Comprensione della potenza dell'amplificatore

Misurare la potenza di amplificatori e casse.

La potenza dell'amplificatore è probabilmente il parametro più frainteso e abusato di amplificatori e altoparlanti. Tuttavia, è spesso il primo (e forse unico) parametro che le persone guardano quando acquistano un amplificatore o degli altoparlanti.

I responsabili del marketing aumentano la confusione usando termini come potenza RMS, potenza media continua, potenza musicale, potenza di picco, potenza dinamica, potenza massima ecc.

Comprendere la potenza dell'amplificatore aiuterà a comprendere i termini spesso usati (e abusati) per descrivere la potenza dell'amplificatore. Questo articolo spiegherà cos'è la potenza dell'amplificatore e cosa non lo è. Ulteriori articoli spiegheranno come i produttori di amplificatori misurano la potenza, qual è la potenza dei diffusori e come abbinare amplificatori e diffusori. Prima di tutto ciò che dobbiamo capire la potenza dell'amplificatore.

La potenza dell'amplificatore è calcolata, non misurata

Un voltmetro misura la tensione in volt. Un amperometro misura la corrente in ampere (ampere). Un ohmmetro misura la resistenza in ohm. Una qualsiasi di queste misurazioni consentirà il calcolo della potenza dell'amplificatore (in watt). Purtroppo questo significa usare un po 'di matematica e alcune formule. Proverò a mantenerlo semplice e userò solo una formula. Se ti piacciono le formule e vuoi capire come si collegano potenza, tensione, corrente e resistenza, puoi leggere l'articolo sulla legge di Ohm . Altrimenti, accetta la seguente formula:

Potenza = Tensione quadrata divisa per Resistenza.

Usiamo questa formula con un semplice esempio. Supponiamo che tu abbia un amplificatore collegato a un carico di 5 ohm (ho usato 5 ohm per semplificare i calcoli - normalmente sarebbe 4 ohm o 8 ohm per un altoparlante). Con un ingresso sinusoidale costante, si misura 10 volt CA sull'uscita dell'altoparlante dell'amplificatore. Poiché conosci la resistenza (5 ohm) e la tensione (10 volt), puoi calcolare la potenza:

Potenza = (10 volte 10) divisa per 5 = 100/5 = 20 watt. 

Semplice eh? 

Comprensione delle misure CA.

Bene, questo è stato un semplice esempio. In realtà non è così semplice per una serie di ragioni. La maggiore complicazione è che l'output non è un livello costante perché l'input non è un livello costante. Cominciamo con il semplice input di un'onda sinusoidale. L'output sarebbe anche un'onda sinusoidale, in questo modo:

Comprensione dell'amplificatore di potenza - onda sinusoidale

Come puoi vedere, l'input e l'output non sono costanti. Sta continuamente andando su e giù, positivo e negativo. Questo è il caso di qualsiasi segnale CA (corrente alternata). Eppure quando lo misuri con un metro, ottieni una tensione costante. Questo perché un misuratore indica la tensione RMS.

Comprensione della potenza dell'amplificatore - RMS è il 70,7% del picco
RMS sta per Root Mean Square (che ora puoi dimenticare). È un termine matematico per qual'è effettivamente la tensione di lavoro. È un calcolo per determinare l'effetto di riscaldamento equivalente di una tensione CC. Non è necessario essere troppo coinvolti nel modo in cui viene determinato RMS, basta ricordare che è la tensione di lavoro effettiva. È anche la tensione misurata dal misuratore. È il 70,7% della tensione di picco. 

Questo è il caso di tutte le misurazioni CA. Ad esempio, la presa di corrente in alcuni paesi è di 120 volt CA - questa è la tensione RMS. L'onda sinusoidale di 120 volt CA va da +169,5 volt a -169,5 volt o una tensione da picco a picco (pp) di 339 volt. Il 70,7% di 169,5 volt fornisce la tensione RMS di 120 volt. Nei paesi che utilizzano 230 volt, la tensione di picco è di +/- 325,3 volt.

