Aktualności


Aktualności

21-02-2016

Efektywność głośnika

Co to jest efektywność głośnika? Mówiąc najprościej, jest to odzwierciedlenie sprawności przetwarzania mocy elektrycznej (pochodzącej ze wzmacniacza) na moc akustyczną (dźwięku, który słyszymy z głośnika).

ELAC Adante

Definiując ją bardziej dokładnie, należy stwierdzić, że jest to wielkość ciśnienia akustycznego, uzyskanego na osi głównej głośnika w odległości 1 metra, przy dostarczeniu do głośnika 1 W mocy elektrycznej, odniesiona do ciśnienia 2 * 10-5 Pa (2 * 10-5 N/m2 ). Zależnie od impedancji badanych głośników 1 W mocy uzyskuje się przez wysterowanie napięciem, którego wartość jest następująca:

Tak zdefiniowana efektywność jest rzeczywiście miarą sprawności energetycznej głośnika (jego przetwarzania na osi), gdyż bez względu na impedancję głośnika, utrzymywana jest stała wartość dostarczanej mocy przy określaniu uzyskiwanego ciśnienia akustycznego.

Jeżeli pomiar będzie dokonywany przy stałej wartości napięcia 2,83 V przy zachowaniu pozostałych warunków (w odległości 1 metra na osi głównej, bez względu na impedancję obciążenia), to określimy tzw. czułość (ang. Sensitivity) głośnika.

Dla obciążeń 8-omowych efektywność i czułość przybierają takie same wartości, natomiast dla głośników 4 omowych różnica między efektywnością a czułością wynosi zawsze (wartość stała) -3 dB.

Głośnik o impedancji 4 omów o czułości 90 dB ma efektywność 87 dB. Wynika to z faktu, że napięcie 2,83 V dla 4 omów oznacza dostarczenie mocy 2 W, a nie 1 W jak w przypadku głośników 8-omowcyh.

Czy oznacza to, że kolumny 4 omowe zagrają głośniej od 8 omowych?

Wszystko zależy od konstrukcji i jakości wzmacniacza, którego będzie używać do wysterowania zestawów głośnikowych. Jeżeli mamy do czynienia z silnym wzmacniaczem półprzewodnikowym (tranzystorowym), który utrzymuje stały poziom napięcia na zaciskach głośnikowych (przy założonym poziomie wysterowania) bez względu na zmiany impedancji obciążenia, to przejście z 8 omów na 4 omy podwaja moc wyjściową. Mówimy wtedy o zapasie mocy wzmacniacza. Głośniki 4-omowe „ściągną” ze wzmacniacza dwa razy więcej prądu i mocy niż głośniki 8-omowe, dając w tym przykładzie możliwość uzyskania wyższego ciśnienia akustycznego.

W przypadku wzmacniaczy, które przy różnych obciążeniach dają taką samą moc (poziom napięcia na zaciskach głośnikowych spada wraz ze spadkiem impedancji) – co jest często spotykane we wzmacniaczach lampowych – zjawisko to nie będzie miało miejsca.

Wzmacniacz lampowy Copland CTA 506

Jak już wspomniano - efektywność jest to bardzo istotnym z użytkowego punktu widzenia parametrem - jest miarą, jak duży poziom dźwięku można uzyskać w ściśle zdefiniowanych warunkach. Co więcej, parametr ten w nie mniejszym stopniu niż moc wyjściowa, decyduje o tym, jakie poziomy głośności możemy uzyskać za pomocą danych kolumn. Natomiast podanie jedynie mocy znamionowej kolumny nie mówi nic na temat, jak głośno ona zagra.

Moc użyteczna

W materiałach firmowych niektórych producentów, zwłaszcza niemieckich, ale nie tylko, można spotkać także inny wskaźnik – moc użyteczna (niem. Betriebsleitung). Jest to moc niezbędna do wytworzenia średniego ciśnienia akustycznego o poziomie 96 dB w odległości 1 m. Im większą sprawność ma zespół, tym wskaźnik ten jest mniejszy.

Średni poziom ciśnienia akustycznego

Producenci podają często nie efektywność referencyjną, którą można obliczyć ze sprawności głośnika, lecz tzw. „średni poziom ciśnienia akustycznego”. Efektywność referencyjna odnosi się do tego zakresu, w którym membrana głośnika pracuje jako sztywny tłok bez drgań cząstkowych. Jednak tak podana efektywność – w samych dB – nic nie mówi o sposobie dokonania pomiaru i na tej podstawie nie można porównywać ze sobą różnych zestawów głośnikowych. Umożliwia to dopiero wyrażenie efektywności mianowanej jako dB/ 1 W/ 1 m.

Sprawność energetyczna

Każde urządzenie elektryczne wykorzystuje energię elektryczną, którą mu dostarczymy, w pewnym tylko stopniu. Część z tej energii zamieniana jest na ciepło. Stosunek energii oddanej przez urządzenie w użytecznej formie, do mocy dostarczonej, jest określany jako sprawność. Wyraża się ją w procentach lub w postaci ułamka. I tak, sprawność wzmacniacza, która wynosi 75 % , mówi nam, że tylko 75 % dostarczanej energii zamieniana jest na sygnał użyteczny, a 25 % zamienia się w ciepło. W elektroakustyce odpowiednikiem sprawności jest efektywność wyrażana w skali logarytmicznej w decybelach.

