Глава 8

Усилители

УСИЛИТЕЛИ

Из всех электронных систем концертного ком­плекса максимальная нагрузка приходится на систе­му усилителей мощности, основным назначением которой является преобразование напряжений элек­трических звуковых сигналов в токи, достаточно сильные, чтобы раскачивать огромные массы возду­ха в зале.

Традиционной формой исполнения усилите­лей мощности являются прямоугольные ящики, достаточно большие и тяжелые, которые укрепля­ются в специальных рэковых стойках при помощи четырех болтов. Усилители мощности, предназна­ченные для использования в составе профессио­нальных систем звуковоспроизведения, должны иметь специальную защиту от влаги и вентиляцион­ную систему, обеспечивающую их непрерывную работу в течение длительного времени при макси­мальной мощности нагрузки. Необходимость вы­полнить все эти условия приводит к увеличению размеров и массы профессиональных усилителей мощности.

Тем не менее с развитием технологии произ­водства электронной техники, масса м размеры усилителей мощности постепенно снижаются, а их электрическая мощность возрастает. Постоянно уве­личиваются точность и надежность работы усилите­лей, в состав которых включаются все более слож­ные средства защиты. Масса и размеры источников питания усилителей постепенно понижаются, а схе­мотехнические решения совершенствуются.

Обычный профессиональный усилитель мощ­ности занимает пространство в 4 рэка высотой, то есть около 18 см., и весит до 35 кг. Однако самые последние модели усилителей имеют высоту в 2 рэка, а их вес понизился до 15 - 20 кг. Несмотря на такие относительно небольшие размеры, компакт­ность усилителей продолжает повышаться, что спо­собствует снижению затрат на их перевозку и уста­новку.

Усилители мощности системы звуковоспро­изведения постоянно находятся под большой на­грузкой, поэтому им необходим соответствующий уход и контроль. Необходимо строго соблюдать порядок и правильность подключения усилителей, так как случайно выведенный из строя усилитель

мощности может попутно испортить любое пои ключенное к нему оборудование.

ВКЛЮЧЕНИЕ И ВЫКЛЮЧЕНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Усилители мощности всегда включаются последнюю очередь, а выключаются в 1Щ вую.

При включении питания усилителей мошне сти нужно придерживаться следующего порядка.

1. Убедитесь, что все усилители мощносп системы звуковоспроизведения выключ* ны, а регуляторы уровней устройств, пода ющих сигнал на входы усилителей, вывеж ны.

2. Включите питание микшерного пульта i устройств обработки звука.

3. Выдержав паузу в 10 сек., включите питани

усилителей мощности.

4. Подайте входные сигналы поочередно в каждый из усилителей, выдерживая паузи длительностью около 5 сек.

5. Убедитесь в том, что все вентиляторы сие темы охлаждения усилителей функционм руют, и проверьте звучание каждого к усилителей в отдельности, подавая сигна] на вход каждого из усилителей в теченн некоторого промежутка времени. Поели этого можно подавать сигналы на входъ всех усилителей сразу.

Усилители мощности, применяемые в систе­мах воспроизведения звука концертных комплек­сов, обычно не имеют регуляторов уровней входньо сигналов и всегда работают на полную мощность Регулировка уровней их сигналов производится « помощью регуляторов уровней выходных сигнал»! микшерного пульта, а максимальное значение этш уровней устанавливается с помощью регуляторе! уровней кроссовера.

Включение питания усилителей мощности должно производиться только после включенш питания всех остальных систем комплекса, потом? что при включении эти системы могут создавать сильные броски выходного напряжения. Если тако!

64

сигнал попадет на вход включенного усилителя мощности, то этот усилитель преобразует этот сиг­нал в очень мощный бросок тока, который может превысить предельно допустимый ток нагрузки это­го усилителя, что может привести к перегоранию его защитных предохранителей. По этой причине по­очередное включение отдельных усилителей произ­водится при отсутствии входного сигнала и с пауза­ми, длительность которых достаточна для полного прекращения переходных процессов включения в источниках питания усилителей.

Выключение питания усилителей мощности системы звуковоспроизведения производится в по­рядке обратном включению.