Misurazione della tensione e della corrente dell'amplificatore

OK, ora sappiamo che RMS è l'effettiva tensione di lavoro (e corrente) di CA. In che modo questo ci aiuta a comprendere la potenza dell'amplificatore? Sono contento che tu l'abbia chiesto.

Comprensione della potenza dell'amplificatore: esempio di potenza RMS e picco

Nel nostro semplice esempio sopra abbiamo misurato 10 volt RMS all'uscita dell'amplificatore. Ciò significa che l'output in realtà è passato da +14,14 volt a -14,14 volt. Il 70,7% di 14,14 volt è 10 volt.

Calcolo della potenza dell'amplificatore

Ora la parte divertente. Abbiamo detto in precedenza che la potenza è uguale alla tensione quadrata divisa per la resistenza. Questo è vero in qualsiasi punto lungo l'onda sinusoidale. Quindi se prendiamo il valore della tensione (mostrato in blu) e lo quadriamo (moltiplicandolo per se stesso) e poi lo dividiamo per la resistenza costante (5 ohm), otterremmo la potenza come mostrato in arancione: 

Comprensione della potenza dell'amplificatore: calcolo della potenza di picco

Un paio di cose da notare da questo grafico:

  • Innanzitutto, l'alimentazione CA non diventa positiva e negativa. È sempre positivo. Pertanto, il calcolo RMS non si applica.
  • In secondo luogo, la potenza è di 40 watt picco-picco. Tuttavia, non si può dire che la potenza dell'amplificatore sia di 40 watt perché è solo quella ai picchi di ciascuna onda sinusoidale, non in nessun altro momento.

È possibile utilizzare il nostro calcolatore di potenza, tensione e corrente dell'amplificatore per visualizzare facilmente i valori RMS e di picco per l'amplificatore in base alle specifiche.

Ora diamo un'occhiata ai valori RMS. Nel nostro esempio, sappiamo che la tensione RMS è di 10 volt. Abbiamo visto prima che 10 quadrati sono 100 e 100 divisi per 5 ci danno una potenza calcolata di 20 watt. Vediamo cosa succede quando lo aggiungiamo al nostro grafico:

Comprensione della potenza dell'amplificatore - picco vs RMS

Potenza continua media

Esatto, la potenza di lavoro effettiva è la metà della potenza di picco. In effetti è la media dell'onda sinusoidale di potenza. La potenza media è il livello di potenza che l'amplificatore dovrebbe essere in grado di produrre continuamente. Quindi è noto come la potenza continua media. Le specifiche dovrebbero utilizzare la potenza continua media per indicare la potenza dell'amplificatore. "Potenza continua" è un termine abbreviato di "potenza continua media". Entrambi i termini si riferiscono alla potenza (media) continua, o potenza sostenibile, che un amplificatore può produrre con il carico specificato.   

In molte specifiche per la potenza dell'amplificatore vedrai questo indicato come potenza RMS . Questo non è un termine corretto (perché tecnicamente non esiste una cosa del genere). Sebbene il calcolo della potenza utilizzi la tensione RMS (e / o la corrente RMS se si utilizzano altre formule) il risultato è semplicemente "potenza", non potenza RMS. Come mostrato nel grafico sopra, è la potenza continua media. Tuttavia, per la maggior parte delle specifiche dell'amplificatore, è possibile considerare che la potenza RMS (nonostante sia un termine errato) si riferisce alla potenza continua media.

Picco di potenza

Sfortunatamente alle persone di marketing non piace dire che il loro amplificatore ha una potenza di soli 20 watt, quando considerano che possono davvero dire che ha una potenza massima di 40 watt. Quale compreresti, un amplificatore da 20 watt o un amplificatore da 40 watt? Quando guardi la potenza dell'amplificatore, confronta le mele con le mele: usa sempre la potenza continua media o la potenza RMS erroneamente definita (termine errato ma valore di potenza corretto).

