ワットはワットですか?カーオーディオマニアに徹底解説
カーオーディオアンプの購入を検討する際に最もよくチェックするのは、どのくらいの電力を出力できるかという仕様です。電力はワットで評価されます - 電力の測定の普遍的な単位です。この記事では、ワットとは何か、およびその測定方法について、正しい方法と間違った方法の両方について説明します。
辞書の時間!
まず、ワットの正式な定義を理解しましょう。ワットは、電力測定の SI (Systéme International) 単位です。電源は電気である必要はありません。実際、単位ワットはジェームズ ワットにちなんで命名され、蒸気エンジンが実行できる仕事を定量化するために作成されました。その動的アプリケーションでは、1 ワットは、物体の速度が 1 メートル/秒で、それに対抗する 1 ニュートンの力で着実に移動しているときに行われた仕事でした。電気モーターについて言及する場合、1 馬力は 746 ワットに相当します。
馬力について話すのは楽しいことですが、私たちはカーオーディオの愛好家なので、電気のワットの説明に戻りましょう.
電気用語では、1 ワットは 1 秒間に 1 ジュールのエネルギーが移動することです。次の論理的な質問は、ジュールとは何ですか?ジュールはさらに別の SI 単位であり、1 クーロンの電荷を 1 ボルトの電位で移動させるのに必要な仕事の量を定義します。はい、ここで問題はクーロンに移ります。それは一体何なのでしょうか?クーロンは電荷の単位で、-6.242 x 10^18 電子に相当します。
まだ失われましたか？心配しないでください。私たちは、私たちの間の数学と測定のオタクをなだめているだけです。これを重要なことに分解しましょう。
電気を使って仕事をしたいときは、フィラメント、モーター、ボイスコイルなどのデバイスに電子を流さなければなりません。その結果、スピーカーの場合、電子の流れによって生成された磁場により、ボイスコイルがスピーカーの固定磁石に引き寄せられたり、反発されたりします。より多くの電子を流すと、より多くの仕事が行われ、スピーカーは磁石に近づいたり離れたりします。
力算
ここで、べき乗方程式について話し始めます。回路内の電力を計算する一般的な方法は 3 つありますが、電圧、抵抗、アンペア数などの他の変数の値を知る必要があります。これらの変数の任意の 2 つを使用して、回路で実行される電力を計算できます。方程式は次のとおりです。
抵抗が 4 オームの回路に 10 ボルトの電圧を加えると、すると、25 ワットの電力が得られます。その電圧を 20 ボルトに上げると、利用可能な電力が 100 ワットになることを意味します。上記の方程式の変数を置き換えて再配置し、他の変数を計算することができます。これは単純な代数です。
測定力
技術者がテスト ベンチにアンプを設置して電力を測定する場合、技術者は通常、アンプを高電力負荷抵抗のバンクに接続し、信号が 1% の歪みレベルに達したときのアンプの出力を測定します。 .測定値は電圧です。ほとんどの場合、負荷は変動しないと想定しています。アンプから 44 ボルト RMS を測定し、アンプを 2 オームの負荷に接続したとします。これは 968 ワットになります。これは非常にシンプルで繰り返し可能ですが、現実の世界では機能しません。その理由を見てみましょう。
抵抗とリアクタンス
これは少し技術的な話になります。オーディオ信号は交流 (AC) 信号です。スピーカー コーンを静止位置から前後に動かすには AC 信号が必要ですが、電力測定ははるかに複雑になります。導体と負荷が AC 信号に反応する方法は、直流 (DC) 信号とは異なります。
AC信号は方向を変えるため、それらが作り出す磁場の極性も方向を変えます。磁場の極性を変えようとすると、電流の流れに大混乱が生じます。電流が流れ始めて磁場が発生すると、それは止まりません。 DC 電圧を想像してみてください。すべての電子は常に同じ方向に動いています。彼らは幸せで、不満はありません。ただし、AC 信号に関しては、電子の流れの方向を変える必要があります。 20 kHz の信号では、方向の変化は 1 秒間に 20,000 回発生します。電子は怠け者です – 彼らは自分がしていたことをやり続けるのが好きです.このため、彼らは方向転換に反対しています。
インダクタは、実際にはワイヤのコイルにすぎません。パッシブ クロスオーバー ネットワークのインダクタや、クラス D アンプのフィルタ ステージが見られます。電子がインダクタを流れると、強い磁場が発生します。電圧源を取り除くと、電子は流れ続けようとします。実際、ダイオードが接続されたリレーを見たことがある場合、そのダイオードは、リレーの機能を制御していた回路に戻る以外に、どこかに電子の流れを与えるためにそこにあります.
