Процессор стоит, усилители мощные, а чтобы система заиграла громко, гейны приходится выкручивать почти до упора. И вместе с громкостью в паузах появляется шипение из твитеров. Частая причина в том, что источник отдаёт слишком маленькое напряжение, и усилителю приходится вытягивать всё сам.
Это пара к входной чувствительности усилителя. Выход процессора говорит, сколько вольт он может дать. Вход усилителя говорит, сколько вольт ему нужно, чтобы выдать полную мощность. Задача настройки свести эти две цифры.
Зачем считать, а не крутить на слух?
Усилитель усиливает всё, что приходит на вход, включая шум процессора. Если выход источника слабый, гейн усилителя приходится поднимать, и шум процессора поднимается вместе с сигналом. Если выход сильный, гейн можно опустить, и шум останется ниже. Каждое удвоение выходного напряжения источника даёт 6 дБ в пользу отношения сигнал/шум.
Посчитаем на моём фронте: моноблоки EarClear ES 1601 дают около 190 Вт на 4 Ом. Напряжение на выходе при этом U = √(P × R) = √(190 × 4) ≈ 27,6 В RMS. Если источник отдаёт 4 В, усилителю нужно добавить 20·lg(27,6 / 4) ≈ 16,8 дБ. Если 1 В, то уже 28,8 дБ, на 12 дБ больше. Формулы для перевода вольт в децибелы собраны в статье дБ SPL, dBFS, dBV и dBu.
Как согласовать выход процессора и усилитель: по шагам
Паспортная цифра процессора обычно указана при 0 dBFS, то есть на цифровом максимуме. Если в процессоре стоят эквалайзеры с подъёмами, регулятор выхода ниже нуля или ограничение громкости, реальный максимум меньше. Лучше замерить: подай синус 1 кГц с уровнем 0 dBFS, выкрути громкость до максимума и измерь напряжение на выходе RCA мультиметром в режиме переменного напряжения (или осциллографом, чтобы увидеть начало ограничения).
U = √(P × R), где P это мощность, которую ты хочешь получить в канале, а R нагрузка. Бери номинал усилителя на своей нагрузке, а не цифру с коробки. Для твитера, которому нужно 20–30 Вт, считать от 190 Вт незачем: ограничь напряжение под динамик.
Процессор на максимуме, тон 0 dBFS в канале, гейн усилителя поднимаешь, пока на выходе не будет расчётное напряжение (без нагрузки или на эквиваленте). Выше не надо: дальше только клиппинг и шум. Подробно процедура разобрана в статье настройка гейна.
Сядь на место водителя, поставь тишину и прислушайся к твитерам. Если шипение слышно, а гейн уже низкий, дело может быть в земле или в самом процессоре. Если гейн высокий, ищи способ поднять выход источника: у некоторых процессоров есть переключатель выходного уровня, у магнитолы можно использовать линейный преобразователь с усилением.
Больше вольт на выходе всегда лучше?
До определённого предела. Если выход процессора 8 В, а усилитель рассчитан на вход до 4 В даже на минимальном гейне, на верхних уровнях громкости входной каскад усилителя начнёт перегружаться раньше, чем выход. Тогда либо опускай выход процессора в цифре, либо ищи усилитель с широким диапазоном входа. Поэтому смотри на пару цифр сразу: выход источника и диапазон входа усилителя.
Почему шум электроники так слышен в SQ-машине?
В тихой SQ-машине с хорошей шумкой шум электроники слышен на месте водителя, особенно из твитеров, которые стоят близко к ушам. Судьи на соревнованиях это отмечают: паузы и тихие фрагменты входят в оценку, а шипение сразу «пачкает» фон и съедает динамический диапазон. Правильно согласованный выход решает это без покупки новой электроники, а если менять всё же придётся, сравнивай сразу пару цифр: выход процессора и диапазон входа усилителя.
Это же касается подключения к штатной магнитоле: у многих выход небольшой, и на них стоит смотреть в первую очередь (см. интеграция со штатной магнитолой и подключение по низкому и высокому уровню).
Короткие ответы про вольты на выходе
Для автомобильного процессора нормальная выходная чувствительность 2–4 В RMS и выше, у штатных магнитол обычно 0,5–2 В. Чем выше выходное напряжение, тем ниже можно держать гейн усилителя и тем тише шум в паузах: каждое удвоение напряжения даёт 6 дБ в пользу отношения сигнал/шум. Сравнивать цифры надо при 0 dBFS, а не по положению регулятора громкости.
Выходная чувствительность говорит, сколько вольт источник или процессор может отдать на линейном выходе без искажений. Входная чувствительность усилителя говорит, сколько вольт ему нужно на входе для полной мощности. Это две половины одной задачи: при настройке гейна выход источника и диапазон входа усилителя сводят, чтобы усилитель выдавал полную мощность при максимуме сигнала.
Нужное усиление считают в два шага. Сначала напряжение на выходе усилителя: U = √(P × R), для 190 Вт на 4 Ом это около 27,6 В RMS. Потом усиление в децибелах: 20·lg(U выхода / U источника). При источнике 4 В выходит около 16,8 дБ, при 1 В уже 28,8 дБ. Чем больше усиления, тем громче вместе с сигналом становится шум процессора.
Твитеры шипят в паузах чаще всего из-за того, что гейн усилителя поднят высоко под слабый выход источника, и вместе с музыкой усиливается шум процессора. Твитеры стоят близко к ушам и играют полосу, где шипение слышно лучше всего. Если гейн уже низкий, а шум остался, ищи причину в земле, разводке питания или в самом процессоре.
Подключить усилитель к магнитоле с выходом 1 В можно, но гейн придётся поднять примерно на 12 дБ больше, чем при источнике 4 В. В тихой машине с хорошей шумкой это часто даёт слышимое шипение. Варианты: линейный преобразователь с усилением, процессор с более высоким выходом или усилитель с низким порогом входной чувствительности.
Согласование уровней лучше сделать до эквалайзера и задержек: иначе после любой смены гейна придётся заново выравнивать каналы. Порядок работ описан в шаге «Настройка системы».
Посчитал напряжения, а шум всё равно слышно? Напиши в Telegram EBAEVSQ модели процессора и усилителя и что показал мультиметр, разберём по цифрам.
Источники
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
- Linkwitz Lab, Active filters: linkwitzlab.com/filters.htm
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: децибелы, порог слышимости, DSP-процессор, выходное сопротивление усилителя.