Reference Audio Analyzer
программно-аппаратный комплекс для тестирования, измерений, анализа и генерации отчетов аудио продуктов
главная | новости | on-line калькуляторы | отчеты измерений | форум | о RAA

Как рассчитать звуковое давление исходя из параметров мощности усилителя

Подробная инструкция и описание использования калькулятора расчет максимального SPL на основе мощностных характеристик усилителя

Содержание

Теория взаимосвязи параметров

Амплитуда и энергетическая плотность сигнала

При расчете звукового давления необходимо понимать, что уровень звукового давления измеряется и фиксируется по размаху амплитуды и косвенно зависит от энергетической плотности сигнала. Ниже (справа) показано три вида сигнала, которые имеют одинаковый максимальный размах по амплитуде на выходе усилителя.

Меандр, синус и шум c одинаковой пиковой амплитудой сигнала

Конечный пиковый уровень звукового давления будет одинаковым, но мощность и субъективное восприятие громкости будет различаться.

В таблице видно, что выходная мощность напрямую зависит от энергетической плотности сигнала.
Различия уровня мощности от энергетической плотности сигнала
Тип сигнала
Меандр
Синус
Шум
Уровень напряжения, Vpp
2.83
2.83
2.83
Сопротивление, Ом
50
50
50
Энергетическая плотность сигнала, дБ
0
-3
-9
Ток, мА
28,5
20
10
Мощность, dBm
14,5
13
10




Меандр, синус и шум с субъективно одинаковой громкостью.

Субъективно мы оцениваем уровень громкости к мощности, а не звуковому давлению.

При измерении мощностных параметров используется синусоидальный сигнал с энергетической плотностью -3 дБ. Музыкальный сигнал в большинстве случаев обладает энергетической плотностью от -12 до -18 дБ.
Посмотреть энергетическую плотность сигнала можно в звуковом редакторе Adobe Audition.

Ограничение напряжения и энергетическая плотность сигнала

График выходного напряжения зависит от максимального выходного напряжения, максимального тока и выходного сопротивления.

При ограничении по току кривая напряжения под уклоном уходит вниз, однако для синусоидального и музыкального сигнала ограничение отличается пропорционально энергетической плотности. Соответственно, если мы будем стоить график напряжения, с поправкой на энергетическую плотность, то график максимального выходного напряжения несколько изменится.

Красная линия будет соответствовать меандру, голубая синусу и зеленая - музыкальному сигналу. Каждая линия в левой области имеет перегиб и уходит под углом вниз. Это участки, где проявляется ограничение по току и выше данных уровней сигналы будут искажаться.

Для меандра уровень перегрузки наступит раньше, а вот для музыкального сигнала – позже.

Если известно, что слушается музыка с бОльшей или наоборот меньшей энергетической плотностью, то поправка должна соответственно изменится. Так же, при учете энергетической плотности мы делаем допущение, что энергетическая плотность по всему треку равномерна (исходя из того принципа, что общий субъективный уровень при создании трека выставлен одинаково), но всегда есть место исключениям и об этом стоит помнить.

Во многих случаях для электронной транс музыки и металлического рока весь трек будет насыщенным и максимально громким, в то время как классическая, камерная и эмбиент музыка будет содержать множество тихих участков с низкой энергетической плотностью.


Таким образом, при учете уровня сигнала по синусу - это гарантированное отсутствие искажений, а по энергетической плотности - в большинстве случаев для музыкального сигнала.

Исходя из выше написанного, калькулятор делает подсчет уровня SPL как для синусоидального сигнала, так и для музыкального.


Ограничения для сигналов с разной энергетической плотностью.

Уровень сигнала без искажений при ограничении тока в 10 мА и ограничении напряжения в 1 Vrms для синуса, меандра и музыкального сигнала



отчеты измерений