Wzmacniacz mocy – czego nie wiesz, a co należy wiedzieć?

Pewnego dnia do Zakładu Usługowego, w którym pracuje przyszedł młody człowiek i przyniósł do naprawy samochodową końcówkę mocy. Na obudowie było napisane wielkimi literami 1600 Watt. Napis robił wrażenie. Ten młody człowiek jeszcze zapytał, czy jak podłączy głośnik 1000Watt to czy ten głośnik wytrzyma. Powiedziałem, że na pełnej mocy nie wytrzyma długo. Ale nie o to chodzi. Wziąłem się za naprawę tego monstrum.

Odkręciłem spodnią pokrywę i zaniemówiłem. Na płycie oprócz kilku filtrów nie było nic. A do boków obudowy, która służy jako radiator przykręcone były dwa scalone wzmacniacze po 2*20 Watt każdy. Zasilanie z instalacji pokładowej bez żadnej przetwornicy, czy czegoś podobnego. Zrobiło mi się żal tego młodego człowieka, który był taki dumny, że ma taką potężną końcówkę, która będzie zasilać subwoofer. Spojrzałem jeszcze raz na napis 1600 Watt i dopiero teraz zauważyłem na jednym słupku litery W mały napis P.M.P.O. I wszystko stało się jasne. Jeszcze tylko piorun musi w niego trafić, ale tego już nie napisano.

Normy mocy wzmacniaczy

Skłoniło mnie to do napisania kilku słów na temat mocy wzmacniaczy i chwytów marketingowych czytaj: jawnego oszustwa, jakie stosują producenci sprzętu nagłaśniającego. Od dawna istnieją rozmaite „standardowe” sposoby i normy dotyczące pomiaru mocy wzmacniaczy audio. Oczywiście wszystkie są mniej lub bardziej sztuczne. I trzeba tu  wyraźnie podkreślić, że zazwyczaj uwzględnianie takich norm nie jest obowiązkowe i nie grozi producentowi, czy dystrybutorowi karą.

Producent sprzętu może więc podać moc swego wzmacniacza, zmierzoną według konkretnej normy, ale też może „zmierzyć po swojemu”, czego karykaturalnym przykładem jest P.M.P.O. Zastosowanie się do norm jest więc co najwyżej wyrazem rzetelności, ponieważ wiadomo, co i w jakich warunkach zostało zmierzone.

Parametry i moc wzmacniaczy

Producenci chcą wyprodukować sprzęt jak najtaniej, a jednocześnie przedstawić go w jak najlepszym świetle. Z drugiej strony nabywca chciałby za swe pieniądze kupić jak najlepszy sprzęt. Jednym z „magicznych” parametrów wzmacniaczy audio jest moc.

Ogromnej większości odbiorców wydaje się, że czym większa moc, tym lepszy jest wzmacniacz. W takiej sytuacji nieprzypadkowo producenci od dziesięcioleci stosują najróżniejsze definicje i sposoby określania mocy wzmacniacza. Efektem są liczne rodzaje mocy wzmacniaczy audio.

Oto garść przykładów:

• RMS Power
• Peak Power
• Sinus Power
• Rated Output Power
• PMPO – Peak Musie Power Output
• Musie Power
• Thermal Limited Power
• IPP – Instantaneous Peak Power
• Max Power
• Dynamie Power
• Fuse Limited Power
• Continous Sinewave Power
• Absolute max Peak Power
• Burst RMS Power
• TLOP – Temperaturę Limited Output Power

Już ta rewia określeń może przyprawić o zawrót głowy, a do tego dochodzą normy i zalecenia, jak choćby: DIN45500, EIA RS-490, IEC 268-3 czy PN-EN 60268-3. Jak nie zgubić się w tym gąszczu?

Jak rozumieć wartości mocy podawane przez różnych producentów?

Po pierwsze, trzeba pamiętać, że w sumie najczęściej chodzi o dwa podstawowe parametry:

• moc ciągłą
• moc szczytową.

