Az erősítők teljesítményéről


    Ha valaki hangosító rendszert szeretne beszerezni, akkor rendszerint az merül fel első kérdésként, hogy mekkora teljesítményű berendezések kellenek? A legtöbb ember elég egyszerűen megfogalmazza az igényeit:

  • Legyen kicsike, lehetőleg férjen bele egy sporttáskába az egész.
  • Nagyon egyszerű legyen a kezelése, maximum egy forgatógomb megengedett. Na jó, esetleg kettő. Ne igényeljen felügyeletet.
  • Szóljon szép tisztán, dinamikusan, akkor is, ha jó nagy hangerő kell.
  • Legyen nagyon olcsó, lehetőleg az egész 100.000 Ft alatt.
  • Ha egy több tízezer fős Madonna koncertet kellene hangosítani szabadtéren, arra is legyen elég a hangereje.

   Azonban ha már kicsit is foglalkoztunk hangosításokkal, akkor tudjuk, hogy a felsorolt öt pont mindegyike éles ellentétben áll a maradék néggyel, de legalább a négyből hárommal. Feltétlenül kompromisszumokat kell tehát kötnünk. Az egész hangosító kérdés hihetetlenül összetett, és apró darabkákban tudunk csak foglalkozni az üggyel. Eddig a hangrendszer vezérlő kontrollerek, a vezetéknélküli mikrofonok és a térmikrofonok kerültek terítékre a korábbi bejegyzésekben, illetve ha itt jobb oldalon a "Rovatok" dobozban rákattintatok a hangtechnika linkre, akkor kilistázza a blog azokat a bejegyzéseket, ahol a témával összefüggő dolgokról van szó. Természetesen minden alkalommal csak a felszínt kapirgáljuk meg, hiszen a mélyebb, szakmai alaposságú elemzésekre nyilvánvalóan nem egy blog való. Ugyanakkor nagyon sok biztatást kaptam a korábbi hasonló bejegyzések kapcsán. Sokan vannak úgy, hogy bár ismerik az alapfogalmakat, mégis belevesznek a gyártók és szakma által néha mesterségesen generált lila ködökbe, nem beszélve a témával kapcsolatos számtalan városi legendáról, melyek tovább fokozzák a bizonytalanságot.

