Почему магнитола звучит так тихо?

«Кто украл ватты?»

Сразу оговоримся – речь пойдет о самой простой, при этом самой распространенной и популярной конфигурации автомобильной аудиосистемы – четыре динамика (пара передних и пара задних), подключенных непосредственно к головному мультимедийному устройству, в просторечии до сих пор называемом «магнитолой». Без дополнительных внешних усилителей и разных прочих компонентов, которые так любят фанаты продвинутого автозвука!

Так вот, если вы думаете, что чем дороже модель и авторитетнее производитель  автомобильного мультимедийного устройства, тем, соответственно, выше мощность его звучания, то вы ошибаетесь!

Вне зависимости от цены и бренда, от размера (1 или 2 DIN), от диагонали дисплея и наличия различных функций и опций и 15-летний «кассетник», и современный сенсорный «андроид» обладают одной и той же выходной мощностью звукового тракта – 4 канала по 45-55 ватт. Эта комбинация цифр фигурирует на упаковках, в паспортах и инструкциях магнитол как от флагманов рынка, так и от марок второго-третьего эшелона и откровенно китайско-подвальных. 

В принципе, на первый взгляд, 4х45 или 4х50 – совсем немало. Даже много! Суммарные почти 200 ватт звука! Но вспомните какую-нибудь домашнюю аудиосистему советской эпохи – усилитель типа «Кумира» или «Брига» в тандеме с небезызвестными колонками S90 – всего лишь два канала по 35-50 ватт, а на полной громкости тряслись три этажа хрущевки минимум! А вот в автомагнитоле четыре канала якобы по 50 ватт ничего не трясут, кроме разве что зеркальца заднего вида на лобовом стекле. Порой хочется врубить что-нибудь драйвовое лихо и отчаянно, а не выходит… Звук, будем откровенны, даже на максимуме слабоватый – совершенно непонятно, где все эти впечатляющие 200 ватт... Вдобавок, даже не доходя до предела громкости, возникают заметные уху искажения, вызванные отчасти  перегрузкой усилителя магнитолы, отчасти дребезжанием слабоватой акустики. Почему же так происходит и «кто украл ватты»?

Сколько на самом деле ватт в «4х50»?

В качестве усилителя в 99% головных устройств (хоть простейших, хоть наворочено-андроидных) выступает специализированная мощная микросхема, содержащая в себе четыре независимых усилителя с общим входом (те самые четыре канала) и раздельными выходами на четыре динамика. Микросхема при работе выделяет много тепла и поэтому устанавливается на радиатор, расположенный на задней стенке корпуса мультимедийного устройства.

Нам бы не хотелось погружаться в достаточно скучные формулы расчета среднеквадратичного значения синусоидального напряжения на выходе усилителя, а также в особенности мостовых схем усилителей, объясняющих принцип формирования выходной мощности. Электронщикам это и так ясно, а далеким от электроники вырванная из контекста информация без основательных предварительных вводных будет непонятна и неинтересна. 

Поэтому сразу вывод в сухом остатке: максимальные значения выходной звуковой мощности (не пиковой, рекламной, а честной, долговременной!) усилителя, питающегося от напряжения 12 вольт, не могут превышать 16-18 ватт на канал без появления неприемлемых искажений звука!  

Да, с хрипом и треском можно выжать и 20-23 ватта, но это мы рассматривать не станем. 

Так что практически все «автомагнитолы» (или «головные устройства», или «автомобильные мультимедийные центры» – как кому больше нравится) имеют реально четыре канала примерно по 16-17 ватт качественного звучания. Итого – 64 ватта. А вовсе не 200… Не то чтобы совсем мало, однако ж более чем в три раза ниже того значения, на которое мы рассчитывали…

Отвечая на напрашивающийся вопрос «почему отдельные автомобильные усилители выдают сотни ватт от тех же 12 вольт?»: все просто – внутри их корпусов обязательно стоит мощный преобразователь, делающий из 12 вольт повышенное напряжение питания, а зачастую еще и двухполярное.

Где же кроется обман?