При длительной непрерывной работе под на­грузкой усилители, особенно усилители, имеющие низкоомную нагрузку, сильно нагреваются. Поэто­му необходимо использовать каждый удобный слу­чай, чтобы дать им охладиться. Работающие усили­тели нуждаются в притоке большого количества холодного воздуха, поэтому их надо располагать так, чтобы обеспечить бесприпятственный доступ возду­ха к их вентиляционной системе. Нельзя распола­гать стойки с усилителями вплотную около стен, накрывать их или загораживать их вентиляционные отверстия драпировочной тканью, которую может засосать в эти отверстия. Если в усилителях мощно­сти предусмотрена защита от перегрева, то непра­вильное размещение усилителей может привести к их отключению во время концерта. После отключе­ния эти усилители, как правило, не удается вклю­чить до тех пор, пока они не остынут.

Проводя концертные выступления на откры­том воздухе, располагайте усилители в тени и защищайте их от попадания любой влаги. Не давайте им намокнуть ни при каких условиях, так как влага превосходно прово­дит электрический ток. Помните также, что человеческое тело, особенно при попа-дении влаги, тоже является хорошим про­водником тока.

ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ

С УСИЛИТЕЛЯМИ МОЩНОСТИ

• Постоянно следите за исправностью работы

вентиляторов системы охлаждения.

• Производите очистку вентиляционных филь-

тров как можно чаще.

• Регулярно проверяйте состояние и надеж­ ность разъемных соединений усилителей.

• Производите периодическую замену пре­ дохранителей.

• Непременно заземляйте все усилители мощ-

ности.

• Старайтесь иметь в стойке усиления хотя бы

один запасной усилитель мощности.

• Берегите усилители от перегрева и попада­ния влаги.

ПОРЯДОК УСТРАНЕНИЯ ПРОСТЕЙШИХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

1. Выключите усилитель и отсоедините его от сети электропитания. Не прикасайтесь к частям и деталям включенного усилителя, так как питание электрических схем и блоков усилителя мощности имеет высокое напряжение, которое может дости­ гать 120 вольт.

2. Обращайтесь с только что отключенным усилителем осторожно, так как некоторые из его конденсаторов могут хранить опасное для жизни напряжение в течение очень длительного промежут­ ка времени. Старайтесь не ремонтировать усилитель самостоятельно, обращайтесь к квалифицирован­ ному специалисту.

3. Проверьте исправность всех предохраните­ лей. В усилителях предусматриваются отдельные предохранители для сетевого питания и для цепей постоянного тока, которые обычно располагаются с левой и с правой стороны на задней стенке усили­ теля. При неожиданном перегорании одного из предохранителей усилителя, произведите замену всех его предохранителей. Если предохранители посто­ янно находятся под длительным воздействием силь­ ного тока, они постепенно становятся менее надеж­ ными и более хрупкими, и рано или поздно начина­ ют неожиданно перегорать. Поэтому, чтобы исклю­ чить случайное перегорание предохранителей во время концерта, меняйте их заблаговременно. Если извлеченный предохранитель выглядит целым, про­ верьте надежность закрепления его контактных пло­ щадок, подвижность которых может вызвать их отсоединение от предохранительного элемента. В прочих сомнительных случаях проверку предохра­ нителей нужно производить при помощи омметра.

4. Вряд ли вы можете считаться хорошим звукооператором, если во время концерта у вас случайно не окажется запасного предохранителя. Однако, если такое все-таки произойдет, вышедший

65

из строя предохранитель можно временно восстано­вить. Для этого нужно припаять к обеим контакт­ным площадкам неисправного предохранителя с его наружной стороны один проводник из экранирую­щей оплетки микрофонного соединительного кабе­ля. Разумеется, самодельный предохранитель после концерта должен быть немедленно заменен стан­дартным.