    Most egyetlen témakört nézünk meg egy kicsit alaposabban, az erősítők teljesítményét. A hangrendszer megvásárlása előtt általában ez az első kérdés. Hány wattos legyen a cucc? Mi más megközelítésben szoktunk nekiesni a történet megfejtésének. Milyen körülmények között, hány ember számára, milyen hanganyag továbbítása a cél? Kicsi klub, pár akusztikus hangszer finom kihangosítása? Művelődési ház, sokféle rendezvénnyel? Árubemutatók hangosítása? Iskolai rendezvények? Templom, konferenciaterem? Szabadtéri koncertek? Mind más igényeket vetnek fel. A cél ismeretében lelki szemeink (füleink) előtt legelőször hangfalak, vagy hangfal rendszerek sejlenek fel. A potenciális hallgatóság és az elhelyezési lehetőségek, meg a hangzó anyag nagyjából meghatározzák, hogy milyen konstrukciókban érdemes gondolkodni. Ilyenkor még sohasem wattokban spekulálunk, hanem decibelben, mégpedig az akusztikában használt decibelben, ugyanis a decibelt használjuk az elektronikában is, de most a hangnyomásszintekről van szó. A megkívánt hangosságot aszerint is át kell gondolnunk, hogy mennyire zajos közönséggel van dolgunk, illetve nagyobb terekben figyelembe kell vennünk a hangszórók iránykarakterisztikáját is. A különféle konstrukciójú hangfalak nem egyformán terítik a hangot oldalirányban, illetve föl-le, nekünk pedig arra kéne törekednünk, hogy az egész nézőtéren egyenletesen jó legyen a megszólalás. Az igények és a lehetséges hangfal elhelyezések ismeretében tehát sacc/kábé adódik valamekkora dB érték, ami a feladathoz szükséges. Ez alapján választhatunk hangfalakat, hangfalcsoportokat, amik ezt képesek teljesíteni. A hangfalak adatlápján aztán megtaláljuk, hogy mekkora teljesítményre specifikálja őket a gyár, megadják továbbá, hogy 1 Watt teljesítménnyel meghajtva mekkora hangnyomást keltenek 1 m távolságból mérve. Nos, ez az legfontosabb paraméterünk, a hangfal érzékenysége. A másik érdekes adat a maximális hangnyomásszint, amit SPLmax-ként szoktak megadni. Ezek ismeretében már képet tudunk alkotni az adott hangsugárzó által prezentált hangerőről és dinamikáról. Megnézve az adatlapokat láthatjuk, hogy az egyes hangfalak között sokszor igen nagy különbségek vannak. Vagyis ugyanakkora teljesítményt belepumpálva egyik hatalmasat szól, a másik még csak éppen gondolkodik, hogy megszólaljon-e? Ezért nem érdemes annyira beleveszni a Watt-témába, legalábbis első körben. A hangfalak teljesítményéről és a hatásfokról (vagyis hogy adott teljesítmény hatására mekkora hangnyomásra képes) egy későbbi alkalommal szeretnék majd beszélni, most az erősítőt nézzük meg!
     Vegyük azt az állapotot, amikor már tisztáztuk, hogy milyen hangfal kellene nekünk! Ha komoly gyártóval állunk szemben, akkor nagyjából elhihetjük az adatlapját. Azonban mindjárt van egy zavarbaejtő paraméter az adtok között: a teljesítményre többnyire három adatot adnak meg. A legkisebb a szinuszos, a középső az RMS, a legnagyobb a peak. Régebben a hangszórókra és a hangfalakra csak a szinuszos teljesítményt adták meg. Nem is volt ebből semmi baj, tudhattuk, hogy amíg ebből indulunk ki, addig a hangszórónk jó eséllyel egyben marad. Szinuszos teljesítmény alatt azt a teljesítményt értjük, amit a hangsugárzóra vezetett tiszta szinuszjellel meghajtva képes egy megadott csekély torzítás mellett tartósan lesugározni. Ráadásul mindezt nem csak a szokásos 1 kHz-en illik produkálnia, hanem szélesebb frekvenciasávban is. A gyártók aztán rájöttek, hogy ez egy túl szigorú specifikáció, hiszen