Предельная мощность усиления

Для того, чтобы усилитель производил усиление с минимальным количеством искажений, он должен иметь максимально большой запас по мощности выходного сигнала. Этот запас мощности обычно ограничен предельной мощностью усилителя. Каждая из частотных полос системы звуковоспроизведения должна иметь свое значение предельной мощности, так как мощность между различными частотными полосами звукового сигнала распределяется не равномерно. Теоретические расчеты показывают, что предельная мощность усилителей низкочастотной полосы должна быть вдвое выше предельной мощности усилителей среднечастотной полосы, которая должна быть в два раза выше предельной мощности усилителей высокочастотной полосы. Однако эти расчеты не принимают во внимание множество практических обстоятельств. В таких расчетах звуковым сигналом считают ровный музыкальный сигнал, параметры которого всегда находятся примерно в одном и том же диапазоне значений. Звуковые сигналы, используемые в рок-музыке, имеют огромный разброс параметров, крайние значения которых образуют чрезвычайно широкие диапазоны. Для того, чтобы обеспечить неискаженное усиление этих сигналов, требуются очень высокие значения предельной мощности усилителей системы звуковоспроизведения. Например, чтобы обеспечить качественное усиление звука в зале средних размеров, мощности усилителей полос средних и низких частот должны составлять около 400 вт. при нагрузке 8 ом. В системе звуковоспроизвеления концертного комплекса канал усиления средних частот занимает особое положение. Мощность усилителей этого канала должна позволять воспроизводить пики и броски уровней, которыми насыщено звучание рок-музыки, без ограничений и искажений. Мощность усилителей канала средних частот для среднего зала должна быть не менее 200 вт. Ее верхнее значение также определяется из условия неискаженной передачи пиковых значений амплитуд. Высокочастотные составляющие, усиливаемые этим каналом, должны звучать ясно и чисто, а щелчки и удары - предельно естественно. Когда выходной сигнал усилителя достигает максимального значения возрастание его амплитуды прекращается. Поэтому дальнейшее увеличение уровня входного сигнала приведет не к увеличению громкости выходного сигнала, а к ограничению его максимальных амплитуд. В результате этого ограничения выходной сигнал усилителя искажается, и его форма начинает приближаться к прямоугольной. Подобное искажение формы выходного сигнала усилителя вынуждает работать подключенные к нему акустические системы в тяжелом переходном режиме. При высоком уровне выходного сигнала подвижная система громкоговорителей акустических систем приобретает очень мощный импульс движения. Если ограничение выходного сигнала происходит достаточно резко, то сила торможения подвижных систем громкоговорителей, вызванная ограничением выходного сигнала, может быть очень большой. Так как процесс торможения подвижных систем громкоговорителей занимает некоторое время, после начала ограничения подвижная система громкоговорителей останавливается не сразу, пытаясь продолжить дальнейшее движение. Из-за этого амплитуда колебания подвижной системы громкоговорителей превышает предельно допустимую, в цепи громкоговорителей начинает течь сильный переходный ток, а звуковой сигнал дополнительно искажается. Таким образом, режим жесткого ограничения выходного сигнала усилителя мощности способствует выходу громкоговорителей акустических систем из строя.

При максимальном неискаженном выходном сигнале усилителя, имеющего выходную мощность 200 вт., мощность выходного сигнала также будет составлять 200 вт. Звучание такого выходного сигнала будет чистым и естественным.

При условии амплитудного ограничения выходного сигнала усилителя мощность выходного сигнала не увеличивается, составляя те же 200 вт. Однако крутизна нарастания сигнала возрастает и форма выходного сигнала начинает приближаться к прямоугольной. За счет роста этой крутизны амплитуда колебаний подвижных систем громкоговорителей увеличивается, превышая предельно допустимую мощность громкоговорителей.

Кратковременное пиковое превышение мощности, амплитуда которой может в несколько раз превышать предельно допустимую мощность громкоговорителей, может привести к разрушению громкоговорителей. Если ограничение выходного сигнала, производимое усилителем при превышении его предельной мощности, происходит плавно, пиковая мощность сигнала громкоговорителей имеет гораздо меньшее значение. Тем не менее такое ограничение также опасно для громкоговорителей, если их предельно допустимая мощность меньше пиковой мощности, вызванной ограничением. В этом случае ограничение приводит к снижению срока службы громкоговорителей.

Для иллюстрации этого явления можно провести аналогию между режимом работы громкоговорителей в режиме ограничения и движением автомобиля по ухабистой дороге. Определенное расстояние по дороге, состоящей из сплошных выбоин и ям, вы, конечно, проедете, но рано или поздно ваш автомобиль разломится надвое.

Работа громкоговорителей в режиме ограничения напоминает движение автомобиля по ямам и ухабам. Резкие ударные нагрузки рано или поздно приведут к разрушению.