Jednak ogólnie biorąc, określenie moc ciągła wcale nie oznacza, że wzmacniacz może oddawać taką moc przez dowolnie długi czas, a jedynie przez, stosunkowo długi czas, zwykle rzędu kilku minut.

Moc ciągła

W specyfikacjach moc ciągłą określają parametry o nazwach w rodzaju: Sinus Power, Coniinous (Sinewave) Power, RMS Power i zwykle też Rated Output Power. Poszczególne określenia i normy pomiaru mocy ciągłej różnią się m.in. czasem pomiaru. I tak na przykład stara norma DIN45500 wymagała, żeby pomiar mocy (ciągłej) trwał 10 minut, przy zniekształceniach sygnału na wyjściu co najwyżej 1%.

Natomiast amerykańskie zarządzenie FTC określa czas pomiaru na 5 minut, ale po wstępnym „wygrzaniu” wzmacniacza, przy czym to producent określa, przy jakich zniekształceniach przeprowadzono pomiary (zwykle 0,1 %). Z kolei norma IEC 268 zaleca pomiar po 60 sekundach, przy czym dopuszcza zniekształcenia sygnału nawet 10%.

Oczywiste jest, że pomiar mocy przy dużych zniekształceniach 10% da znacząco wyższe wyniki niż przy zniekształceniach 0,1%. A pomiar po czasie 10 minut stawia ostrzejsze wymagania niż pomiar po 60 sekundach pracy. W każdym razie pomimo takich i innych różnic, wartości mocy ciągłej określane według różnych standardów są w sumie zbliżone (różnice nie przekraczają 30…40%), a informacja o mocy ciągłej nadal jest podstawowym parametrem klasycznych wzmacniaczy audio (nieco inaczej jest ze wzmacniaczami klasy D mającymi zasilacze impulsowe, ale to inna bajka).

Moc szczytowa

Z kolei moc szczytowa określana jest dla krótkich, najsilniejszych sygnałów (w specyfikacjach są to określenia w rodzaju: Peak Power, Music Power, Music DIN Power, Burst RMS Power, Absolute max Peak Power, IPP – Instantaneous Peak Power, Max Power, Dynamic Power, (Musie) Transient Power; Musically Effectrue Burst Power czy Burst Peak Output).

Co istotne, przy określaniu mocy szczytowej występuje znacznie większa dowolność: przeciętny czas pomiaru to 10…20 milisekund (0,01…0,02s), ale niektórzy mierzą moc szczytową przy impulsach o długości 500ms, a inni lms.

I głównie właśnie to okazuje się polem do nadużyć. Jest oczywiste, że moc szczytowa, mierzona przy impulsie o czasie trwania lms, będzie wyższa niż przy impulsie 500-milisekundowym. Ponadto czas pomiaru lms jest nierealnie krótki i nie odzwierciedla ?muzycznej rzeczywistości”. Dlatego informacja o mocy szczytowej nie ma dla użytkownika dużego znaczenia. Tym bardziej nie ma  absolutnie żadnego znaczenia moc PMPO.

Inne wartości mocy

Rozmaicie określane moc ciągła i moc szczytowa to dwa podstawowe parametry wzmacniacza audio. Ale część producentów uczciwie podaje też inne wartości mocy. Na przykład bardzo nieliczni podają „prawdziwie ciągłą” moc wyjściową, określaną po 4 godzinach ciągłej pracy w warunkach zbliżonych do naturalnych, moc wyjściową ograniczoną zdolnością odprowadzania ciepła (TLOP – Temperaturę Limited Output Power, Thermal Limited Power).