a tartós szinuszjel igen nagy igénybevételt jelent. A valódi zenei anyagokban többnyire rövidebb, erőteljes impulzusok, és kevésbé erősen kivezérelt részek váltogatják egymást, és rövid időtartamra a hangsugárzók a szinuszoshoz képest jóval nagyobb teljesítményeket is elviselnek, sőt, még a fülünk számára kellemetlen torzítások sem alakulnak ki. Az ilyen rövidebb időre még feldolgozható teljesítményt gyakran RMS-nek titulálja a gyár, azonban van itt egy terminológiai zűrzavar. Szerintem szerencsésebb, ha zenei teljesítménynek, vagy hasonlónak hívjuk. A peak pedig arra utal, hogy ez a maximális teljesítmény, amit a hangsugárzó rövid időre károsodás nélkül elvisel. Ez már a mesék birodalmába sorolható érték, bár a gyártók szorgalmasan megadják, sok esetben pedig a kereskedők, webáruházak ezt az egy értéket jelenítik meg, mint teljesítményjellemzőt. Nagyon nagy hiba. Amikor egy átlagos árú hangfal adatlapján ilyent látunk: "Teljesítmény 300 / 600 / 1200 W", akkor egy 1200 wattos erősítőnek még a közelébe se tegyük, de még egy 600 wattosnak se. Az igazság a 300 W. Remélhetőleg.
    A kép persze kicsit árnyaltabb. Az erősítőket ugyanis manapság szinte mindig 4 ohm terhelésre specifikálják, a hangfalak zöme pedig 8 ohm impedanciájú. A komolyabb erősítőgyártók megadják, hogy a készülék 4 ohm, 8 ohm, esetleg ettől eltérő impedanciájú hangszórókra mekkora teljesítményt képes leadni. Ha a fenti hangfalunkat nézzük, akkor valószínűleg a 2X500, 2X600 W teljesítmény / 4 ohm - ra speckózott végfokok között fogunk olyanokat találni, amelyek 8 ohmra 280 - 320 W között teljesítenek, és az nekünk elvben jó lesz. Nem lesz túlhajtás, tűzeset, füstbement buli.
    Másrészt ott vannak például a Harman-csoport berendezései. Ők azt mondják, hogy a megadott hangfalteljesítménynél nagyobb (másfél-kétszeres) teljesítményű végfokokat válasszunk, és azokat járassuk kisebb teljesítménnyel. A filozófia tiszta és érthető. Azt mondják, hogy a nagy teljesítményű erősítők visszafogottan járatva teljesen mentesek mindenféle torzításoktól és kiválóan leadják a dinamikát. Ha a kisebb teljesítményű végfokokat a névleges teljesítmény közelében járatjuk, akkor már kezdenek megjelenni a torzítások a kimenő jelben, amiket a hangszórók, különösen a magas sugárzók nagyon rosszul tolerálnak. A Harmannak a JBL és Crown rendszerekkel kapcsolatos filozófiája tehát hibátlan, csak nem értelmezhető a magyar viszonyokra, ahol az elv rendszerint az, hogy szóljon, ami a csövön kifér :) Ráadásul nyilván a nagyobb erősítők magasabb árat is jelentenek, és ez megint nem HU-kompatibilis sajátság. 
    Eljutottunk tehát az erősítőkig. Feltételezzük, hogy tudjuk már, mekkora teljesítményre van szükségünk, nézegetjük tehát a gyártók adatlapjait. Itt sem lehetünk azonban biztosak a dolgunkban. Az utóbbi időszakban nagyon sok olcsó kínai végfok került a forgalomba, és ezek egy része bizony borzasztóan nem tudja a papíron feltüntetett teljesítményt produkálni. Sokan tanácstalanok emiatt a választás előtt, mert nem tudják, hogy az adott készülék valóban tudja-e a dolgát? Annyit mindenképpen mondhatok, hogy a legtöbb neves gyártó (pl. Electrovoice, Dynacord, Crown, Numark, Australian Monitor, Phonic) megfelelnek a deklarált teljesítményadatoknak. Általában a drága végfokok rendben vannak, az olcsóbbakat tekintve (hadd ne mondjak neveket) viszont jó óvatosnak lennünk. Ha kétségeink vannak, akkor pedig némi alap műszerezettség birtokában ellenőrizhetjük, hogy mit tud a végfokunk. 

