Kiến thức về công xuất loa

Một trong những vấn đề khó hiểu trong âm thanh chuyên nghiệp là xử lý công suất loa. Một mặt, các nhà sản xuất sử dụng nhiều thuật ngữ khác nhau như công suất đỉnh, RMS, trung bình hoặc chương trình. Mặt khác, tồn tại các phương pháp khác nhau để xác định việc xử lý công suất của hệ thống loa hoặc thành phần mang lại kết quả khác nhau. Chúng tôi sẽ cố gắng đưa một chút ánh sáng vào chủ đề này ..

1. Công xuất

Năng lượng là năng lượng mỗi lần. Nó được đo bằng watt. Công suất do bộ khuếch đại phân phối tới tải (loa) thường được xác định bằng cách chia điện áp (V) bình phương cho trở kháng (Z):

V²
Sức mạnh = -----
Z
Loại công suất kết quả sẽ phụ thuộc vào điện áp chúng ta sử dụng. Nếu sử dụng điện áp cao nhất thì kết quả là công suất đỉnh. Nếu sử dụng điện áp RMS, thì công suất trung bình (thường được gọi sai là "công suất RMS") sẽ thu được. RMS (root-mean-square), cho chúng ta một cái gì đó tương tự với giá trị trung bình từ một tín hiệu (thường là một tín hiệu xen kẽ, tức là với các giá trị âm cũng như dương). Chính xác hơn, giá trị RMS (còn được gọi là 'trung bình khối') bằng với dòng điện một chiều (DC) sẽ tạo ra cùng một mức tiêu tán công suất trung bình vào tải điện trở.

2. Kiểm tra nguồn điện

Để xác định khả năng xử lý công suất của loa, người ta cần phải kiểm tra công suất của loa. Điều này bao gồm việc cung cấp cho loa một tín hiệu thử nghiệm, thường là một số loại tín hiệu nhiễu với động lực được kiểm soát, trong một khoảng thời gian nhất định, thường dao động từ 2 đến 100 giờ.

Tín hiệu thử nghiệm thường là một số dạng nhiễu màu hồng. Tiếng ồn màu hồng là một tín hiệu ngẫu nhiên cho thấy năng lượng giống nhau ở tất cả các dải tần. Tín hiệu này không cố định theo thời gian, nhưng có một số mức độ động. Tiếng ồn màu hồng cho phép chúng tôi thực hiện các bài kiểm tra khi loa bị căng về mặt nhiệt cũng như cơ học.

Động lực của tín hiệu được biểu thị dưới dạng yếu tố đỉnh. Điều này được xác định bằng tỷ lệ giữa các đỉnh (đỉnh) với mức trung bình của tín hiệu. Biểu đồ bên dưới cho thấy tín hiệu yếu tố đỉnh 6 dB, tức là tín hiệu có đỉnh lớn hơn mức trung bình 6 dB. Điều này tương đương với tỷ lệ 2: 1 giữa điện áp đỉnh và RMS, tương ứng với tỷ lệ 4: 1 giữa công suất đỉnh và trung bình ("RMS"), vì các tính toán công suất dựa trên bình phương điện áp. Những động lực này thường được quy định bởi quốc tế
tiêu chuẩn.

Có một số tiêu chuẩn quy định các quy trình kiểm tra công suất. Có liên quan nhất là:

2.a. Tiêu chuẩn AES2-1984

Đây là tiêu chuẩn cho các thành phần loa của Hiệp hội Kỹ thuật Âm thanh. Nó được sử dụng rất phổ biến và, mặc dù dành cho các thành phần, nó cũng thường được sử dụng cho các cách thức riêng lẻ của một hệ thống đang hoạt động. Nó chỉ định một tín hiệu nhiễu màu hồng 6 dB crest factor2, với băng thông là một thập kỷ. Ví dụ, một loa âm trầm có thể sử dụng dải tần 50-500 Hz, trong khi đơn vị tần số cao có thể sử dụng 1000-10000 Hz. Hình minh họa cho thấy phổ của cả hai ví dụ về phổ tín hiệu AES. Thời gian của bài kiểm tra là 2 giờ, sau đó linh kiện sẽ không bị hư hỏng đáng kể.