ОДИН ПРОВОДНИК

5. Заменяя неисправный предохранитель в усилителе мощности, никогда не применяйте 35-амперные предохранители из цепей питания даль­него света транспортных грузовиков. Большинство предохранителей усилителей мощности рассчитаны на ток от 3 до 5 ампер. Если величина тока, на которую были рассчитаны сгоревшие предохрани­тели, вам неизвестна, а предохранители, рассчитан­ные на ток в 5 ампер, перегорают, можно попробо­вать поставить вместо неисправных предохраните­ли, рассчитанные на большой ток. Однако в этом есть определенный риск, так как сгорание предох­ранителя может быть вызвано внутренней неисп­равностью усилителя, и попытка установить пре­дохранитель, имеющий более высокий предельный ток, чем требуется, может привести к полному разрушению усилителя. Чтобы этого избежать, луч­ше воспользоваться запасным усилителем мощнос­ти и предоставить возможность выяснить причину неполадки специалисту.

Не применяйте при замене неисправных пре­дохранителей усилителей мощности пре­дохранители, предназначенные для работы в цепях специального назначения.

6. В случае, если вышел из строя один из усилителей основной системы звуковоспроизведе­ния, его можно заменить усилителем из мониторной системы, при условии, что это не нарушит работос­пособности всего комплекса. В большинстве случа-

ев мониторная система может выдержать некс увеличение ее нагрузки, а отсутствие среднеча ного канала в основной системе звуковоспроизв ния скомпенсировать практически невозможно. |

7. Проверьте исправность и целостно разъемных соединений усилителя в цепи пита* также в цепях его входного и выходного сигна Особенно внимательно следует проверять джеко соединители, потому что джеки не всегда дост но прочно держатся в гнездах. Нарушение надез сти соединения может иногда произойти и в ее нителях типа XLR, часто применяемых для выхс усилителей. Обжимные контакты этих соедш лей со временем расшатываются и перестают уде живать штыри соединителей. Если провода, поде единяемые к выходу усилителя, зажимаются raf ми, убедитесь, что оголенные концы этих провол не касаются друг друга и корпуса усилителя. Пр верьте работоспособность вентилятора системы < лаждения усилителя и чистоту воздушного фильт

Если все предпринятые вами попытки закс чатся неудачей, используйте запасной усилитель i обращайтесь за помощью в техническую службу.

ПРЕДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ УСИЛЕНИЯ

Для того, чтобы усилитель производил усиди ние с минимальным количеством искажений, он должен иметь максимально большой запас по мои» ности выходного сигнала. Этот запас мощносп обычно ограничен предельной мощностью усил: ля. Каждая из частотных полос системы звуковое] роизведения должна иметь свое значение преде, ной мощности, так как мощность между различ ми частотными полосами звукового сигнала расп деляется 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-1 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 качественое уси­ление звука в зале средних размеров, мощности усилителей полос средних и низких частот должны составлять около 400 вт. при нагрузке 8 ом. В

66

системе звуковоспроизведения 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.

Предельная мощность неискаженного сигнала усилителя.

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.

Предельная мощность выходного сигнала усилителя, при амплитудном ограничении этого сигнала.

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.

Мощность сигнала в цепи громкоговорителей при амплитудном ограничении.

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

67

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.

МОЩНОСТЬ УСИЛИТЕЛЯ И СОПРОТИВЛЕНИЕ НАГРУЗКИ

Способность усилителя создавать сигнал оп­ределенной мощности характеризуется величиной тока, который усилитель может создать в подклю­ченной к нему нагрузке. Для того, чтобы не привя­зываться к численному значению этого тока, для характеристики мощности усилителей используют комплексный параметр среднеквадратичной мощ­ности, создаваемой усилителем в нагрузке, имею­щей определеное сопротивление. Этот параметр является единственной характеристикой усилите­лей, позволяющей точно сравнивать между собой мощности различных типов усилителей. Так как далеко не каждый потребитель усилительной техни­ки иммет точное представление о процедуре изме­рения мощности усилителя, различные производи­тели приводят в технических описаниях усилителей такие значения выходной мощности, которые на­блюдаются только при соблюдении определенных условий, характерных для данного типа усилителя. Эти условия обычно подбираются так, чтобы чис­ленное значение выходной мощности усилителя было максимальным. Сравнить мощности усилите­лей по этим параметрам достаточно сложно, так как для этого необходимо полностью учесть все факто­ры процедуры измерения.