Moc pobierana z sieci

Czasem można spotkać w specyfikacji wartość mocy, która nie jest mocą wyjściową, tylko mocą pobieraną z sieci (akumulatora) (Fuse Limited Power). Może to być pobór mocy przy maksymalnej mocy wyjściowej albo przy jakiejś niewielkiej mocy, np. 1/8 wartości maksymalnej. Czasem zamiast poboru mocy podaje się pobór prądu z sieci energetycznej. W USA ograniczeniem mogą być… bezpieczniki w instalacji domowej. W Ameryce napięcie sieci wynosi 120V, co przy bezpiecznikach 16A daje maksymalny pobór mocy rzędu 2000W (120V*16A). W instalacjach domowych w Europie (220…240V) nie ma to dużego znaczenia, ale warto pamiętać o problemie bezpieczników w instalacjach zawierających większą liczbę wzmacniaczy.

Nie znaczy to, że w Ameryce wzmacniacz o mocy szczytowej 2x1000W będzie powodował reakcję bezpieczników w domowej instalacji. Sprawa jest bardziej złożona. Po pierwsze, bezpieczniki takie są zwłoczne i nie reagują na krótkie przeciążenia. Z drugiej strony, po uwzględnieniu sprawności klasycznego wzmacniacza klasy AB, sprawności zasilacza i innych strat można przyjąć, że tylko połowę mocy pobieranej z sieci zostaje doprowadzona do obciążenia – głośnika.

Gdyby więc wzmacniacz naprawdę miał oddać 2kW mocy, to musiałby pobrać z sieci około 4kW. W rzeczywistości może się okazać, że wzmacniacz o deklarowanej mocy (szczytowej) 2xl000W zawiera transformator sieciowy o mocy 400W i średnio pobiera z sieci 150 czy 200 watów… I nie jest to jawne oszustwo… Wszystko oparte jest na odpowiednio zdefiniowanych pomiarach mocy wyjściowej.

Wzmacniacz samochodowy

Łatwiejsze do zrozumienia, przeanalizowania i refleksji są w tym kontekście wzmacniacze samochodowe, zasilane napięciem 14,4V. Zdarza się, że wzmacniacz samochodowy ma wielką, świecącą w oczy naklejkę Peak Power 2x400W, a bezpiecznik chroniący obwód zasilania (zwykle szybki, a nie zwłoczny) ma nominał 5A. Łatwo policzyć, że wzmacniacz ten nie może pobrać z instalacji samochodowej więcej niż 72W, co przy uwzględnieniu sprawności klasycznych wzmacniaczy rzędu 60% oznacza, że jego prawdziwa moc wyjściowa niewiele przekroczy 2x20W.

Zapamiętaj, że moc ciągła (sinusoidalna), to dobry, rzetelny parametr wzmacniacza, natomiast wszelkie moce mierzone przy krótkich impulsach (moc muzyczna, moc szczytowa) należy raczej traktować jako „moce poetyckie” lub „moce marketingowe”. Co gorsza, w większości krajów nikt nie zabroni podania w materiałach reklamowych, na opakowaniu, a nawet w specyfikacji, mocy dosłownie ?wyssanej z palca”. I niestety, bardzo często mamy do czynienia z takim jawnie oszukańczym procederem. Chodzi o moc PMPO.

Moc PMPO

Po pierwsze, nikt nie wie, co znaczy PMPO (P.M.P.O.). Skrót ten najczęściej rozwija się jako Peak Music Power Output, ale też jako Pulse Maximum Power Output, Peak Momentary Power Output, Peak Maximum Power Output czy Peak Momentary Performance Output W źródłach obcojęzycznych PMPO czasami nazywa się ładnie „mocą multimedialną”.

Podobnie jak nie wiadomo, co znaczy skrót PMPO, tak samo nikt nie wie, jak się tę moc określa. Podobnie jak nigdy ściśle nie zdefiniowano skrótu, tak też nigdy nie pojawił się żaden standard czy choćby zalecenie, jak mierzyć moc PMPO.