2. Sau khi được lọc, tiếng ồn có hệ số đỉnh 6 dB có xu hướng lấy lại động lực ban đầu của nó, thường tiến gần đến hệ số đỉnh 12 dB, đó là lý do tại sao nhiều tiêu chuẩn hiện hành lại nghiêng về hệ số sau hơn.

Phổ so sánh cho các tín hiệu kiểm tra công suất khác nhau khi được nhìn thấy bởi máy phân tích dải tần phần trăm không đổi (loại RTA) (Tiếng ồn màu hồng sẽ hiển thị một đường phẳng)

2.b. Tiêu chuẩn AES2-2012

Tiêu chuẩn AES2-1984 hiện đã được thay thế bằng AES2-2012. Hệ số Crest cho tín hiệu tiếng ồn màu hồng đã được tăng lên 12 dB (4: 1) và trở kháng danh định hiện được sử dụng để tính toán công suất. Điều này có nghĩa là mức công suất thu được cho một thành phần loa nhất định hiện nay thường sẽ thấp hơn khoảng 20% ​​so với phiên bản 1984 của tiêu chuẩn (đã sử dụng trở kháng tối thiểu để tính toán công suất), điều này có thể gây nhầm lẫn. Ngoài ra, bộ lọc giới hạn băng tần hiện đã được thay đổi thành 24 dB mỗi quãng tám (phiên bản năm 1984 sử dụng 12 dB / quãng tám, như được thấy trên biểu đồ ở trên).

2.c. Tiêu chuẩn IEC268-5 (1978)

Đây là tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế từ năm 1978 và được tái khẳng định vào những năm 80. Nó chỉ định tín hiệu tiếng ồn màu hồng có hệ số đỉnh 6 dB mà bộ lọc chương trình IEC đã được áp dụng. Phổ chương trình này cố gắng gần đúng với nội dung tần số của âm nhạc thực và hiển thị các âm thấp và cao được giảm bớt. Hình minh họa so sánh phổ này với phổ AES. Các thuật ngữ "Công suất tiếng ồn định mức" và "khả năng xử lý công suất" được sử dụng.

Thời lượng thử nghiệm là 100 giờ, sau đó loa không bị hư hỏng đáng kể.

LƯU Ý: Để làm cho vấn đề khó hiểu hơn, có một tiêu chuẩn 268-5 khác từ năm 1972 chỉ định phổ tín hiệu và thời gian khác, nhưng điều này hiếm khi được sử dụng.

2.d. Tiêu chuẩn EIA RS-426-A (1980)

Đây là tiêu chuẩn của Hiệp hội Công nghiệp Điện tử (Hoa Kỳ). Thời lượng của bài kiểm tra là 8 giờ, sau đó loa không có dấu hiệu hư hỏng đáng kể. Tín hiệu cũng là tín hiệu nhiễu hồng có hệ số đỉnh 6 dB, nhưng với tính năng lọc chương trình khác với tiêu chuẩn IEC và cũng được hiển thị trên hình minh họa trước đó ..

2.e. Tiêu chuẩn EIA RS-426-B (1998)