Sprawność energetyczna typowych głośników dynamicznych jest bardzo mała, wynosi najwyżej kilka procent, często poniżej procenta. Oznacza to, że np. 100 W doprowadzonej mocy elektrycznej zamienia się np. na 1 W mocy akustycznej – reszta zamienia się w ciepło. Jest to informacja ważna o tyle, że wyjaśniająca, iż głośnik o mocy znamionowej np. 100 W może przyjąć 100 W mocy elektrycznej. Odda znacznie mniej watów mocy akustycznej, ale nie przyjęło się wyrażać jej w watach. Zamiast tego otrzymujemy parametr efektywności, która jest właśnie miarą sprawności.

Bowers & Wilkins 704 S2

Efektywność a dynamika

Często można się spotkać z całkiem mylnym pytaniem: a jaką te kolumny mają dynamikę? Mimo że decybele kojarzone są najczęściej z dynamiką, to przytoczone pytanie nie do końca ma sens. O ile w przypadku urządzeń elektronicznych - takich jak odtwarzacze, wzmacniacze, amplitunery - dynamikę określa się w odniesieniu do poziomu szumów wnoszonych przez takie urządzenia, to w przypadku zestawów głośnikowych takie ujęcie zagadnienia nie jest uprawnione. Nawet traktując dynamikę jako rozpiętość między najcichszymi pasażami a maksymalnymi poziomami głośności, szybko można dojść do przekonania, że jest to bardziej cecha brzmienia, na temat której wypowiadają się recenzenci sprzętu niż właściwość dająca się wprost zmierzyć lub ująć liczbowo. Wyrażona w decybelach efektywność to zupełnie coś innego. Nie mniej jednak istnieje zależność między efektywnością a maksymalnym natężeniem dźwięku, które wyraża iloczyn efektywności i dostarczonej mocy.

Jak zatem określić maksymalne natężenie dźwięku?

Aby dokonać stosownych obliczeń, wygodnie jest przedstawić moc w skali logarytmicznej zsynchronizowanej ze skalą efektywności. Jako moc odniesienia przyjmuje się wspomnianą wcześniej moc 1 W.  Określone wartości mocy wyrażonej w pełnych decybelach odnoszą się odpowiednich zakresów mocy. Przyjmuje się, że:

Zakres mocy w watach           Moc reprezentatywna w decybelach          
30-39 15
40-49 16
50-64 17
65-79 18
80-99 19
100-124 20
125-159 21
160-199 22
200-249 23
250-300 24

 

W związku z tym że zarówno efektywność jak i moc reprezentatywna są wyrażone w decybelach, formuła określająca maksymalne natężenie dźwięku przyjmuje tutaj postać sumy: SPLmax = E + P(dB); gdzie SPLmax – maksymalne ciśnienie akustyczne, E – efektywność oraz P(dB) – moc reprezentatywna wyrażona w decybelach (patrz zestawienie powyżej).

Zilustrujmy to przykładami:

Dysponujemy wzmacniaczem o umiarkowanej mocy 30 W na kanał, co odpowiada mocy reprezentatywnej 15dB.

Wzmacniacz NAD C316 BEE V2

Z bardzo małymi zestawami głośnikowymi o ekstremalnie niskiej efektywności 80 dB można osiągnąć maksymalny ciśnienie jedynie na poziomie 95 dB, czyli (15dB + 80dB). Uzyskany dźwięk będzie przypominał słuchanie artystów raczej z dość znacznej odległości.

Natomiast z dużymi i bardzo skutecznymi kolumnami o efektywności 95 dB, będzie już znacznie lepiej, bo 110 dB (15dB + 95dB), a więc z dużą dozą prawdopodobieństwa uzyskamy efekt zbliżony do słuchania z bliska orkiestry grającej Tutti.

Dla odmiany, stosując wzmacniacz o bardzo dużej mocy – rzędu 250-300 W (czyli 24 dB mocy reprezentatywnej) otrzymamy odpowiednio 104 dB i 119 dB. O ile w pierwszym przypadku głośniki wytrzymają termicznie pracę z tak dużą mocą, to uzyskamy poziom głośności znany z dyskoteki, zaś w drugim przypadku będziemy mogli w pełni realistycznie usłyszeć nagrany na demonstracyjnym samplerze start odrzutowca, albo odgłos młota pneumatycznego.

Rozsądnie decydując się na urządzenie 100-watowe i 89-decybelowe głośniki otrzymujemy poziom 109 dB, absolutnie wystarczający do bardzo głośnego grania w typowym pomieszczeniu mieszkalnym.

Jeżeli masz pytania dotyczące efektywności zestawów głośnikowych i wzmacniaczy właściwych do współpracy z nimi, a także chcesz dowiedzieć się więcej na ich temat, to zapraszamy do odwiedzenia jednego z salonów Top Hi-Fi & Video Design. Muzyka to nasza wielka pasja, więc chętnie się nią dzielimy, prezentując dostępne rozwiązania i możliwości brzmieniowe poszczególnych urządzeń. W naszej ofercie posiadamy szeroką zestawów głośnikowych, wzmacniaczy i amplitunerów, zróżnicowaną pod względem brzmieniowym, jak też konstrukcyjnym i funkcjonalnym, więc z łatwością znajdziemy optymalne dla ciebie rozwiązanie.

Produkty


704 S2

Bowers & Wilkins
Głośniki wolnostojące
5 399 zł

Przewodniki

Chcesz skompletować swój pierwszy zestaw audio?
Chciałbyś pogłębić swoją wiedzę? Zapraszamy do
zapoznania się z naszymi przewodnikami.

Salony sprzedaży


Bydgoszcz
Katowice
Kielce
Kraków
Lublin
Łódź
Poznań (Woźna)
Poznań (Posnania)
Sopot
Szczecin
Warszawa (Andersa)
Warszawa (Naruszewicza)
Warszawa (Nowogrodzka)
Wrocław