Moc PMPO deklarowana na opakowaniach sięga setek, a nawet tysięcy watów, a tymczasem w tego rodzaju zestawach z reguły można znaleźć transformatorek zasilający o mocy kilku watów, wzmacniaczyk o mocy 2xl,5…2x3W i dwa kilkucentymetrowe, kilkuwatowe głośniczki. Dlatego trzeba uznać, że PMPO to „moc marketingowa”, która nie ma żadnego związku z rzeczywistymi właściwościami wzmacniacza czy głośników.

W sieci można znaleźć trafiające w sedno sprawy angielskie wyjaśnienie, które w wolnym tłumaczeniu brzmi mniej więcej tak:

Należy wziąć moc ciągłą wzmacniacza (np. według normy DIN) i pomnożyć przez współczynnik K:

Ppmpo = Pdin * K

Wartość współczynnika K wynosi 20…200, a oblicza się go matematycznie w następujący sposób: trzeba wziąć wiek swojej babci i pomnożyć przez pierwiastek kwadratowy z odległości od swojego domu do miejsca pracy. Odległość tę trzeba wyrazić w stosownych jednostkach: milimetrach, calach, furlongach, milach angielskich, a w razie potrzeby w funtach na cal kwadratowy, byleby tylko uzyskać wcześniej założoną wartość współczynnika K, zgodną z zasadami logiki marketingowej.

W ten sposób jeden „prawdziwy, inżynierski wat” odpowiadałby 20…200 „reklamowym watom” PMPO. Nie ulega więc wątpliwości, że w ogóle nie należy zwracać uwagi na podawaną na pudełkach „marketingową” moc PMPO, która nie ma żadnego związku z właściwościami  urządzenia.   W  szczególności nie należy mylić PMPO z mocą szczytową (Peak Power) ani mocą muzyczną (Musie Power), które to zwykle w zbyt optymistyczny sposób, ale jednak odzwierciedlają realne parametry wzmacniacza.

Moc wzmacniacza chwytem marketingowym

Do mocy wyjściowej wzmacniacza dużą wagę przywiązują tylko zupełnie niezorientowani oraz mniej czy bardziej zorientowani sprzedawcy, którzy przemilczają opisane istotne kwestie, natomiast chętnie podkreślają ogromną moc oferowanego sprzętu. Niedoinformowany odbiorca jest wprowadzany w błąd. Świadomie czy nie, zostaje mu zasugerowany wniosek, że ogromny postęp oraz powszechna miniaturyzacja zdziałały cuda także w zakresie wzmacniaczy mocy i głośników.

Owszem, powszechna miniaturyzacja jest faktem. Jednak ogólnie biorąc, akurat w dziedzinie głośników i wzmacniaczy mocy postęp jest niezbyt duży. Szczególnie dotyczy to głośników – nie da się zmienić elementarnych praw fizyki, nawet pomimo stosowania najróżniejszych nowych koncepcji i materiałów. Nieśmiertelnym przykładem jest odtwarzanie niskich tonów. Najprościej biorąc, żeby uzyskać dźwięk o małej częstotliwości, trzeba „przepompować”, czyli poruszyć duże ilości powietrza.

Nie pomogą tu żadne chwyty i nowe materiały. Do dyspozycji  są tylko dwa kierunki: jeden to zwiększanie średnicy membrany głośnika, drugi to zwiększanie skoku membrany. Innych sposobów nie ma. Nie da się wytworzyć czystych niskich dźwięków za pomocą niewielkich głośników o małym skoku. Tymczasem klientom wmawia się, że mikroskopijne głośniczki i dziesięciocentymetrowy subwoofer uczynią cuda. Owszem, można sztucznie podbić charakterystykę wzmacniacza i zwiększyć głośność niskich tonów, ale nie da się w ten sposób uzyskać dobrej jakości basu.

Koniec. Kropka.

Pamiętaj, że tam, gdzie rozum śpi, gdzie w grę wchodzą czynniki psychologiczne i emocje, tam żerują oszuści, którzy sprytnie wykorzystują sytuację, żeby na Tobie zarobić.

Opracowano na podstawie materiałów z miesięcznika EDW.

Porównywarka cen sprzętu RTV