426-B có nghĩa là khá lệch so với 426-A. Kết quả của thử nghiệm này không phải là thông số kỹ thuật "xử lý công suất" nữa mà là "công suất bộ khuếch đại tối ưu", là công suất đầu vào tối đa mà tại đó sản phẩm được thử nghiệm được đánh giá là có thể chấp nhận được theo cả ba loại giới hạn: thử nghiệm nén công suất với một Tốc độ biến đổi nhanh, sóng sin quét 40-10 kHz được phát liên tục trong một vòng lặp, kiểm tra độ méo và "kiểm tra tuổi thọ gia tốc" 8 giờ với tiếng ồn hồng hệ số đỉnh 6 dB ở một nửa công suất bộ khuếch đại tối ưu được đánh giá và với phổ hiển thị trên đồ thị trên. Không có thử nghiệm nào dẫn đến hư hỏng đáng kể hoặc thay đổi thiết bị. Quy trình đo lường đối với tiêu chuẩn này đôi khi khá phức tạp, tẻ nhạt và chủ quan; vào thời điểm hiện tại, nó vẫn chưa được chấp nhận rộng rãi bởi ngành công nghiệp tăng cường âm thanh và tôi thực sự nghi ngờ nó sẽ xảy ra, ngoại trừ khả năng có thể xảy ra thử nghiệm tuổi thọ gia tốc, không khác biệt đáng kể với 426-A ngoại trừ phổ rộng hơn.
3. Các loại thông số kỹ thuật công suất loa

3.a. Công suất trung bình. Thường được gọi sai là nguồn "RMS", vì nó có nguồn gốc từ các số đọc điện áp RMS. Nguồn (chỉ là dương, vì nó đi từ bộ khuếch đại đến loa, không phải ngược lại) và đã giống RMS, vì vậy sẽ không hợp lý nếu áp dụng RMS cho nó. Do đó, "Công suất trung bình" là thuật ngữ phù hợp cho mức công suất sử dụng điện áp RMS để tính toán.

3.b. Sức mạnh chương trình. Nó là một thuật ngữ cổ xưa có nguồn gốc từ các bài kiểm tra công suất sóng sinewave cũ. Ngày nay, nó không còn ý nghĩa thực sự. Đối với hầu hết các nhà sản xuất, nó chỉ đơn giản là gấp đôi công suất trung bình, mặc dù các nhà sản xuất khác có thể sử dụng tỷ lệ khác ngoài 2: 1. Nó có thể được sử dụng như một hướng dẫn để lựa chọn công suất bộ khuếch đại. Ví dụ: một loa có công suất trung bình 300W và công suất chương trình 600W (2x300W) có thể sử dụng bộ khuếch đại có đầu ra 600W. Điều này dành cho các điều kiện được kiểm soát cẩn thận; cho các ứng dụng thông thường hơn với một số mức độ lạm dụng mà bộ khuếch đại sẽ quá lớn.

3.c. Công suất đỉnh. Tương ứng với việc tính toán công suất dựa trên điện áp đỉnh. Đối với tín hiệu hệ số đỉnh 6 dB, công suất đỉnh gấp bốn lần công suất trung bình.

Từ tất cả những điều trên, có thể kết luận rằng, đối với tín hiệu thử nghiệm công suất có hệ số đỉnh 6 dB, tỷ lệ của ba loại công suất sẽ như sau:
 

Ví dụ về tỷ lệ công suất

3.d. Tiếp diễn. Chỉ cần chỉ định rằng tín hiệu nguồn được áp dụng mọi lúc, vì có một số tiêu chuẩn chỉ định các tín hiệu ngắt quãng.

4. Nguyên nhân hỏng loa

Nguyên nhân gây ra lỗi loa có thể là nhiệt hoặc cơ học.

Nguyên nhân gây ra lỗi nhiệt là:
• công suất đầu vào quá nhiều (trung bình)
• công suất quá mức ngoài dải thông loa (tần số vô tuyến, tần số cận âm, âm trầm sâu ...). Năng lượng không chuyển đổi thành âm thanh sẽ chuyển thành nhiệt
• clip khuếch đại, nguyên nhân phổ biến nhất của lỗi nhiệt
• dòng điện một chiều (DC) ở đầu ra bộ khuếch đại, mặc dù điều này không phổ biến trong các bộ khuếch đại ngày nay, có tính năng bảo vệ DC
• cân bằng quá mức trên các đầu của dải thông, hầu hết là các tần số cao, vì các tần số này thể hiện hiệu suất đầu dò thấp và tạo ra nhiều nhiệt. Cài đặt độ lợi cực đại trên EQ giá đỡ LF và HF cơ bản phổ biến (hoặc hình chữ "U" trong bộ cân bằng đồ họa) sẽ khiến khả năng xảy ra lỗi nhiệt cao hơn khi loa được điều khiển mạnh