AC 信号をインダクタに印加すると、周波数が高くなるほど、インダクタの方向を変えるのが難しくなります。電子の流れ。交流電流の流れに対する抵抗は、誘導性リアクタンスと呼ばれます。抵抗と考えてください。ただし、AC 信号にのみ適用されます。インダクタは、電流の流れの変化に対抗します。交流電源を切断し、インダクタの DC 抵抗をマルチメータで測定すると、画面に表示される数値が抵抗になります。インダクタのリアクタンスを測定するには、AC 信号を印加してインダクタの実効電圧降下を測定できるデバイスが必要です。
誘導性リアクタンスを計算する式は Xl =2 x pi x F x L です。ここで、F は印加された AC 信号の周波数、L はヘンリーで測定されたインダクタのインダクタンス値、Xl はオームでの誘導性リアクタンスです。前述のように、インダクタンスが周波数とともに増加することがわかります。
スピーカーのボイスコイルはインダクタであり、インダクタとして機能します。
電流と電圧
さらに悪いニュースがあります。インダクタは電流の流れの変化に対抗するため、タイミング エラーが発生します。何のタイミングですか？インダクタ両端の AC 電圧とインダクタを流れる電流の AC 値との間の相対時間。完全なインダクタ (DC 抵抗のないもの) では、インダクタを流れる電流は、インダクタの両端の電圧よりも 90 度、または通過する信号の周波数の 1/4 遅れます。
それを少し理解してから、力の方程式を考え直してください。電力は電圧×電流です。しかし、電流のピークが電圧のピークと同時に発生していない場合はどうなるでしょうか?単純に 2 つの数値を掛け合わせて回路の電力を求めることはできません。さらに悪いことに、電流が電圧よりも遅れる時間は、インダクタの DC 抵抗に依存します。および 誘導性リアクタンス - ほとんどのカー オーディオ スピーカーの場合、DC 抵抗は通常 2 ～ 8 オームです。インダクタンスは、高品質のツイーターの場合は 0.04 mH で、大きなサブウーファーの場合は 5 mH 以上です。
もう 1 つの課題があります。インダクタンスは、スピーカーのドライブ レベルとスピーカー コーンの位置によって変化します。
同意していただけると思います – すべてが非常に複雑ですが、まだあきらめないでください。
AC 回路の有効電力はどのように測定するのですか?いくつかの方法があります。非常に高いサンプリング レートで瞬時の電流と電圧を測定し、それらを掛け合わせることができます。サンプリング レートは、測定する周波数の 20 倍または 30 倍である必要があります。また、従来のメーターを使用して回路内の電流と電圧の量を測定し、位相角メーターを使用して 2 つの間の相対的な関係を見つけることもできます。ツールボックスにスタンドアロンの位相角計を持っている人はほとんどいません。 できないこと することは、電圧と電流を掛け合わせるだけです。
あの SPL ガイズ アンド ワッツ
これを読んでいるということは、インターネットを頻繁にローミングしているということでしょう。あなたは間違いなく、SPL 愛好家がアンプによって生成されたパワーを「クランプ」して測定しようとするのを見たことがあるでしょう。電流クランプをアンプから出ているスピーカー ワイヤの 1 つに接続し、アンプの端子間に電圧計を取り付けます。
これにより、次の 3 つの問題が発生します。
<オール>ワットの定義が複雑だと思われる場合は、無効負荷の電力を計算する方法を説明すると限界を超えてしまうので、すべてを説明することはしません。これは、AC 電源に関する大学のコースのために保存されたトピックです。私たちがすること 行うことは、複雑な電力測定を行うためのソリューションを提供することです.
実際には、スピーカーに接続した状態でアンプからの出力を測定する場合、正確な結果を得るのは非常に困難です。 .数社がカーオーディオのパワーメーターを製造しています。最も人気のあるユニットは、D'Amore Engineering AMM-1 です。 AMM-1 は、電流と電圧を同時に測定し、それらの間の位相角を計算して正確な電力測定を提供するハンドヘルド メーターです。 AMM-1 は、アンプが実際にどれだけのパワーを生み出しているかを示します。 (思ったよりも小さくても泣かないでください。)
AMM-1 はボルトアンペアも表示できます。ボルトアンペアは、電流に電圧を掛けて計算されます。さらに別の画面で負荷の位相角を確認することもできます。アンプがスピーカーのような無効負荷を駆動しているときに電力を測定することに真剣に取り組んでいる場合、これは必要なツールです。
知っておくべきこと
When you are shopping for an amplifier, the numbers you usually see quoted are measured into resistive loads. Most amplifiers have no problem with driving reactive loads, so you can trust the published numbers, as long as the distortion specification is clearly defined.
The CEA-2006A (now called CTA-2006A) specification for power measurement defines the maximum signal distortion during measurement as being 1%, and no more than 14.4 volts can be supplying the amp. Comparing power specs using this standard has leveled the playing field in the car audio industry.
We will look at some other very important amplifier specifications in another article. These other specifications may, in fact, be more important to choosing the right amp for your system than how much power the amp makes. Until then, drop into your local car audio specialist retailer to find out about the latest amplifiers available for your system. There are some amazing new amps on the market with a lot of cool features.
Happy listening!