На стоянке с заглушенным мотором система играет одним образом, а на ходу, когда генератор даёт 14 с лишним вольт, бас вдруг становится плотнее и громче. Или наоборот: зимой на старом аккумуляторе всё звучит вяло. Слух тебя не обманывает. Выходная мощность многих автомобильных усилителей прямо зависит от напряжения бортовой сети.
Как это устроено: аналогия с турбиной
Автомобильный усилитель не может питаться прямо от 12 В: чтобы отдать 100 Вт на 4 Ом, нужно 20 В RMS на выходе, а значит, питание выходного каскада больше ±28 В. Поэтому внутри почти каждого усилителя стоит импульсный преобразователь, который из 12 В делает двуполярное питание повыше.
Нестабилизированный преобразователь похож на атмосферный мотор без коррекции по высоте. Коэффициент у него фиксированный: во сколько раз поднял 14,4 В, во столько же поднимет и 12 В. Упало давление на входе, упала и мощность на выходе. Стабилизированный больше похож на двигатель с турбиной и электронным управлением наддувом: по обратной связи он сам подкручивает режим так, чтобы на выходе было нужное напряжение, пока хватает запаса по току.
Сколько мощности теряет обычный усилитель?
Если напряжение питания выходного каскада пропорционально бортовому, то максимальное выходное напряжение тоже, а мощность растёт как квадрат напряжения: P ∝ U². Возьмём усилитель на 100 Вт при 14,4 В.
| Напряжение сети | Нестабилизированный БП | Стабилизированный БП |
|---|---|---|
| 14,4 В (мотор работает) | 100 Вт | 100 Вт |
| 13 В (просадка на басу) | ≈ 82 Вт (−0,9 дБ) | 100 Вт |
| 12 В (мотор заглушен) | ≈ 69 Вт (−1,6 дБ) | 100 Вт |
1,6 дБ на слух немного, но это запас именно на пиках, где усилитель и так работает на пределе. Там, где стабилизированный ещё чист, нестабилизированный уже начинает клиппировать.
Где подвох у стабилизации?
Стабилизированный усилитель при просадке сети берёт больше тока, чтобы выдать ту же мощность. При 12 В он потребляет больше, чем при 14,4 В. Если провод питания тонкий, а масса длинная, падение на них растёт, сеть на клеммах проседает ещё сильнее, и получается замкнутый круг. Поэтому к такому усилителю особенно важна нормальная проводка и исправная АКБ (см. аккумуляторы и просадка напряжения).
Ниже определённого напряжения стабилизатор уже не справляется, и срабатывает защита по питанию (подробнее в статье защиты усилителя). Стабилизация расширяет рабочий диапазон, но не делает усилитель независимым от аккумулятора.
Обратная связь в преобразователе, более мощные ключи и дроссели стоят денег. Поэтому стабилизацию чаще ставят в дорогие SQ-усилители и мощные моноблоки для сабвуфера. В бюджетных моделях её обычно нет, и это нормально.
Нужен ли стабилизированный БП для качества звучания?
Для SQ важнее не пиковая громкость, а чтобы тоналка и динамика не менялись между стоянкой и поездкой. Настраиваешь систему обычно с заведённым мотором, а слушаешь по-разному. Стабилизированный БП убирает одну переменную: система звучит одинаково при 12,5 и при 14,2 В.
У меня мидбасы и СЧ во фронте работают от моноблоков EarClear ES 1601 с запасом по мощности, и главный предел громкости сейчас в мидбасах, а не в питании. Если бы я выбирал усилитель для мидбаса, который работает близко к пределу, стабилизацию я бы поставил в список обязательных пунктов. Для твитера с его десятками ватт это куда менее критично: ему запаса хватает и так.
На соревнованиях систему слушают на заведённом двигателе или на заглушенном в зависимости от формата и условий, и заранее знать, как она поведёт себя в обоих случаях, полезно. Прослушай пару треков на стоянке и на холостых, особенно отрывки с сильным басом и большим пик-фактором.
Что спросить у продавца усилителя?
- Стабилизирован ли блок питания и в каком диапазоне напряжений.
- При каком напряжении указана мощность в паспорте.
- Какой ток потребления на номинальной мощности и какое сечение кабеля питания рекомендовано.
Если усилитель уже куплен и непонятно, что у него внутри, пригодится вот это.
Проще всего по паспорту: у усилителя со стабилизированным блоком питания мощность указана одинаковой при 12 и 14,4 В, а в описании есть слова regulated power supply. Если в паспорте одна цифра без напряжения, проверь сам: замерь максимальное неискажённое напряжение на выходе при заглушенном и при заведённом моторе. У нестабилизированного при 12 В оно будет примерно на 17% ниже.
На заведённом двигателе генератор поднимает бортовую сеть примерно до 14,4 В, а на стоянке она падает к 12 В. У нестабилизированного усилителя максимальная мощность растёт как квадрат напряжения, и разница между 12 и 14,4 В даёт около 1,6 дБ запаса. Поэтому на ходу бас звучит плотнее, а на стоянке усилитель раньше уходит в клиппинг на громких пиках.
Стабилизированный усилитель при 12 В берёт больше тока, чем при 14,4 В, потому что отдаёт ту же мощность. Прикидка: 400 Вт на выходе при КПД около 80% требуют 500 Вт на входе, это около 35 А при 14,4 В и около 42 А при 12 В. Отсюда требования к сечению питания и массы считают по низшему напряжению, а не по паспортным 14,4 В.
Нет, конденсатор и вторая АКБ стабилизацию не заменяют, хотя и помогают. Конденсатор сглаживает короткие провалы на ударах баса, но не поднимает среднее напряжение сети. Вторая АКБ и толстая проводка уменьшают просадку под нагрузкой, однако на заглушенном моторе сеть всё равно ближе к 12 В. Мощность обычного усилителя будет следовать за этим напряжением.
Выбор между стабилизированным и обычным усилителем удобно делать вместе с расчётом питания всей системы: сколько ватт на каждую полосу, какой ток и какой запас. Этот расчёт разобран в шаге «Подбор компонентов».
Если на стоянке и на ходу система звучит заметно по-разному, зайди в наш чат в Telegram с цифрами напряжения на клеммах усилителя. Вместе поймём, где теряется мощность.
Источники
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- В. К. Иофе, В. Г. Корольков, М. А. Сапожков, «Справочник по акустике», 1979
См. также: RMS усилителя, мощность на синусе, перегрузочная способность, КПД усилителя, усилители класса D.