Elektronik Audio

Audio listrik

Daya audio adalah daya listrik yang ditransfer dari penguat audio ke loudspeaker , diukur dalam watt . Paratenaga listrik dikirim ke loudspeaker, bersama dengan nya sensitivitas , menentukan tingkat kekuatan suarayang dihasilkan (dengan sisanya diubah menjadi panas).

Amplifier terbatas dalam energi listrik yang mereka dapat memperkuat, sementara pengeras suara terbatas dalam energi listrik mereka dapat dikonversi ke suara energi tanpa mendistorsi sinyal audio atau menghancurkan diri mereka sendiri. Ini peringkat daya yang penting bagi konsumen menemukan produk yang kompatibel dan pesaing membandingkan.

Penanganan Daya

Dalam elektronik audio , ada beberapa metode mengukur output daya (untuk hal-hal seperti amplifier) ​​dan kapasitas penanganan daya(untuk hal-hal seperti pengeras suara). Pertanyaan ini memiliki teknik, peraturan (perlindungan konsumen dan periklanan), dan aspek psychoacoustical dan, dalam arti serius, jauh lebih kompleks daripada bisa dibayangkan.

Amplifier dinilai sebagian oleh kapasitas output daya mereka. Dan dalam kepentingan mampu untuk mengiklankan jumlah output daya yang lebih tinggi, produsen di AS (dan di tempat lain) mulai mengambil keuntungan dari sifat yang sangat variabel sinyal audio yang paling (sumber terutama musik) dan untuk mengutip output puncak (cukup singkat dan jarang berkelanjutan untuk panjang) sebagai penguat daya.Karena tidak ada standar, pendekatan imajinatif datang untuk menjadi begitu umum bahwa AS Federal Trade Commission campur tangan di pasar dan dibutuhkan semua produsen amplifier untuk menggunakan teknik berbasis mengukur (root-mean square) di samping nilai lain yang mereka mungkin mengutip.

Amplifier, karena perangkat elektronik, memiliki keterbatasan daya yang berasal dari kedua sifat mereka listrik dan mekanik. Semua amplifier menghasilkan panas sebagai produk sampingan dari operasi mereka, dan jika panas yang dihasilkan terlalu cepat, suhu akan naik cukup tinggi untuk komponen kerusakan. Selain itu, untuk setiap beban listrik yang diberikan, daya yang lebih tinggi berarti tegangan yang lebih tinggi dan disampaikan saat ini, dan baik dapat melebihi kapasitas satu atau lebih komponen penguat.

Tidak ada daya loudspeaker yang sama penanganan metode pengukuran di Amerika Serikat, masalah ini jauh lebih sulit sebagai sistem loudspeaker banyak kapasitas daya penanganan yang sangat berbeda pada frekuensi yang berbeda (misalnya, tweeter yang menangani sinyal frekuensi tinggi secara fisik kecil dan mudah rusak, sedangkan woofer yang menangani sinyal frekuensi rendah yang lebih besar dan lebih kuat) di samping variasi yang besar yang sebelumnya dikutip dalam tingkat daya yang melekat dalam sinyal musik disajikan untuk pengeras suara.

Untuk pengeras suara, ada juga aspek termal dan mekanik untuk penanganan daya maksimum. Tidak semua energi yang dikirim ke pengeras suara dipancarkan sebagai suara. Pada kenyataannya, sebagian besar diubah menjadi panas, dan panas yang tidak boleh naik terlalu tinggi atau kerusakan akan mengikuti. Sinyal tingkat tinggi selama jangka waktu lama dapat menyebabkan kerusakan termal, beberapa di antaranya akan segera jelas, tetapi banyak akan memiliki efek mengurangi umur panjang atau margin kinerja. Selain itu, komponen loudspeaker memiliki batasan mekanik yang dapat dilampaui oleh bahkan puncak daya yang sangat singkat; contoh adalah jenis yang paling umum dari driver loudspeaker, yang tidak dapat bergerak atau keluar lebih dari batas tertentu tanpa kerusakan mekanis.