   A szervizünkbe betévedő emberek gyakran ijedten néznek a kép közepén látható két objektumra, mivel valamiféle robbanó berendezésnek vélik őket. Holott csak a mérésekhez szükséges műterhelések, amiket házilag gyártottam, a szépemlékű Ezermester  és Úttörőboltban bagóért megvásárolt 6 - 6 darab 47 ohm / 160W - os ellenállásokból. Így az eredő ellenállás 47 / 6 = 7,83 ohm, jó közelítés a 8 ohm-ra. A 6-os bombacsomag pedig 960 W teljesítményt jelent, így rövid ideig akár 1000 W-os cuccot is méricskélhetünk, persze akkor már villanykályha üzemmódba megy át. Kell aztán egy tiszta szinuszt kiadni  képes jelgenerátor, aminek a kimenő jelszintje a kellő tartományban szabályozható.
Szükségünk van még egy oszcilloszkópra, amin ellenőrizhetjük a jelalakot. Nem hátrányos, ha ez egy kalibrált szkóp, mert akkor egyből le is olvashatjuk a feszültségértékeket. Ne felejtsük el, hogy a szkópon a PP (csúcstól csúcsig) értékeket olvassuk le, ami ugye 2,83-szor (négyzetgyök2 X 2) nagyobb az effektív értéknél. Nem baj, ha nem kalibrált a szkópunk, mert az effektív értéket elég pontosan tudjuk mérni egy normális multiméterrel. Ezzel szemben viszont az a követelményünk, hogy abban a frekvenciatartományban, amiben mérünk, lineáris legyen. A multiméter adatlapja megadja, hogy mi az a frekvenciasáv, ameddig pontosan mérhetjük a feszültségértéket. Ha nem vagyunk ebben biztosak, akkor elég, ha beállítunk egy amplitúdót kb. 1 kHz-en a szkópon, és eltekerjük a generátort a legmélyebb és legmagasabb frekikre, ahol még mérni akarunk. Ha jó a generátorunk, akkor a szkópon a hangfrekvenciás sávon belül ugyanakkora amplitúdókat látunk. Ha a mérőműszerünk is konstans értéket mér, akkor jók vagyunk. Picike, 1-2 százalékos eltérés persze előfordulhat, ez még házilagos mérésnél elfér.
    A felső képen egy tiszta szinuszt látunk. Ezt a mérendő erősítő kimenetére kapcsolt műterhelésen mérsékelt kivezérlés esetén mérhetjük. Kérdés lehet persze, hogy miért műterheléssel, és miért nem valódi hangfallal terheljük a mérés során az erősítőt? Először is azért, meg simán meg lehetne süketülni. Másodszor, mert ki garantálná, hogy a hangfal túléli? Mint említettem, a papír speckókba vettet bizodalmam mérsékelt. Harmadszor pedig a hangfalak terhelése komplex impedanciát jelent a műterhelés sima ohmikus ellenállásával szemben. Igaz, hogy valós helyzetben szintén ez van az erősítőre akasztva, azonban méricskéléskor ez a süketségtől eltekintve is gondokat okozhatna nekünk.
   Ezen a képen már látható, hogy a szinusz jel alja és teteje kezd kicsit behorpadozni. Füllel még alig lehet hallani, de amikor szinuszos teljesítményt mérünk, akkor idáig már nem engedjük a bemenő jelet. Vagy most szépen visszaveszünk a kivezérlésből, amíg szabályos szinuszt nem látunk, és akkor olvassuk le a műszert. A kapott effektív feszültség érték négyzetét elosztjuk a terhelő ellenállással, és megkapjuk a teljesítményt. 1 kHz-en én most például a méricskélt végfokon 44,6 V-ot kaptam, addig tiszta volt a jel. Ebből kiszámolva a fenti műterhelésre kb. 250W teljesítmény adódik. A mérés természetesen elnagyolt, de ha például a gyártó 350W-ot specifikált volna, mindjárt felháborodhatnánk. A mi esetünkben pont az ellenkezője történt. Egy Crown LPS 800 volt a teszt alanya, amire 8 ohmra mindössze 150 W-ot ad meg a gyár. Az adatlapon persze szerepel, hogy ezt 0,5% THD-ra garantálja, és én ennél biztosan nagyobb torzításig vittem el. Szemmel állítólag nagyjából a 3-5% a szkópon az észlelhetőség alsó határa, de ez nagyon szubjektív. Precíz méréshez torzításmérő is kellene, ami már nem kommersz eszköz. A lényeg viszont az, hogy amíg láthatóan nem torzul a szinusz, akkor még bőven a használható tartományon belül vagyunk az erősítőnkkel. Megmértem 4 ohmra is a cuccot, akkor 350W teljesítményt tudtam kényelmesen kivenni, ami szintén magasabb, mint az adatlapon közölt 300W. Az ok ugyanúgy abban rejlik, hogy én nyilvánvalóan kicsit nagyobb torzítást engedtem meg, mint a gyárilag deklarált 0,5%. De még szemmel most sem látszott semmi a jelen.
