2.7. Электрические мощности

Под электрической мощностью, подводимой к ГГ, понимается мощность, рассеиваемая на сопротивлении, равном по значению номинальному электрическому сопротивлению R_н, при напряжении, равном U на выводах ГГ: P = U²/R_н. В практике проектирования отечественных ГГ обычно использовалось два вида мощностей: номинальная и паспортная. Под номинальной понимается мощность, при которой нелинейные искажения не превышают требуемых. Измерения проводятся на синусоидальном сигнале. Нормируется обычно суммарный коэффициент гармоник. Во всех ГГ применяемых в бытовой аппаратуре, значение этой мощности указывалось в наименовании, например 30ГД-2 - номинальная мощность 30 Вт, 2ГД-36-2 Вт и т. д. В настоящее время в международные рекомендации МЭК 268-5, МЭК 581-7 введены новые виды мощностей, которые используются теперь в отечественных стандартах. К их числу относятся:

максимальная шумовая мощность по определению и методам испытаний совпадает с паспортной Р_п, при которой ГГ может длительное время работать без механических и тепловых повреждений. Она проверяется при подведении к ГГ в течение 100 ч через корректирующую цепь сигнала типа стационарного розового шума. Испытания проводятся по схеме, показанной на рис. 2.19, а при напряжении, соответствующем проверяемой максимальной шумовой мощности в заданном диапазоне частот. Характер спектральной плотности мощности испытательного сигнала, показанный на рис. 2.19, б, отражает статистические распределения реальных музыкальных и речевых сигналов. Следует отметить, что характер среднестатистических распределений спектральных плотностей мощности со временем изменяется, так как меняется стиль музыкальных произведений, форма их исполнения и способ их звукорежиссерской записи и обработки. Исследование статистических характеристик музыкальных и речевых сигналов, выполняемых в разные периоды, нашло отражение в изменении рекомендаций МЭК по выбору формы испытательного сигнала (предыдущий 1 и новый 2 вид кривой распределения показан на рис. 2.19, б). В настоящее время в связи с широким внедрением "электронной музыки" (синтезаторов, электронных инструментов и т. д.), изменением удельного веса во времени прослушивания джазовой, классической и рок-музыки изменились среднестатистические параметры типичных сигналов, на которые нагружается электроакустическая аппаратура, в первую очередь за счет увеличения пик-фактора, вклада высокочастотных составляющих в спектральную плотность, перераспределения пиковых уровней по частотному диапазону и т. д. Проводимые в настоящее время исследования [31, 32], выполняемые, в частности, с помощью моделирования на ЭВМ, будут служить основой для дальнейшей коррекции формы испытательного сигнала. При определении значения этого вида мощности громкоговоритель считается выдержавшим испытания, если при проверке после снятия 100-часовой нагрузки и 24 ч выдержки его основные электроакустические характеристики соответствуют требованиям технической документации. В связи с введением нового определения мощностей изменились и наименования громкоговорителей. В соответствии с ОСТ4.383.001-85 в наименований ГГ первые цифры теперь соответствуют максимальной шумовой (паспортной) мощности, буквы ГД - головка динамическая, буквы Н, С, В, Ш - соответственно низко-, средне-, высокочастотная и широкополосная головки, последние цифры - номер разработки; например, 25ГДН-3 означает 25 - паспортная мощность, Н - низкочастотный, 3 - номер разработки;

максимальная синусоидальная мощность - это мощность непрерывного синусоидального сигнала, который ГГ выдерживает без механических и тепловых повреждений. Эта мощность введена с тем, чтобы установить допустимый предел подаваемого уровня при измерениях ГГ на синусоидальном сигнале. Поскольку она не ограничена величиной нелинейных искажений, то значение ее для ГГ обычно выше, чем номинальной мощности. Определяется она при подведении к ГГ синусоидального напряжения, соответствующего определяемому значению мощности, при условии, что ГГ, находящийся под напряжением не менее часа, на заданных частотах после 5 мин выдержки работает без дребезжания.

