribuce spektrálních frekvencí. Bílý šum má stejnou energii v jakémkoli frekvenčním rozsahu.
Oktáva
Hudební frekvenční pásmo, jehož extrémní poměr frekvencí je 2.
Elektrická energie
Výkon rozptýlený ohmickým ekvivalentním odporem rovným nominálnímu elektrickému odporu střídavého proudu při napětí rovném napětí na svorkách střídavého proudu. Tedy při odporu, který emuluje skutečnou zátěž za stejných podmínek.
Psáno 31.10.2000
Doplněno 07.01.2002
Igor Illarionov