Энергообеспечение аудиооборудования

Инсталлировать мощную аудиосистему в автомобиль - совсем не значит подключить несколько больших усилителей с динамиками. Простое добавление аудиокомпонентов без предварительного рассмотрения всей системы электропитания и электропотребления автомобиля приводит к нежелательным звуковым искажениям, выходу из строя автомобильной электросистемы, повреждению самих компонентов аудиосистемы и т.д. В некоторых случаях необдуманное обращение с регулятором громкости может "вырубить" звук безвозвратно.
Мощные аудиосистемы, ориентированные в сторону баса, потребляют значительное количество электрической мощности. Достижение требуемого уровня в 500-1000 Вт
сильно обесточивает автомобиль. Если система электроснабжения работает не адекватно, то говорить о номинальных характеристиках звуковоспроизведения не приходиться вообще. Падение напряжения на дополнительной нагрузке электрической цепи (по закону Ома) увеличивает ток от системы электропитания автомобиля. Это повышает тепловыделение всех электрических компонентов и отрицательно сказывается на работе звуковых катушек динамиков, усилителей, что может привести к их преждевременному выходу из строя.
К сожалению, многие фанаты автомобильного аудио при установке нового оборудования не принимают во внимание работу системы электроснабжения. Одна из причин - плохое знание основ электричества. Учитывая сложность электронного оборудования современных автомобилей, даже специалисты установочных центров не всегда могут подробно объяснить или решить все проблемы, связанные с перераспределением бортового электричества. Оперируя основными параметрами электрической цепи (т.е. амперами, вольтами, омами, ваттами и др.), попытаемся объяснить некоторые закономерности энергообеспечения при инсталляции дополнительной аудиоаппаратуры.

Увеличение нагрузки

Многие автовладельцы слушают рэп, хип-хоп или другую альтернативную музыку с целью ощущения глубокого баса. Громкая и насыщенная басом музыка требует мощного низкочастотного динамика. Поэтому, появляется главное пожелание к автомобильной аудиосистеме - подключить такой сабвуфер. А начинать указанный процесс следует, как раз, с рассмотрения системы электропитания автомобиля.
Допустим, что приобретен "низкочастотник" со средним уровнем потребляемой мощности 300 Вт. Для реализации потенциальных возможностей сабвуфера, необходимо сконструировать отсек камеры с фазоинвертором и подключить усилитель с таким же средним номинальным уровнем выходной мощности. Если усилитель не достаточно мощный, то могут возникнуть амплитудно-частотные искажения и перегрузка самого усилителя. То есть динамик не зазвучит, как ему положено.
Для раскачивания сабвуфера установим требуемый 300-ваттный моноусилитель. Теперь система электропитания автомобиля должна дополнительно поставить необходимое количество электрического тока для работы усилителя. Количество добавочного тока определим по простой формуле: средний уровень мощности усилителя (в нашем случае 300 Вт) разделим
на величину бортового напряжения автомобиля. Большинство машин имеют стандартное напряжение 12 В, а при работающем двигателе - примерно 13,8 В. Делим 300 Вт на 13,8 В и получаем 21,7 А. Таким образом, для снабжения энергией усилителя электрическая система автомобиля должна поставить дополнительно 21,7 А. Тогда сабвуфер будет работать на приемлемом уровне.
Большинство автомобилей изначально снабжены необходимым оборудованием электропитания - генератором переменного тока и аккумулятором. Их достаточно для функционирования кассетных и CD/DVD плееров, освещения, сигнала, стеклоочистителя, обогревателя, кондиционера, прикуривателя и многих других бортовых устройств-потребителей электричества. Небольшие и средних размеров автомобили поставляются с генератором переменного тока, который выдает до 60 А. Если добавить усилитель с сабвуфером, потребляющими до 20 А - это означает, что электрическая система будет дополнительно "нагружена" на треть.
Подключение дополнительного усилителя для коаксиальных спикеров еще увеличит энергопотребление. Эти устройства не требуют столько электрического тока, как усилитель для сабвуфера, но также добавляют нагрузку, допустим еще на 10 А. В целом, дополнительная нагрузка электросистемы увеличит потребление тока на 30 А, при максимальном уровне обеспечения (для данного примера) в 60 А. Это существенно для генератора переменного тока и аккумуляторной батареи.

Баланс мощности

Если система электропитания недостаточно подзаряжается - это является серьезной ошибкой при инсталляции дополнительного
аудио- и видеооборудования. Определение того, на сколько увеличить электрический ток зависит от устанавливаемой аппаратуры и электрической системы всего автомобиля. Остановимся на этом немного подробнее.
С поворотом ключа зажигания в положение старта, как известно, начинается процесс запуска двигателя. Электричество для стартера поставляет аккумуляторная батарея. После старта, основным источником электрического тока становится генератор переменного тока. Для генерации переменного электрического тока (АС) это устройство использует механическую энергию двигателя, передаваемую через ремень. Переменный электрический ток выпрямляется в постоянный (DC), который и потребляется всеми электрическими устройствами автомобиля. Генератор переменного тока, также подзаряжает аккумуляторную батарею.
Все работает исключительно хорошо до тех пор, пока электрическая энергия, потребляемая всем оборудованием, не превышает уровня, производимого генератором переменного тока. Если нагрузка достаточно велика для генератора - электрическая энергия начинает потребляться от аккумулятора. При дальнейшем увеличении потребляемого тока, когда генератор уже вместе с аккумулятором не удовлетворяют все энергетические запросы оборудования, происходит падение напряжения во всей электросистеме автомобиля. Как было отмечено раньше, уменьшение напряжения, сопровождаемое увеличением силы тока, дополнительно нагревает все компоненты электрической цепи (вследствие их резистивности). Падение напряжения питания до 11 В приводит к перегреву и перебоям в работе некоторых усилителей мощности. Существующие электросхемы защиты и теплоотводящие радиаторы не всегда функционируют должным образом и тогда поломка неизбежна. Таким образом, при не адекватной работе системы электропитания, продолжительное воспроизведение баса с высоким уровнем громкости может вывести из строя аудиоустройства и друге оборудование автомобиля.
Несомненно, лучшая новация автомобильного аудио за последние годы - это усилительная техника класса D, одним из главных показателей, которой является пониженное потребление электрического тока для номинальных характеристик усиления. Данные усилители обычно используются в басовых аудиосистемах и намного эффективнее стандартных усилителей класса АВ. Например, 1000-ваттный усилитель класса D достигает номинального уровня мощности при 80 А потребляемого тока и продолжает приемлемо работать на 10-20 А. В свою очередь, 1000-ваттный усилитель класса АВ потребляет до 140 А для достижения вышеуказанного уровня усиления и 20-50 А при обычной работе. По различиям в эффективности работы усилителей можно определить, существует ли необходимость в мощном генераторе переменного тока, усиленной аккумуляторной батарее и/или анкерных конденсаторах.