Рис. 2.19. Структурная схема измерения максимальной шумовой (паспортной) мощности (а), характер распределения спектральной плотности мощности (б)

Для оценки способности ГГ выдерживать кратковременные перегрузки введено еще два вида мощности, имитирующих ситуации, которые могут иметь место в процессе эксплуатации ГГ, так как при включениях, переключениях усилителей, ударах по иголке звукоснимателя и др. могут возникать короткие импульсы, перегружающие ГГ, что приводит к выходу их из строя. Кроме того, могут возникать аварийные ситуации (например, при генерации усилителя), когда на ГГ поступают большие уровни сигналов в течение некоторого времени. Для проверки работоспособности ГГ в этих условиях и обеспечения согласования мощностей ГГ и УНЧ введены мощности:

максимальная кратковременная мощность Р_к.м, которую ГГ выдерживают без повреждений (что проверяется по отсутствию дребезжания) в течение короткого времени. В качестве испытательного используется шумовой сигнал с тем же спектральным распределением мощности, что и при испытаниях на паспортную мощность, только сигнал подается на ГГ в течение 2 с (±50 мс). Испытания повторяют 60 раз с интервалом в 1 мин. Следует отметить, что в технической литературе и каталогах употреблялось понятие "музыкальная мощность", которое также характеризует способность ГГ выдерживать кратковременные перегрузки. В соответствии со стандартом DIN 45500 испытания на музыкальную мощность проводятся при кратковременном воздействии (не более 2 с) синусоидального сигнала частотой от 250 Гц и ниже. Громкоговоритель считается выдержавшим испытания, если отсутствуют заметные на слух искажения. Музыкальная мощность близка к максимальной кратковременной, и поскольку последняя принята МЭК, то, очевидно, она и будет использоваться во всей технической литературе;

максимальная долговременная мощность Р_д.м - при испытаниях которой подается напряжение в течение 1 мин (±3 с), испытания повторяются 10 раз с интервалом 2 мин. Испытательный сигнал такой же, как и при испытаниях паспортной мощности.

Для измерения параметров ГГ (главным образом в аппаратуре HI-FI) используется также понятие "характеристическая мощность" - это мощность, которую необходимо подвести к ГГ, чтобы обеспечить среднее звуковое давление 1 Па на расстоянии 1 м. Кроме того, в технической документации может использоваться понятие "рабочая мощность". Эта мощность соответствует номинальному среднему звуковому давлению ГГ. В ОСТ 4.383.001-85 оговорен предпочтительный ряд значений, из которых следует выбирать максимальную шумовую (паспортную) мощность (0,05, 0,10, 0,25, 0,50, 1,00, 1,50, 2,00, 3,00, 4,00, 5,00, 6,00, 8,00, 10,00, 15,00, 20,00, 25,00, 30,00, 35,00, 50,00, 75,00, 100,00). Испытания серийно выпускаемых ГГ [33] для бытовой аппаратуры позволили установить, что между вышеуказанными видами мощностей получаются следующие соотношения Р_п : Р_дм : Р_км ≈ 1 : 2 : 4. Для ГГ, применяемых в аппаратуре HI-FI, эти соотношения могут значительно различаться. Анализ причин, ограничивающих значение мощностей, показывает, что паспортная мощность в основном определяется механической прочностью (обрыв гибких выводов, клеевых соединений и т. д.), а максимальная долговременная - нарушением тепловой прочности ГГ (сползание витков звуковой катушки и др.). Поскольку в высококачественных ГГ применяются специальные меры для повышения тепловой прочности (например, термостойкие клеи для каркасов звуковых катушек), различия в значениях мощностей Р_к.м и Р_д.м от Р_п достигают значительно больших величин. Величины Р_д.м и Р_к.м используются также в документах МЭК [34] для рекомендаций по выбору соотношений между этими видами мощностей в ГГ и УЗЧ (например, если в УЗЧ Р_д.м и Р_к.м отличаются больше чем на 3 дБ, то Р_{д.м ГГ} ≥ 1/4P_{д.м УЗЧ}).