В связи с различными условиями измерения различают номинальную мощность, макмимальную мощность, пиковую и мгновенную мощности, му­зыкальную мощность, мгновенную пиковую музы­кальную мощность и т.п. Все эти параметры мощ­ности характеризуют работу усилителей с самых разнообразных сторон, однако реально мощность усилителя можно оценить только по параметру среднеквадратичной мощности. В Соединенных Штатах контроль за стандартизацией процедуры измерения осуществляется Федеральной Торговой Комиссией. Эта комиссия периодически публикует отчеты с результатами стандартных измерений, сре­ди которых можно найти параметры среднеквадра-

тичной мощности различных усилителей, опреде­ленные по уровню гармонических искажений 0.1%.

Сопротивлением нагрузки усилителя мощно­сти является внутреннее сопротивление подклю­ченных к его выходу акустических систем. Чем выше это сопротивление, тем меньшую мощность усили­тель может отдать в нагрузку. Величина сопротивле­ния нагрузки стандартизируется. Обычно усилители мощности рассчитаны для работы с нагрузкой, име­ющей сопротивление 8 и 4 ом.

На нагрузке, имеющей внутреннее сопротив­ление 4 ом, усилитель отдает большую мощность, чем на нагрузке с сопротивлением 8 ом. Для идеаль­ного усилителя эта мощность в 2 раза выше, что определяется отношением сопротивлений различ­ных нагрузок. Однако, так как реальный усилитель обладает своим собственным сопротивлением, при уменьшении сопротивления нагрузки в два раза отдаваемая реальным усилителем мощность возрас­тает в несколько меньшей степени. Например, если усилитель отдает мощность 300 вт. на нагрузке с сопротивлением 8 ом, то на нагрузке с сопротивле­нием 4 ом тот же усилитель будет отдавать около 500 вт.

Внутреннее сопротивление усилителя создает еще одну проблему. Чем выше сопротивление его выхода, тем большую часть выходной мощности усилитель будет превращать в тепло. Доля рассеива­емой усилителем выходной мощности также сильно возрастает с уменьшением сопротивления нагрузки. Например, тепловые потери мощности усилителя с нагрузкой 4 ом. в 2 раза выше, чем с нагрузкой 8 ом. С нагрузкой сопротивлением 2 ом тепловые потери мощности будут в 4 раза превышать потери того же усилителя, если к нему подключена нагрузка, име­ющая сопротивление 8 ом. Это явление приводит к тому, что при низких сопротивлениях нагрузки работа усилителя становится малоэффективной, а сам усилитель сильно перегревается. Поэтому под­ключать к выходу усилителя нагрузку, имеющую сопротивление меньше номинального, не рекомен­дуется. Повышение эффективности работы усили­теля является очень сложной технической задачей. Производителям радиоэлектронной аппаратуры приходится увеличивать сложность конструкций усилителей - разрабатывать громоздкие системы охлаждения и отвода тепла, применять стабилизато­ры температуры и специальные высокоэффектив­ные источники питания - только для того, чтобы увеличить отдаваемую усилителями мощность.

СОГЛАСОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ С ВЫХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ УСИЛИТЕЛЯ

Сопротивление нагрузки усилителя всегда должно соответствовать номинальному сопротивле­нию нагрузки усилителя. Поэтому различные на-

68

2 ОМ

грузки, подключаемые к усилителю и имеющие различные сопротивления должны соединяться так, чтобы их общее сопротивление было равно номи­нальному.

оо

УСИЛИТЕЛЬ

4 ОМ

• Правильное соединение двух нагрузок с сопротивлением 8 ом образует нагрузку с сопротивлением 4 ом.

• Параллельное соединение четырех нагру­ зок, каждая из которых имеет сопротивле­ ние по 8 ом, даст нагрузку с сопротивлени­ ем 2 ом.

Последовательное соединение нагрузок усилителя.

