Включил любимый трек, саб отработал бочку, и приборка на долю секунды притухла. Вечером это ещё заметнее: фары моргают в такт басу. Первая мысль у всех одинаковая: «всё, генератор не тянет». Иногда так и есть, но чаще проблема проще и дешевле.
Как это работает: водопровод на даче
Представь дачный водопровод. Пока из крана пьёт один человек, напор нормальный. Кто-то включил полив на всём участке, и из твоего крана еле течёт. Воды в баке меньше не стало, просто тонкая труба не пропускает столько сразу.
В машине всё так же. Аккумулятор и генератор это бак, провода это трубы, усилитель это полив. На тихом фрагменте он берёт пару ампер. На ударе бочки может взять 80–100 А и больше, и вот тогда каждое звено цепи «съедает» свою часть напряжения: плюсовой кабель, предохранитель, клеммы, масса, сам аккумулятор.
Считается это просто: падение напряжения равно току, умноженному на сопротивление (U = I × R). Сопротивление медного кабеля зависит от длины и сечения. Для 5 метров меди сечением 20 мм² выходит около 4,3 мОм. При токе 100 А на одном только плюсовом кабеле теряется 0,43 В. Возьми кабель 10 мм², и потери вырастут вдвое, до 0,86 В.
А теперь добавь сюда массу, клеммы с окислом, предохранитель и слабую АКБ. Легко набегает целый вольт и больше. Из 14,4 В на клеммах генератора до усилителя доходит 13 В.
Что просадка делает со звуком?
Большинство автомобильных усилителей питаются от нестабилизированного блока питания. Грубо говоря, их максимальное выходное напряжение пропорционально напряжению питания, а мощность пропорциональна квадрату напряжения. Посчитаем: (13 / 14,4)² ≈ 0,82. То есть при просадке с 14,4 до 13 В усилитель теряет около 18 % номинальной мощности, это примерно −0,9 дБ.
Сами по себе 0,9 дБ на слух почти незаметны. Беда в другом: усилитель раньше упирается в потолок и уходит в клиппинг. Бас становится ватным, атака смазывается, а мидбас на громкости начинает «хрипеть». Судьи на соревнованиях по качеству звучания это слышат быстрее, чем ты думаешь: динамика сжимается, удары перестают быть ударами.
Есть и вторая беда: если напряжение падает ниже порога защиты, усилитель может уйти в защиту и замолчать на пару секунд. На трассе неприятно, на прослушивании у судьи обидно.
Где искать причину просадки?
- Масса. Чаще всего виноват не плюс, а минус: тонкий провод, болт на краске, точка далеко от АКБ. Про это подробно в статье про массу и контуры заземления.
- Сечение кабеля. Считай по току и длине, совет «как у друга» тут не годится. Как выбрать, разобрано в статьях про калибр AWG и площадь сечения.
- Контакты. Плохой обжим или окисленная клемма греются и воруют десятые доли вольта (см. обжим и пайка).
- Аккумулятор. Старая или слабая АКБ даёт большое внутреннее сопротивление, и напряжение падает прямо на её клеммах.
- Штатные провода от АКБ к кузову и генератору. Их усиление называют Big 3.
А конденсатор поможет?
Это первое, что предложат в магазине. Конденсатор отдаёт ток только тогда, когда напряжение уже начало падать, и отдаёт его совсем недолго. Если провод тонкий и масса плохая, конденсатор проблему не решит, он лишь чуть сгладит пики. Подробный расчёт в статье про конденсатор. Сначала провода и масса, потом всё остальное.
Частые уточнения про аккумулятор и усилитель
Нормально, когда на клеммах усилителя под нагрузкой не больше чем на 0,5 В меньше, чем на клеммах АКБ. Это ориентир для заведённой машины на громком басе. Если на аккумуляторе 14 В, а на усилителе 13,5 В и выше, проводка в порядке. Больше 0,5 В потерь значит, что есть что улучшать: сечение, массу или контакты.
На заглушенном двигателе генератор не работает, и вся нагрузка ложится на аккумулятор с его напряжением около 12,6 В и внутренним сопротивлением. По прикидке для нестабилизированного усилителя переход с 14,4 до 12,6 В снижает доступную мощность примерно на 23 %, это около −1,2 дБ. Плюс на басовых пиках АКБ проседает ещё ниже, поэтому без мотора усилитель раньше уходит в клиппинг.
Второй аккумулятор помогает от просадки, только если проводка и масса уже в порядке. Он снижает общее внутреннее сопротивление источника и выручает, когда много слушаешь музыку на заглушенном двигателе. Если же вольты теряются на тонком кабеле, плохой массе и окисленных клеммах, вторая АКБ их не вернёт. Про выбор типа читай статью АКБ: AGM и литий.
Меньше всего просадки боятся усилители со стабилизированным блоком питания: их выходная мощность в рабочем диапазоне почти не зависит от напряжения бортовой сети. У большинства усилителей блок питания нестабилизированный, и мощность падает как квадрат напряжения. Но стабилизация не отменяет ток: тонкие провода и плохая масса всё равно ограничат систему.
Сам усилитель при просадке обычно не страдает: если напряжение падает ниже порога, срабатывает защита, и он замолкает на пару секунд. Опаснее клиппинг, в который усилитель уходит раньше на пониженном питании. Срезанный сигнал несёт много гармоник на верху, и на громкости это перегружает твитеры. Поэтому при частой просадке уровень гейна лучше выставлять с запасом.
Как измерить просадку напряжения самому?
Нужен обычный мультиметр, лучше с функцией запоминания минимума (MIN/MAX). Щупы ставь прямо на клеммы питания усилителя, не на аккумулятор. Заведи машину, включи трек с плотным басом на рабочей громкости и смотри, до скольких падает напряжение. Потом измерь то же самое на клеммах АКБ. Разница между двумя цифрами и есть потери в проводке. Если она больше 0,5 В, есть что улучшать.
У меня в Mark X фронт качают шесть моноблоков EarClear ES 1601 и ещё MP Pro 4400 на сабы и тыл. Когда столько усилителей одновременно тянут ток на громком фрагменте, сразу видно, насколько сечение и масса важнее красивого конденсатора.
Питание часто покупают по остаточному принципу, а потом удивляются, почему дорогой усилитель звучит плоско. Порядок работ с проводкой и питанием описан в шаге «Подбор компонентов», там же про то, как считать бюджет на провода вместе с усилителем.
Замерил просадку и не понимаешь, много это или нормально? Принеси цифры в чат EBAEVSQ, разберём по звеньям, где теряются вольты.
Источники
- IEC 60228, «Conductors of insulated cables» (сопротивление медных жил)
- CTA-2006-C, «Testing & Measurement Methods for Mobile Audio Amplifiers» (измерение мощности при 14,4 В)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: Конденсатор, Клиппинг, Big 3, АКБ: AGM и литий.