Để tránh hỏng hóc do nhiệt, hãy tránh kẹp bộ khuếch đại, sử dụng EQ giá đỡ LF và HF ở mức vừa phải và đảm bảo rằng loa chỉ nhận các tần số trong dải thông của nó, sử dụng các bộ lọc thông cao và thông thấp để hạn chế nội dung tần số được cấp cho loa .

Nguyên nhân gây ra hỏng hóc cơ học luôn liên quan đến chuyển động quá mức của màng ngăn (hình nón). Người nói cho thấy du ngoạn càng lớn (chuyển động lùi và tiến) thì tần số càng thấp. Do đó, một tín hiệu có tần số đủ thấp và mức đủ lớn có thể khiến cuộn dây thoại thoát ra khỏi khe hở, dẫn đến cọ xát cuộn dây và có thể dẫn đến đoản mạch hoặc hở điện. Trường hợp xấu nhất xảy ra khi cuộn dây đầu tiên chạm vào mảnh cực dưới cùng ("chạm đáy") và bị biến dạng. Để tránh hỏng hóc cơ học, hãy tránh sử dụng tín hiệu dưới dải thông của loa và sử dụng bộ khuếch đại có công suất đầu ra phù hợp.

5. Lựa chọn công suất bộ khuếch đại

Nói chung, công suất của bộ khuếch đại cần phải lớn hơn công suất định mức của loa. Điều này là do bộ khuếch đại chỉ cung cấp công suất đầu ra danh định của nó với tín hiệu sóng sinewave và phân phối ít hơn nhiều với tín hiệu thực có động lực học.

Theo hướng dẫn chung, bạn nên sử dụng bộ khuếch đại cung cấp công suất lớn hơn 50% so với công suất trung bình ("RMS") của loa. Ví dụ, đối với loa có công suất trung bình 450W, có thể sử dụng bộ khuếch đại có công suất đầu ra là 700W. Nếu sử dụng một bộ khuếch đại nhỏ, sẽ không đạt được mức đủ, cũng như không đạt được cảm nhận rằng nó đã đạt được, do đó tín hiệu sẽ có xu hướng bị cắt bớt để bù, do đó gây nguy hiểm cho tính toàn vẹn của loa.

Khuyến nghị này dành cho các ứng dụng tăng cường âm thanh. Trong các ứng dụng khác, các tỷ lệ khác nhau và thậm chí trái ngược nhau; Ví dụ, trong một bộ kết hợp guitar, công suất của loa phải cao hơn nhiều so với công suất của bộ khuếch đại do việc sử dụng thường xuyên mức độ méo lớn trong bộ khuếch đại.
Phụ lục. Điều khiển âm lượng của bộ khuếch đại không phải là điều khiển công suất

Một quan niệm sai lầm phổ biến là các bộ điều khiển âm lượng của bộ khuếch đại cho phép điều chỉnh công suất đầu ra của nó, về lý thuyết, điều này cho phép sử dụng bộ khuếch đại có công suất đầu ra quá lớn cho một loa nhất định bằng cách điều chỉnh các điều khiển âm lượng của bộ khuếch đại đến 50%. (mười hai giờ).

Và điều đó khác xa sự thật. Bộ khuếch đại về cơ bản là một "bộ nhân". Một tín hiệu đi vào và nó phát ra với một voltaje lớn hơn X lần. Điều khiển âm lượng của bộ khuếch đại công suất là một bộ suy hao đầu vào; nếu chúng ta hạ nó xuống, chúng ta chỉ cần gửi một tín hiệu lớn hơn đến bộ khuếch đại công suất từ ​​bộ trộn hoặc bộ xử lý.