Perhitungan Daya

Sebuah grafik dari daya sesaat dari waktu ke waktu untuk gelombang, dengan daya puncak berlabel P ₀ dan daya rata-rata berlabel P _avg

Karena daya sesaat dari AC gelombang bervariasi dari waktu ke waktu, listrik AC , yang meliputi daya audio, biasanya diukur sebagai rata-rata dari waktu ke waktu. Hal ini didasarkan pada rumus ini: ^[1]

Untuk murni resistif beban , sebuah persamaan sederhana dapat digunakan, didasarkan pada root mean square (RMS) nilai dari bentuk gelombang tegangan dan arus:

Dalam kasus nada sinusoidal stabil (bukan musik) menjadi beban resistif murni, ini dapat dihitung dari amplitudo puncak dari tegangan gelombang (yang lebih mudah untuk mengukur denganosiloskop ) dan resistensi beban itu:

Meskipun pembicara tidak murni resistif, persamaan-persamaan yang sering digunakan untuk pengukuran daya perkiraan untuk sistem tersebut.

Contoh

Ideal (100% efisien) push-pull amplifier dengan pasokan 12-volt dapat berkendara sinyal sinusoidal dengan amplitudo puncak 6 V. Ketika terhubung ke 8 ohm speaker ini akan memberikan:

Jadi output dari sebuah amplifier audio mobil murah dibatasi oleh tegangan dari alternator . Dalam sistem mobil yang paling aktual, amplifier yang terhubung dalam sebuah jembatan diikat beban konfigurasi, dan impedansi speaker tidak lebih tinggi dari 4 Ω. Tinggi daya amplifier mobil menggunakan konverter DC-DC untuk menghasilkan tegangan suplai yang lebih tinggi.

listrik terus-menerus (Continuous power)

Peringkat daya berkelanjutan adalah pokok dari spesifikasi kinerja untuk amplifier audio dan, kadang-kadang, pengeras suara. Daya secara terus menerus kadang-kadang salah disebut sebagai RMS kekuasaan dan berasal dari root mean square (RMS), sebuah metode untuk mengukur tegangan AC atau arus.

Pada tahun 1974 Peraturan Amplifier yang dimaksudkan untuk memerangi kekuatan realistis klaim yang dibuat oleh banyak produsen hi-fi amplifier, yang FTC diresepkan pengukuran daya secara terus menerus dilakukan dengan sinyal gelombang sinus pada kutipan iklan dan spesifikasi untuk amplifier dijual di AS. Biasanya, spesifikasi daya sebuah penguat adalah dihitung dengan mengukur tegangan output nya RMS, dengan sinyal gelombang sinus kontinyu, pada awal-kliping sewenang-wenang didefinisikan sebagai persentase dinyatakan distorsi harmonik total (THD)-ke resistensi beban tertentu. Khas beban yang digunakan adalah 8 dan 4 ohm per saluran; amplifier yang digunakan dalam audio profesional juga ditentukan pada 2 ohm.

Pengukuran daya berkelanjutan tidak benar-benar menggambarkan sinyal yang sangat bervariasi ditemukan dalam peralatan audio tapi secara luas dianggap sebagai cara yang masuk akal untuk menggambarkan kemampuan maksimal output penguat. Kebanyakan amplifier mampu daya yang lebih tinggi jika didorong lebih jauh ke dalam kliping, dengan peningkatan yang sesuai pada distorsi harmonik , sehingga output power rating terus menerus dikutip untuk amplifier harus dipahami sebagai daya maksimum (pada atau di bawah jumlah yang diterima tertentu distorsi harmonik) pada pita frekuensi bunga. Untuk peralatan audio, ini hampir selalu rentang frekuensi pendengaran manusia nominal, 20Hz sampai 20 kHz. Peralatan elektronik lain dimaksudkan untuk menangani frekuensi-frekuensi lain.