Но почему же на коробках, лицевых панелях и даже в книжках-мануалах всех головных устройств пишут не «4х16», а куда более приятные «4х50W» ? Ладно бы это делали алиэкспрессные китайцы, которые врут, не боясь ни черта, ни бога, но почему такое позволяют себе крупнейшие мировые компании из первой десятки производителей кар-аудио?!  Увы, такова сложившаяся практика… Обман тут, как всегда, весьма условный, не являющийся юридически обманом. Союз инженерии и маркетинга сформировал лукавую традицию, ставшую в конечном итоге нормой.

Дело в том, что в схемотехнике большинства современных микросхем-усилителей, рассчитанных для применения в автомобильной 12-вольтовой аудиоаппаратуре, используется так называемая «технология вольтодобавки». Суть вольтодобавки в целом проста и понятна даже тем, кто не оканчивал радиофак. 

Как мы уже говорили, 16-18 ватт на канал – это практически максимум, достижимый при напряжении 12 вольт. Однако в схеме аудиотракта головного устройства имеется конденсатор, также заряженный до 12 вольт, который микросхема-усилитель подключает при необходимости последовательно с напряжением питания. Подключает она его на пиках мощности, когда на вход усилителя приходит сигнал высокого уровня и его нужно усилить пропорционально и без искажений. Соответственно, на короткое время напряжение питания возрастает, и выходная мощность поднимается. А с учетом того что паспортные замеры (для того чтобы привести красивые цифры в рекламе и мануале) проводят еще и при максимальном для бортовой сети автомобиля напряжении (до 14,4 вольт, а то и выше), формально у производителя есть повод относительно честно и не опасаясь судебных претензий объявлять мощность головного устройства, как «4х45W», а то и «4х55W»…

То есть обмана нет? Есть!

Ну, раз вопрос решен с помощью той самой «вольтодобавки», то высокая мощность головного устройства в суммарные 200 ватт все же реальна, так? На самом деле – тоже нет…

Дело в том, что для эффективной работы по принципу такого вот «удвоения» питающего напряжения конденсатор «вольтодобавки» должен быть изрядной емкости и уметь очень быстро заряжаться. На деле же он маленький, и хватает его лишь на отработку короткого пикового импульса. Упрощенно говоря, при включении динамичной музыкальной композиции усилитель отработает первый удар барабана, выдав на нем кратковременно 45 ватт из каждого динамика, а вот все последующие – уже нет… Ручка громкости выкручена до упора, сигнал от источника (радио, диск, флешка и т. п.) идет высокий, а усилитель с ним не справляется и перегружается, похрюкивая и похрипывая. Так что фактически роль технологии «вольтодобавки» в 12-вольтовых усилителях традиционной и наиболее массовой схемотехники заключается лишь в «юридическом прикрытии» производителей автомобильной аудиоаппаратуры…

Кстати говоря, в реальной (а не рекламной) мощности, которую выдают магнитолы, есть и некоторый чисто технический смысл. Ведь даже 60-70 честных ватт суммарно от четырех каналов в долговременном режиме – это приличная мощность, которая сопровождается выделением побочного тепла на микросхеме, а корпуса магнитол имеют весьма ограниченные возможности для обустройства в них эффективного теплоотвода. Радиатор с такими габаритами, как на фото ниже – это типичный радиатор большинства «двухсоттватных» головных устройств, и его площади как раз впритык достаточно, чтобы отводить тепло от реальных 4х16-18 ватт… Были бы в магнитоле честные 4х45-55 ватт, этот хиленький кусочек алюминия с ними бы не справился!  

4х16 ватт – предел? Дальше только внешний усилитель?

Получается, что усилить аудиосистему простейшей конфигурации, приобретя более дорогое, более брендовое, более функционально продвинутое головное устройство невозможно… Отчасти так и есть: какой бы ни была «магнитола», все равно ее предел по мощности – заявленные 4х45-55 ватт, которые на деле представляют собой 4х16-18 ватт. И устанавливать взамен штатной дешевки более качественную и мощную акустику имеет смысл, лишь используя «голову» в качестве источника слабого сигнала, а усиление осуществляя внешним усилителем.

Но, повторимся, далеко не все готовы строить автомобильную аудиосистему с выносным усилителем. Масса автовладельцев мечтает «сделать погромче» малой кровью: просто поставив более мощную акустику и подключив ее к более мощной «голове» без создания и прокладки дополнительной проводки, без монтажа усилителя и тому подобных мероприятий. И выход есть – головные устройства со встроенными усилителями так называемого «класса D», относительно нового класса усилителей. Эти магнитолы способны выдавать уже ЧЕСТНЫЕ 45 ватт на канал – то есть почти 200 ватт ЧЕСТНОЙ, повторимся, мощности!