   Bemutatok azért egy erősebben torzított jelet is, hozzátéve, hogy a hangosítási gyakorlatban azért előfordulnak ekkora kivezérlések is, de ez már sem a hallgatóság fülének, sem a hangfalnak nem kellemes. A korábban bemutatott, enyhe torzítás mértékét egyébként elég nehéz megítélni, mert még igazi "négyszögesedés" nem látható a képen, hanem arról van szó, hogy a tápegység szűrése ekkora terhelésnél már nem képes tökéletesen tiszta egyenfeszültséget kiadni, és a rátranszponálódó 50 Hz egy kicsit meglátszik a jelen. Ez a szkópon egy picit ingadozó csúcs amplitúdóban látszik. Az igazi négyszögesedés akkor következik be, amikor a kimenő jel amplitúdója (a PP érték) megközelíti a teljes tápfeszültség értékét. Tehát ha például egy erősítőről tudjuk, hogy + / - 25 V a tápfesz, a teljes tápfesz 50 V, akkor tudhatjuk, hogy abból az erősítőből 8 ohmra 39 W-nál többet semmilyen eszközzel nem fogunk tudni kiszedni. Különösen az autóvégfokoknál megy a nagy parasztvakítás. Ott persze arra szoktak hivatkozni, hogy a 12V tápfesz miatt amúgy is hídba kapcsolt végfokokkal növelik a teljesítményt. Azonban, ha például 5A-es biztosíték figyel a 12V-os tápcsatlakozás biztosítéktartójában, akkor bizonyosak lehetünk abban, hogy 12 X 5 = 60 W a maximális teljesítmény, amit az a kütyü összesen ki bír izzadni magából. Ha csak nem valami természetfeletti erők működnek a rendszerben, ám akkor gyanítom, hogy nem autóerősítőkbe kótyavetyélnék el a semmiből energiát termelő szerkezetet.
    Pár szót kell szólni az erősítők tápegységéről is, mert meghatározó fontossággal bírnak a gyakorlati hasznosíthatóság szempontjából. A fenti számolás is azt bizonyítja, hogy a szükséges teljesítményt csak megfelelő tápegységgel szerelt erősítő képes leadni. Ha csökken az erősítőnk számára rendelkezésre álló tápfeszültség, akkor leesik a kimenő teljesítmény is, méghozzá drasztikusan, mivel a már említett négyzetes összefüggés érvényes. De mitől is esne le a feszültség? Például azért, mert az alulméretezett hálózati trafó meg a kicsi pufferelkók nem kompenzálják az erősítő áramfelvételének a kivezérlő jel (zene) ütemében történő változását. Ráadásul a legtöbb sztereó végfok tápfeszültség ellátása egyetlen tápegységről történik, így például a bal oldalon fellépő erős kivezérlés hatására a jobb oldal is "leül" egy kicsit, mert lecsökken a rendelkezésére álló tápfesz. Ilyen értelemben persze a fent leírt mérést is úgy illett volna végezni, hogy mindkét végfokot egyidejűleg terhelve hajtottam volna meg az erősítőt. Akkor kicsit kisebb teljesítmény jött volna ki tisztán. De volt itt akkora tartalék, hogy még bőven a gyári specifikáción belül maradtunk volna.   

   A lényeg szerintem mindenképpen az, hogy a hangfalainkat és az erősítőket átgondolt módon illesszük, és ha nem tudunk garantáltan kiváló minőségű erősítőket beszerezni, akkor legalább legyünk tisztában azzal, hogy készülékünk valójában mire is képes, és ezek ismeretében miként bánjunk vele. Másrészt, igaz ugyan, hogy az erősítőkben gyakran igen rafinált áramköri megoldásokat alkalmaznak, de a konstrukciótól függetlenül a teljesítmény meghatározására vonatkozó mérések és fizikai törvények nem bonyolultak, némi elektronikai jártasság és műszerezettség birtokában akár házilag is elvégezhetők.
 

A bejegyzés trackback címe:

https://bitzenede.blog.hu/api/trackback/id/tr382094509

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

TaRsY 2010.06.22. 13:23:24

Hasznos cikk, köszönjük :)