Если нагрузку, имеющую сопротивление 32 ом, подключить к усилителю, мощность которого на сопротивлении 8 ом равняется 300 вт, то отдаваемая этим усилителем мощность понизится до 75 вт. Если вам нужно подключить к выходу усилителя несколь­ко маломощных нагрузок, внутреннее сопротивле­ние каждой из которых равно номинальному сопро­тивлению нагрузки усилителя, можно поступить следующим образом.

• При последовательном соединении двух пар параллельно соединенных нагрузок внут­реннее сопротивление системы остается равным внутреннему сопротивлению од­ной из нагрузок, при условии, что сопро­тивление всех нагрузок одинаково.

16 ОМ

Параллельное соединение нагрузок усилителя.

Не подключайте к выходу усилителя нагрузку с сопротивлением 2 ом, если усилитель не рассчитан на работу с такой нагрузкой. Слишком низкое сопротивление нагрузки опасно для усилителя и может привести к его повреждению.

• Последовательное соединение двух нагру­ зок с сопротивлением 8 ом образует нагруз­ ку с сопротивлением 16 ом.

• Последовательное соединение четырех на-

грузок, каждая из которых имеет сопротив­ление по 8 ом, даст нагрузку с сопротивле­нием 32 ом.

Последовательно-параллельное соединение нагрузок усилителя.

Сопротивление системы, нагрузок можно рас­считать следующим образом. При последователь­ном соединении нагрузок их сопротивления скла­дываются. Если сопротивление всех нагрузок оди­наково, то при их параллельном соединении общее сопротивление нафузки равно сопротивлению од­ной нафузки, деленному на число нафузок.

69

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

• Следите за правильностью подключения усилителей и акустических систем.

• Предохраняйте усилители от перегрева.

• Предохраняйте усилители от попадания влаги.

• Предохраняйте усилители от ударов.

• Строго соблюдайте условие согласования выхода усилителя с сопротивлением его нагрузки.

• Перед концертом подготавливайте ком­ плект запасных предохранителей, рассчи­ танных на соответствующий предельный ток, и запасной усилитель.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Импенданс

Импендансом называют выходное сопротив­ление источника сигнала или входное сопротивле­ние приемника при их согласовании. Величина этого сопротивления измеряется в омах и часто имеет частотнозависимый характер. При согласо­ванном соединении источника и приемника сигна­ла сопротивление приемника в несколько раз пре­вышает сопротивление источника. Симметричное подключение микрофона обычно бывает низкоим-пендансным, а несимметричное подключение элек­трогитары - высокоимпендансным.

Килогерц

Единица измерения тысяч колебаний в секун­ду. 1 КГц - 1000 Гц.

Уровень линии

Уровень линии, линейное напряжение или уровень линейного выхода и входа - это стандартное номинальное напряжение, уровень которого при-

нят равным 0 дБ. Величина этого напряжения моа быть различной и зависит от стандарта прш для каждого определенного типа аппаратуры, может находиться в диапазоне 0.2 - 1 в. Сигнал! относящиеся к группе линейных, в отличие сигналов микрофонов, являются высокоуровнев ми. Источниками таких сигналов могут быть эле тронные музыкальные инструменты, различные; тройства обработки звука, аппараты магнитной писи и воспроизведения, преобразователи уровне согласующие устройства и т.п.

Лимитер

Лимитером называется преобразователь ди? мического диапазона, аналогичный компрессору, < которого он отличается более высокой степе? сжатия, более высоким порогом сжатия и мены временем срабатывания. Основное назначение ли-| митера - сглаживание резких выбросов и пике звукового электрического сигнала, ограничение ве-| личины его максимальной амплитуды.

Фильтр низких частот

Фильтром низких частот называется элект-1 ронное устройство, пропускающее низкочастотные 1 составляющие спектра проходящего через него сиг­нала и ослабляющее высокочастотные. В зависимо­сти от того, в каком участке частотного диапазона находится граничная частота фильтра, фильтр ниж­них частот может также называться фильтром среза высоких частот.

Октава

Октава - это единица измерения относитель­ного изменения частоты звукового сигнала, приме­няемая в музыке. Интервалу изменения высоты тона в 1 октаву соответствует увеличение его частоты, а понижению - уменьшение частоты тона.

Ом

Ом - это единица измерения электрического сопротивления.

70