Правда, тактика маркетингового лукавства никуда не делась, и рекламные цифры на коробках и в инструкциях таких аппаратов обещают уже аж 100 ватт на канал, и 4х100 в сумме… Впрочем, наплевать на эти хитрости – 400 ватт нам и не нужно, а вот 4х45 без дураков – это уже характеристики внешнего усилителя начального уровня, при том что усилителя и нет: работает голая магнитола!

Как работают магнитолы в D-классе?

Несколько лет назад в продаже начала появляться аудиотехника с выходными каскадами, работающими в так называемом «классе D». Эта буква не означает «digital», как можно подумать, хотя такие усилители в народе нередко, но ошибочно называют «цифровыми». Они не цифровые – обычные аналоговые, просто усиление сигнала в них происходит по совершенно иному принципу, нежели у традиционной аудиотехники, как автомобильной, так и домашней.

Основная идея класса D – использование широтно-импульсной модуляции. Если в обычных усилителях музыка обрабатывается «как есть», с повышением амплитуды входного сигнала без изменений, то в классе D входной сигнал сперва модулирует несущую частоту (очень высокую, сотни килогерц), а полученная «смесь» затем уже усиливается. Сигнал, с которым работают каскады усилителя, имеет всегда одинаковую амплитуду независимо от громкости, а «музыка закодирована» в длительности импульсов. Пардон за легкое скатывание в электронику – если говорить более простыми терминами, то усилитель класса D интересен тем, что обеспечивает высочайший, стремящийся к 100% КПД. Для простого пользователя это означает, что усилители резко до невероятности уменьшаются в размерах, выделяя минимум тепла, которое рассеивается крошечными, буквально символическими радиаторами. Соответственно, высвободившееся в корпусе место можно занять электронными модулями, повышающими напряжение питания, которые позволят поднять выходную мощность честно, без обмана!

Современные головные устройства с выходными каскадами класса D реально повышают мощность звучания аудиосистемы простейшей конфигурации – без всяких дополнительных внешних усилителей. Единственный нюанс при установке таких магнитол – необходимость в протягивании к ним отдельного силового плюсового провода. Ибо сечение хиленького проводка питания в стандартном и универсальном автомобильном ISO-разъеме для подключения головных устройств, а также предохранитель в этой цепи рассчитаны как раз на те самые 4х16, а не на честные 4х45…  

Как найти магнитолу D-класса в продаже?

Несмотря на явные и очевидные преимущества головных устройств с усилителями класса D, они еще не вытеснили традиционные в силу инертности производителей, предпочитающих пропагандировать подход к умощнению аудиосистем через установку внешних усилителей, что обеспечивает больший «средний чек». При том что мощные внешние усилители D-класса они делают активнее, чем магнитолы с такими усилителями на борту. Тем не менее в ассортименте многих брендов кар-аудио (если говорить о солидных марках, из первой десятки) обязательно есть одна-две модели головных устройств с усилителем D-класса. Наличие такого усилителя может не отражаться в описании на сайте или упаковке, но его выдает мощность – как правило, все такие модели анонсируются как «4х100 W». Визуально у них зачастую отсутствует радиатор на задней стенке, иных отличий обычно нет. Некоторые производители делают «гибридные» варианты: предлагают D-усилитель 4х45 (заявляемый, конечно же, как 4х100!) все же в виде отдельного миниатюрного блока, однако не самостоятельного выносного, а «пристяжного», крепящегося на спину магнитоле по аналогии с тем, как на спину компьютерных мониторов прикручиваются офисные мини-компьютеры неттопы. 

Disclaimer:

Автор просит прощения у въедливых читателей, которым режет глаз и слух часто употребляемое слово «магнитола». Увы, этот катастрофически устаревший и давно ставший жаргонным термин используется в силу двух причин: не снижающейся узнаваемости его в широких народных массах, а также отсутствия в полной мере адекватного современного аналога. Распространенное  «головное устройство» – уродливое буквосочетание, не имеющее четкой привязки к смыслу, вкладываемому в него в аудиоконтексте; ненамного лучше и длинный и за версту отдающий занудством аналог – «автомобильный мультимедийный центр»…