О количестве ампер

Сначала следует определить энергетические возможности системы электропитания от генератора переменного тока для конкретного автомобиля. Большинство
современных транспортных средств плотно "упакованы" под капотом и прочитать рабочие параметры генератора достаточно трудно, разве что снизу машины. Узнать, сколько ампер вырабатывает данный генератор можно в технической документации автомобиля или в сервисном центре.
Обычно, мощности генератора достаточно для работы всех стандартных электрических устройств автомобиля с запасом в 10 А. Следует определить, сколько тока будет потреблять дополнительная аудиосистема. Если его величина больше 10 А, то надо кардинально подумать об усилении системы электропитания автомобиля.
Для небольшого увеличения тока, подойдет наиболее простое решение - замена существующей аккумуляторной батареи на более мощную. Это позволит аудиосистеме получать необходимую энергию в тех случаях, когда генератор не справляется с полной нагрузкой. Но следует запомнить, что такое решение рекомендуется, если система электропитания нуждается в приросте тока около 10 А. Заметим, что частое потребление энергии от аккумулятора ослабляет его свойства и преждевременно выводит из строя. Как известно, электрическая емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах.
При ограниченных возможностях системы электрозарадки автомобиля, замена штатного аккумулятора на АКБ большей емкости может создать дополнительную проблему просто из-за отсутствия свободного места в автомобиле. Подключение второго, не рекомендуется по ряду причин.
Два аккумулятора - не лучший вариант для транспортных средств, которые эксплуатируются ежедневно. Второй аккумулятор должен подзаряжаться наравне с первым, что дополнительно нагружает генератор. Другой отрицательный довод - в соблюдении безопасности. Батареи (большинство кислотно-щелочные) могут нести серьезную опасность, если установлены не там где надо или не надлежащим образом. Явное преимущество мультиаккумуляторного электропитания - при выключенном двигателе автомобиля.

Быстрый запас

Конденсатор - хорошее решение для быстрой энергетической подпитки мощных сабвуферных систем. Иногда этот прибор называют конденсатором напряжения, вследствие способности быстро отдавать накопленный электрический заряд и тем самым выравнивать падение напряжения. Это крайне полезно, при работе электрической системы автомобиля на гране своих возможностей, если внезапно раздается громоподобный удар сабвуфера. Конденсатор отдает требуемое количество энергии в виде запасенных электрических зарядов, немедленно перезаряжается и готов к следующей мощной низкой ноте. Существуют группы аккумуляторов, функционирующие подобно конденсаторам. Например, Xstatic Batcap способен накапливать значительное большее количество электричества, чем это делают большинство конденсаторов.
Если системе энергопитания недостаточно дополнительных аккумулятора и конденсаторов, то следует поставить другой или еще один генератор переменного тока. Генератор является самым эффективным источником электропитания, т.к. способен снабжать энергией намного быстрее, чем аккумулятор или конденсатор. Конечно, дополнительный генератор переменного тока - это сравнительно дорогое решение по увеличению энергообеспечения, но возможно самое лучшее. Если все-таки принято такое решение, опять встает вопрос: насколько мощный генератор необходимо установить?
Изначально второй генератор выбирается по физическому соответствию доступного пространства моторной части автомобиля. Затем надо обеспечить ременный привод к шкиву мотора. Для установки второго ремня, возможно, потребуется заменить сам шкив или подключить напрямую к основному генератору. Другое решение - вывести второй шкив с задней стороны мотора. Все эти операции требуют квалифицированного подхода опытного инсталлятора. К примеру, в случае плохого натяжения ремня генератора, идет проскальзывание, нагрев и разрыв передачи со всеми вытекающими последствиями.
Отметим, что поднимать вопрос об установке дополнительного генератора следует, когда системе электропитания требуется тока более 10 А. Это не относится к некоторым транспортным средствам, генераторы которых обеспечивают дополнительно 30 и более ампер к стандартной электрической нагрузке бортового оборудования.
Мощные автомобильные аудиосистемы и их инсталляция стоят достаточно дорого. Доработка системы энергообеспечения автомобиля еще больше потратит средств. Создать великолепный звук и услышать всё богатство баса без оглушающего давления больших сабвуферов можно с помощью небольших электронных устройств на основе психо-акустического эффекта "отсутствия основного тона" (об этом читайте статью "Новая технология MaxxBass" в этом номере журнала).

Сергей Нестеренко