Dalam pengeras suara, kapasitas termal dari struktur kumparan suara dan magnet sangat menentukan peringkat daya penanganan terus menerus. Namun, di ujung bawah dari rentang frekuensi yang digunakan loudspeaker, penanganan daya yang selalu mungkin derated karena batas pesiar mekanik. Sebagai contoh, sebuah subwoofer dinilai di 100 watt mungkin dapat menangani 100 watt daya pada 80 hertz , tetapi pada 25 hertz mungkin tidak mampu menangani kekuasaan hampir sama banyak karena frekuensi tersebut akan, untuk beberapa driver dalam beberapa lampiran, kekuatan driver melampaui batas mekanik yang jauh sebelum mencapai 100 watt dari amplifier. Nilai ("RMS") terus menerus juga disebut sebagai nilai nominal , ada menjadi persyaratan peraturan untuk menggunakannya.

Kekuatan Puncak (Peak power)

Puncak kekuasaan adalah tingkat maksimum kerja atau output energi yang diukur selama periode observasi. Lihat juga: Power-Fisikafisiologi Latihan mengukur puncak kekuasaan dalam evaluasi mereka manusia menghasilkan kapasitas energi. Daya puncak juga mengacu pada waktu hari ketika ada permintaan yang paling untuk listrik, yang membutuhkan daya lebih dari jaringan listrik . Beberapa rencana untuk membuat panggilan infrastruktur energi yang lebih efisien untuk pembangkit listrik yang hanya online pada saat puncak. Puncak kekuasaandi sini mengacu pada jumlah maksimum listrik komponen elektronik mungkin dapat menangani sesaat tanpa kerusakan. Karena sifat yang sangat dinamis dari sinyal audio banyak (misalnya, musik, yang account untuk nama alternatif, listrik musik) ada beberapa pengertian dalam upaya untuk mengkarakterisasi kemampuan peralatan untuk menangani dengan cepat mengubah tingkat daya. Tapi, bagaimana kecil sekejap adalah masalah dari beberapa variasi dari pengamat untuk pengamat dan rating daya puncak adalah selalu lebih dari sedikit tak tentu.

Ini selalu menghasilkan nilai yang lebih tinggi dari angka ("RMS") terus menerus, bagaimanapun, dan sehingga telah menggoda untuk digunakan dalam iklan. Umumnya, apa pun definisi instan digunakan, distorsi juga lebih tinggi untuk sesaat. Sebagai contoh, sebuah penguat (terutama surround sound receiver), mungkin dinilai pada 1.000 watt puncak kekuasaan, namun tingkat distorsi harmonik mungkin 10 persen di bawah kondisi seperti itu. Puncak kekuasaan juga disebut sebagai maks kekuatan atau PMPO (Peak Music Power Output). ^[2]

Puncak kekuasaan adalah cara yang umum untuk menilai kekuatan penanganan elektronik, terutama pengeras suara dan amplifier . Ini adalah rating yang sangat tidak praktis dan berlebihan digunakan oleh produsen untuk membuat produk mereka tampak jauh lebih kuat daripada mereka sebenarnya. Daya puncak mengacu pada jumlah maksimum kekuatan sesuatu yang dapat menangani sebelum kerusakan.Dalam speaker, power rating puncak (juga disebut sebagai "max power" atau Musik Power Output Puncak (PMPO), sering lima atau enam kali lebih besar dari nilai ("RMS") terus menerus. ^{[ kutipan diperlukan ]}

Ambiguitas: antara amplifier, power rating puncak cukup ambigu . karena bervariasi tergantung pada distorsi "diterima" maksimum harmonik^{[ kutipan diperlukan ]} Sebagai contoh, output power rating puncak surround sound receiver sering diambil di 10 persen THD . ^{[ kutipan diperlukan ]}Tingkat umumnya diterima tertinggi total harmonic distorsi dianggap 0,1%. Oleh karena itu, dua peringkat daya output max kadang-kadang diberikan, satu di 0,1% THD, dan satu lagi di THD 10%. ^{[ kutipan diperlukan ]}

Jumlah daya sistem (Total system power)

Daya sistem total adalah istilah yang sering digunakan dalam elektronik audio untuk menilai kekuatan sistem audio. Jumlah daya sistem mengacu pada total konsumsi daya unit, daripada penanganan daya dari speaker atau output daya dari penguat . Hal ini dapat dilihat sebagai agak menipu pemasaran taktik, sebagai konsumsi daya total unit tentu saja akan lebih besar daripada peringkat daya lainnya, kecuali, mungkin, daya puncak dari penguat, yang pada dasarnya adalah nilai berlebihan pula. stereo Shelf dan surround sound receiver sering dinilai menggunakan daya total sistem.