Tuttavia, è legittimo dire quale sia la potenza di picco dell'amplificatore. Nel caso del nostro esempio, è un picco di 40 watt. Ma la potenza di picco dovrebbe sempre essere accompagnata dalla frase "potenza di picco" o qualcosa di simile. La potenza di picco viene spesso definita potenza istantanea.   A volte la potenza dinamica viene anche utilizzata per descrivere la potenza di picco.

capire la potenza dell'amplificatore, la potenza di picco come saltare

È importante ricordare che queste descrizioni sono per la massima potenza che l'amplificatore potrebbe fornire per una frazione di secondo. Non indicano la reale potenza a lungo termine che l'amplificatore è in grado di produrre. È come dire che puoi volare un metro in aria perché puoi saltare un metro in aria - per un breve momento. Non è possibile "volare" continuamente un metro in aria più di quanto un amplificatore possa produrre continuamente la sua potenza di picco.

PMPO

Peak Music Power Output o Peak Music Power (PMP) è un termine di marketing che raramente assomiglia alla realtà. Preferisco dire che PMPO sta per picco di potenza di marketing. È un termine che i marketer usano per far apparire i loro amplificatori molto potenti. L'estremità inferiore del mercato (come altoparlanti per computer più economici e carillon portatili) tende a utilizzare PMPO. Se dovessi essere generoso, direi che arrivano al valore PMPO prendendo il picco di potenza, moltiplicandolo per il numero di canali e poi moltiplicandolo per qualche fattore di marketing sconosciuto tra 10 e 1000. Ad esempio, l'etichettatura su la scatola in questa immagine (marchio rimosso) afferma che questa unità ha un PMPO di 15.000 watt! 

Note sulla potenza dell'amplificatore

La potenza dell'amplificatore non è l'unica specifica da considerare quando si decide un sistema. Potrebbe non essere nemmeno un fattore critico come pensi. Ad esempio, la differenza di livello tra 60 watt e 80 watt è di poco superiore a 1 dB, il che non è molto. Per avere un aumento di livello di 3dB è necessario raddoppiare la potenza dell'amplificatore. Ma questo non significa che il volume sarà raddoppiato, per questo è necessario avere 10 volte la potenza! Per ulteriori informazioni, leggi l'articolo su doppia potenza non è doppio volume .

Se il tuo obiettivo è ottenere il sistema più "rumoroso", devi anche guardare la sensibilità degli altoparlanti. L'uso di un altoparlante con una sensibilità di 91 dB su un altoparlante con una sensibilità di 85 dB produce un guadagno di 6 dB nell'uscita dell'altoparlante per lo stesso segnale. Questo articolo sulla sensibilità degli altoparlanti ha maggiori dettagli.

Testare la potenza dell'amplificatore con un'onda sinusoidale è una dura prova per un amplificatore. Fondamentalmente fa funzionare continuamente l'amplificatore al 100% della capacità. Un'onda sinusoidale non è un normale segnale quotidiano. La musica e la parola hanno molti periodi di livello inferiore al massimo e persino pause. Pertanto un amplificatore non sarà stressato tanto nell'uso normale come quando viene sottoposto a stress test. Quindi alcuni produttori aumentano la potenza nominale e usano frasi come potenza del programma o musica per valutare gli amplificatori. Tuttavia, queste valutazioni non sono definite e non devono essere utilizzate a scopo di confronto.

Variabili con potenza dell'amplificatore

Questo articolo ha delineato la potenza dell'amplificatore, alcuni dei termini utilizzati e un modo di base per calcolare la potenza dell'amplificatore. Tuttavia ci sono un certo numero di altre variabili che dovrebbero essere conosciute se si intende confrontare gli amplificatori in base alla potenza specificata:

  • Mentre una semplice onda sinusoidale è un modo conveniente e relativamente semplice per misurare e calcolare la potenza dell'amplificatore, misura solo la potenza a una singola frequenza. Dovrebbe anche essere capace di questo potere ad altre frequenze. Pertanto, i livelli di potenza continui medi devono essere accompagnati dalla frequenza di prova o dalla gamma di frequenza.
  • La tensione misurata utilizzata nel calcolo è quando l'uscita è al massimo, con nessuna o nessuna distorsione al segnale causato dall'amplificatore. Alcuni produttori misurano l'uscita dell'amplificatore quando funzionano con un'elevata distorsione, fornendo una cifra di potenza gonfiata (anche in questo caso ciò accade soprattutto sui prodotti di fascia bassa). Pertanto, i livelli di potenza continui medi devono essere accompagnati dai valori di distorsione del segnale testati (THD o THD + n espressi in percentuale). Questo dovrebbe essere dell'1% o meno: più basso è, meglio è. Prestare attenzione alle cifre della potenza erogata con il 10% di THD.
  • La corrente, e quindi la potenza, cambia al variare del carico. Un altoparlante da 4 ohm consente più corrente di un altoparlante da 8 ohm, quindi la potenza prodotta dall'amplificatore cambierà. Pertanto, i livelli di potenza dichiarati devono essere ai carichi di prova specificati.
  • Assicurarsi che la potenza dichiarata dell'amplificatore sia con tutti (o almeno 2) i canali dell'amplificatore pilotati a quella potenza. Alcuni produttori forniscono la potenza di uscita solo con un amplificatore in funzione, il che non è una vera indicazione di ciò che l'alimentazione dell'amplificatore può fornire quando tutti i canali sono in funzione.
Tutto ciò sta dicendo che è necessario esaminare attentamente le specifiche quando si confrontano gli amplificatori in base alla loro potenza. Idealmente, la potenza dell'amplificatore dovrebbe essere dichiarata simile alla seguente:

         Potenza dell'amplificatore: potenza media continua di 80 watt @ 8 ohm (2 canali pilotati, THD 0,08%, 20Hz-20kHz)           

Sommario

Abbiamo visto attraverso un semplice esempio che il miglior valore da utilizzare per affermare e confrontare la potenza dell'amplificatore è la potenza continua media o altri termini sinonimi. La maggior parte dei termini che usano "picco" si riferiscono alla potenza possibile per periodi di tempo molto brevi e sono comunemente usati per gonfiare i livelli di potenza sostenibile reale.

Il prossimo articolo esamina i modi nel mondo reale di come viene calcolata la potenza dell'amplificatore, inclusi alcuni dei produttori di amplificatori che dovrebbero aderire a questi test. Ciò aiuterà a comprendere alcuni degli acronimi utilizzati come IEC, AES, DIN e FTC.

Prima di proseguire, di seguito sono riportati altri due termini che sono utili per comprendere quando si parla e / o si legge sull'amplificatore e sulla potenza degli altoparlanti. 

In aggiunta

Se il segnale di ingresso viene amplificato in modo tale che l'uscita sia superiore ai limiti di tensione dell'amplificatore, l'onda sinusoidale verrà troncata in alto e in basso.

Comprensione della potenza dell'amplificatore - onda sinusoidale al 100%

Questo grafico mostra l'onda sinusoidale amplificata al massimo livello senza clipping. Questo è il livello che dovrebbe essere misurato per i calcoli della massima potenza.

Comprensione della potenza dell'amplificatore: clipping al 100%

Questo grafico mostra l'onda sinusoidale sovracorsa dall'amplificatore in modo tale che si stacchi in alto e in basso. Questa distorsione non è solo fastidiosa per l'orecchio, ma anche pericolosa per amplificatori e altoparlanti e dovrebbe essere evitata.

Fattore di cresta

Il fattore di cresta è il rapporto tra la potenza di picco e la potenza continua media, espresso in dB. Nel nostro esempio, la potenza di picco è di 40 watt, la potenza continua media è di 20 watt. Questo è un rapporto di 2: 1 o 3dB. Un amplificatore testato usando una semplice onda sinusoidale (come nel nostro esempio), avrà sempre un fattore di cresta di 3dB. Cioè, per una semplice onda sinusoidale, la potenza di picco sarà sempre il doppio della potenza continua media. 

Per la musica dal vivo, con batteria e altri strumenti a percussione, il crash / bang (picchi) potrebbe essere 10-15 volte superiore ai livelli medi, ovvero un fattore di cresta di 9-12 dB. La tabella seguente delinea la relazione tra i decibel e il rapporto tra potenza di picco e potenza media.  

Fattore di cresta Rapporto di potenza
3dB 2: 1
6dB 4: 1
9dB 8: 1
12dB 16: 1
15dB 32: 1

Queste cifre saranno utili mentre esaminiamo come abbinare gli altoparlanti a un amplificatore.

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