Очень часто поступает вопрос - как построить громкий фронт. Какой мощности подобрать усилитель под громкий фронт с поканальным усилением чтобы получить максимальную громкость? Как выбрать динамики для 3-полосного фронта? Какая мощность нужна под эстрадные динамики?

Задача подбора усилителя по мощности не такая простая, как может показаться на первый взгляд. Мощность динамиков нам известна, если даже не известна, её легко оценить по размеру звуковой катушки. Казалось бы, подбирай усилитель такой же мощности и вперёд. Такая система будет работать долго и счастливо, но не оптимально. Для начала, стоит отметить, что мощность и громкость это не одно и то же. Все мы знаем, что чувствительность динамиков (грубо говоря, громкость на единицу мощности) бывает разная. При подаче сигнала одной мощности, динамик с большей чувствительностью звучит громче. Это очевидно. Кроме того человеческий слух устроен таким образом, что лучше всего мы слышим звук на средних частотах, максимальная чувствительность слуха находится в диапазоне от 500 до 2500 Гц. Звук среднечастотника для нас всегда громче чем басовика или пищалки, даже если на эти динамики подается одинаковая мощность. Отсюда сдедует, что между громкостью и мощностью связь есть, но она не прямая. Именно потому что середину мы слышим лучше, подавляющее большинство систем с громким фронтом построено на среднечастотниках разных размеров.

Как распределяется мощность по полосам звучания

Далее. Громкий фронт - это Обычно это или 2-х или 3-х полосная система. Чтобы подобрать усилители для поканального усиления нужно понимать какие мощности рассеваются ("прилетают") по полосам. Музыкальный сигнал принято делить на три диапазона: низкие частоты (НЧ), средние частоты (СЧ), высокие частоты (ВЧ). В 3-х полосной системе каждый диапазон отыгрывает отдельный динамик, в 2-полосной - НЧ/СЧ диапазоны отыгрываются одним динамиком, который называют мидбасом. Музыкальные сигналы - то есть музыка - могут быть совершенно разными, с разным тональным балансом, в каких-то очень много баса, в некоторых много звенящих звуков, есть жанры, в которых используются не музыкальные звуки, которые создают повышенную нагрузку и в СЧ и в ВЧ диапазоне. Что бы учесть все возможные варианты музыкальных сигналов при проектировании акустических систем, в звукотехнике ввели понятие - обобщенный музыкальный сигнал. Это статический шумовой сигнал, усредненный по всем жанрам. Количество верхов, середины и низов в этом сигнале перекрывает любой жанр. Если вы рассчитали систему под обобщенный сигнал, она отыграет музыку с любым тональным балансом в пределах заданной мощности. Важнейшим свойством этой средней по всем жанрам музыки является то, что для нее можно точно выяснить распределение мощности по полосам звучания. Распределение мощности по диапазонам обобщенного звукового сигнала следующее:
низкие частоты: 63 - 250 Гц, 60% общей мощности
средние частоты: 250 - 5000 Гц, 30% общей мощности
высокие частоты: 5000 - 20000 Гц, 10% общей мощности
если систем 2-полосная, на мидбас играющий в диапазоне от 63 до 5000 Гц приходится 90% мощности.
Разделение на частотные диапазоны общепринятое, каноническое. Все современные 2-х и 4-х канальные усилители являются широкополосными и линейными(коэффициент усиления постоянный во всем диапазоне звучания). Поэтому в таких же пропорциях мощность усилителя распределяется по диапазонам. То есть усилитель развивает в Нч диапазоне не более 60% от своего номинала (дальше клип, грязный сигал, сгоревшая катушка), в СЧ диапазоне не более 30%, в ВЧ диапазоне - 10%.