Salah satu cara untuk menggunakan kekuatan total sistem untuk mendapatkan perkiraan yang lebih akurat kekuasaan adalah untuk mempertimbangkan kelas penguat yang akan memberikan tebakan tentang output daya dengan mempertimbangkan efisiensi kelas. Sebagai contoh, kelas AB amplifier adalah sekitar 25 atau efisiensi 50% sedangkan Kelas D amp jauh lebih tinggi; sekitar 80% atau lebih efisiensi.Sebuah efisiensi yang sangat luar biasa untuk Kelas D amp yang spesifik, yang Rohm BD5421efs, beroperasi pada efisiensi 90%. ^[3]

Dalam beberapa kasus, perangkat audio dapat diukur oleh kekuatan sistem total dari semua pengeras suara dengan menambahkan semua peringkat puncak kekuasaan. Banyak home theater dalam kotak sistem dinilai dengan cara ini. Seringkali peringkat daya low-end sistem home theater 'diambil pada tingkat tinggi distorsi harmonik juga; setinggi 10%, yang akan terlihat. ^[4]

Kekuatan gelombang sinus (Sine wave power)

Kekuatan sinus Istilah yang digunakan dalam spesifikasi dan pengukuran daya audio. Suatu ukuran yang bermakna dan dapat diandalkan maksimum daya output dari sebuah penguat audio - atau kekuatan penanganan loudspeaker - rata-rata terus menerus gelombang sinuslistrik. Kekuatan puncak gelombang sinus dari nilai RMS X adalah √ 2 * X; sebaliknya, nilai RMS dari gelombang sinus puncak X adalah (1 / √ 2) * X. Untuk beban resistif, daya rata-rata adalah produk dari arus dan tegangan RMS RMS.

Distorsi harmonik meningkat dengan output daya, output daya maksimum terus menerus dari sebuah penguat selalu dinyatakan dalam persentase tertentu distorsi, katakanlah 1% THD + N pada 1 kHz. Daya yang jauh lebih dapat disampaikan jika distorsi diperbolehkan untuk meningkatkan, beberapa kutipan produsen power maksimum pada distorsi yang lebih tinggi, seperti 10%, membuat peralatan mereka tampil lebih kuat daripada jika diukur pada tingkat distorsi yang dapat diterima.

Di Amerika Serikat pada tanggal 3 Mei 1974, Peraturan Amplifier 16 CFR Bagian 432 (39 FR 15387) adalah instated oleh Federal Trade Commission (FTC) memerlukan daya audio dan peringkat distorsi untuk peralatan hiburan rumah akan diukur dengan cara yang didefinisikan dengan kekuasaan dinyatakan dalam RMS. (Lihat lebih dalam Standar di bagian akhir artikel ini). Istilah yang salah "watt RMS" sebenarnya digunakan di CE peraturan. ^[5]

Pencocokan Power ke loudspeaker

Charles "Chuck" McGregor, saat menjabat sebagai teknolog senior untuk Pekerjaan Akustik Timur , menulis sebuah pedoman untuk audio profesional pembeli untuk memilih amplifier yang ingin benar-ukuran untuk pengeras suara mereka. Chuck McGregor merekomendasikan aturan praktis di mana daya maksimum penguat Peringkat output dua kali terus menerus loudspeaker itu (yang disebut "RMS") rating, memberi atau mengambil 20%. Dalam contoh, sebuah loudspeaker dengan power rating 250 watt terus-menerus akan baik-dicocokkan dengan amplifier dengan output daya maksimum dalam kisaran 400-625 watt. ^[6]