Как подобрать усилители для поканального усиления

Какие практические выводы можно сделать из описанного выше?
1. Если вы подбираете широкополосный усилитель для среднечастотника и хотите чтобы он звучал максимально громко, берите усилитель с номинальной мощностью примерно в 3 раза превышающей номинал динамика. Если вы не будете нагружать динамик басами и выберите нижнюю границу диапазона 250 Гц, этот усилитель выдаст на вашу середину не более трети своей мощности и полностью нагрузит динамик. Получите максимально громкое звучание. Если понизить частоту нижней границы диапазона звучания, это приведет к увеличению рассеиваемой на динамике мощности. Может пойти дым. Стоит понизить уровень громкости или выбрать усилитель с меньшей мощностью, громкость при этом так же снизится.
Усилитель под басовик подбирается по таким же принципам - берете номинал динамика и делите его на 0.6 Получаете номинал усилителя, который нагрузит его полностью в диапазоне от 63 до 250 Гц. Если повысить нижнюю границу, мощность снизится. Если повысить верхнюю границу - нагрузка на динамик вырастет.
С пищалками все несколько сложнее. Номинальная мощность почти никогда не известна. Но почти все современные рупоры построены на одной и той же подвижке, которая выдерживает примерно 10-15 Вт мощности. Уровня их громкости хватает для большинства популярных середин, таких как X6 и подобные.
Нижняя граница ВЧ диапазона в последнее время выбирается не менее 8 КГц, а то и выше, поэтому их мощностью можно пренебречь и выбирать их только по чувствительности. Про чувствительность позже. Не стоит выбирать 8-омные бюджетные пищалки, их чувствительность на много меньше чем 4-омных. Исключение - профессиональные рупоры типа P.Audio
2. Если вы хотите построить сбалансированную 3-полосную систему подбирайте динамики с номинальными мощностями в пропорции НЧ:СЧ:ВЧ - 6:3:1 Если пропорция не соблюдается, максимальная громкость будет определятся тем динамиком, чья доля ниже оптимальной. Например, вы хотите построить 3-полоску с номинальной мощностью 100 Вт. Идеальным решением будет подобрать динамики с номиналами: 60 Вт - НЧ динамик, 30 Вт - СЧ динамик, 10 Вт - ВЧ динамик.
3. Если вы строите 2-полосный фронт, используя мидбас, подбирайте к нему усилитель с таким же или немного большим номиналом. Мощностью пищалки можно не заморачиваться. Если фильтр ВЧ будет её "резать" выше 5 КГц, что чаще всего и бывает в 2-полосных системах, мощность рассеиваемая на пищалках будет незначительной и ею можно пренебречь. Поканальное усиление в 2-полосной системе делать не обязательно, можно подключить пищалку к мидбасам параллельно, использую комплектный конденсатор или сделать чуть более сложный фильтр. Нагрузка на усилитель при этом возрастет не значительно. Общее сопротивление нагрузки будет равно сопротивлению мидбаса.
4. Очень важно! Если вы строите 2-х или 3-х полосную систему с поканальным усилением, нужно подбирать усилители с одинаковой мощностью на все полосы. Такие усилители имеют одинаковые коэффициенты усиления, у них на выходе сигнал с одинаковым уровнем. Небольшое не соответствие громкостей по полосам легко устраняется регулировкой. Если усилители имеют разную мощность, то максимальная громкость системы будет определятся самым слабым из них. Например, очень часто для поканалки покупается мощный усилитель для середин, а на пищалки усилитель блаупункт или мистери с номиналом 50 Вт. Человек выбирает его, руководствуясь соображением: мощность пищалки намного меньше мощности усилителя, его и так с головой хватает. Но, если пищалка включена через фильтр -конденсатор или цифровой фильтр в процессорной голове, не важно - усилитель с номиналом 50 Вт не сможет выдать более 5 Вт чистого сигнала и регулировкой ничего сделать не получится. Дальше усилитель будет клиповать, "грязный" сигнал на выходе прикончит пищалку. Лично я считаю, что слабый усилитель - это единственная причина выхода из строя рупорных пищалок. Особенно если они 8-омные, тогда усилитель клипует на громкости примерно на 3 дБ меньшей по сравнению с 4-омными. Исключением может быть профессиональный ВЧ излучатель с гигантской чувствительностью. Для него мощность усилителя может быть значительно меньше, но в автомобиле применяются они редко из-за огромных размеров. 

Подбор динамиков по чувствительности

Теперь вернемся к чувствительности. Как уже говорилось в начале, при одинаковой подводимой мощности разные динамики могут звучать с разной громкостью. Если вы хотите построить систему, в которой звучание по НЧ, СЧ и ВЧ диапазонам будет гармоничным, выбирайте динамики с примерно одинаковой чувствительностью. При подборе динамиков для 3-полоски стоит ориентироваться на чувствительность измеренную на сигнале с амплитудой 2.83В на расстоянии 1м (2.83В/1м) Если указана другая чувствительность - 1Вт/1м - её легко привести к нужной размерности:
-если динамик имеет сопротивление 8 Ом, то для него чувствительность 2.83В/1м такая же как при 1Вт/1м
-если сопротивление динамика 4 Ома, то для него чувствительность 2.83В/1м будет на 3 дБ больше чем при 1Вт/1м
Низкочастотный динамик и середина должны иметь примерно одинаковую чувствительность +/- 0.5 дБ Настроить систему будет не проблема как при поканальном усиление, так и с пассивным кроссовером. Если чувствительность басовика ниже чувствительности середины примерно на 3 дБ, то в системе будет явный провал на басах. Такая ситуация возникает практически всегда, если сопротивление НЧ и СЧ динамиков одинаковое. Найти басовый динамик с такой же чувствительностью как и середина при одинаковом сопротивлении практически не возможно. Это обусловлено конструктивными особенностями басовика. Исключением могут быть басовики построенные на моторе с неодимовым магнитом. Чтобы решить проблему можно использовать динамики с разным сопротивлением: НЧ - 4 Ома, СЧ - 8 Ом. Можно так же удвоить количество басовиков, это тоже даст не достающую громкость в НЧ диапазоне. Если у вас поканальное усиление, можно отрегулировать всю систему по громкости басовика, но в этом случае потенциал середины и пищалки будет использован не полностью.
Вообще, низкая по сравнению с серединами, чувствительность - основной недостаток НЧ динамиков. Кроме того они гораздо крупнее и тяжелее середин при одинаковом типоразмере. Именно поэтому настоящие басовые динамики почти не применяются в громком фронте. В качестве басового в системах сейчас ставят середины большого размера. Некоторые из них могут играть от 100-150 Вт, но отдача на низах у них мизерная и считать эти системы 3-полосными на самом деле нельзя. Это 2-полоски со среднечастотными динамиками разного размера.
Подобрать пищалки по чувствительности очень просто. Как правило она указывается в инструкции и достаточно достоверна. На типовых рупорах она всегда заметно больше чем у популярных среднечастотников. Делается это конечно не случайно. Пищалку очень легко настраивать как при поканальном, так и при пассивном разделении. Избыток высоких частот корректируется либо громкостью соответствующих каналов усилителя, либо гасится включенным последовательно резистором при пассивном разделении.