Što radi pojačalo za automobil? Jedini vodič koji vam je potreban

Pitate se kako auto pojačalo radi i čemu služe? Jeste li spremni nadograditi svoj audio sustav u automobilu koji biste željeli nadograditi, ali prvo morate znati više? Došli ste na pravo mjesto!

Pokrit ću sve što trebate znati:

- Kako radi audio pojačalo automobila
- Što rade i zašto su korisni za zvuk

Razlike između različitih klasa audio pojačala

…i još mnogo, mnogo više!

Čemu služi auto pojačalo?

Automobilsko pojačalo pojačava vrlo mali električni audio signal iz glavne jedinice na viši napon. Može pokrenuti zvučnike povezane žicom zvučnika s većom snagom, glasnoćom i jasnijim zvukom. Većina auto audio ugrađenih u upravljačku jedinicu ima samo oko 15 do 18 vata na raspolaganju i počinje vrlo jako izobličavati pri maksimalnom izlazu.

Vanjsko pojačalo ne samo da rješava ovaj problem, već može i znatno poboljšati vjernost reprodukcije glazbe u kojoj uživate.

Za snažan bas, subwooferima je potrebna velika snaga koju je nemoguće dobiti samo od stereo uređaja u automobilu. Ovo također predstavlja problem kada želite koristiti naknadne zvučnike od 4 ohma ili čak 2 Ω kojima je potrebno više snage za maksimalnu izvedbu prilikom nadogradnje vašeg zvučnog sustava.

Vanjsko pojačalo pruža veću kvalitetu zvuka jer može ponuditi niži šum i izobličenje zahvaljujući naprednijoj elektronici uključenoj u tu svrhu. Auto stereo uređaji često imaju jednostavniji dizajn i jeftinije komponente koje ograničavaju ono što možete čuti.

Objašnjene ocjene snage pojačala

Kontinuirana ili RMS vrijednost u vatima opisuje izlaznu snagu koju pojačalo realno može pouzdano isporučiti. Iako zvuči impresivno, specifikacija "vršne" ili "maksimalne" snage više je tehnička stvar, a ne ono što ćete dobiti tijekom normalne upotrebe.

RMS snaga odnosi se na korijen srednje kvadratne vrijednosti mjerenje koje se koristi u elektrotehnici za opisivanje signala izmjenične struje (AC) poput onih koji se koriste u zvučnoj elektronici. Budući da se izmjenični napon razlikuje od istosmjerne struje (DC), matematika je malo drugačija. RMS mjerenja to uzimaju u obzir.

Kako bi se kupcima pomoglo da dobiju točnije informacije, stvoren je standard Consumer Electronics Association (CEA) 2006 koji potiče pružanje točnih specifikacija. Prodani proizvodi koji sadrže specifikacije CEA-2006 pokazali su da će isporučiti ono što proizvođač reklamira.

Kako radi auto pojačalo?

Unutarnje napajanje, koje se napaja pozitivnim i negativnim ožičenjem baterije, stvara viši izlazni napon – i više snage – nego što je inače moguće iz izvora napajanja od 12 volti. Zbog velikih ampera, debela žica za napajanje i žica za uzemljenje se u većini slučajeva izvode izravno na akumulator vozila i metalnu šasiju.

Stereo u automobilu šalje audio signal putem RCA kabela ili druge veze gdje se pojačani električni signal isporučuje terminalima zvučnika za upotrebu sa žicom.

Gotovo sva naknadna audio pojačala za automobile imaju sljedeće:

DC-DC (istosmjerna struja) pojačano prekidačko napajanje
Sklop za sprječavanje šuma ("petlja uzemljenja")
Krug skretnice zvučnika
Premošćivanje sklopova
Funkcije dodatne pogodnosti (npr.:ulazni stupnjevi na razini zvučnika ili pojačanje basa)

Objašnjenje izvora napajanja pojačala za automobil

Zvuk automobila predstavlja doista težak izazov:upotrebom samo napajanja od +12 V, ne možemo izravno stvoriti veliku izlaznu snagu za korištenje tvorničkih zvučnika ili nadograđenih zvučnika.

Kako bismo ovo bolje razumjeli, možemo pogledati Ohmov zakon koji kaže da je snaga povezana s otporom opterećenja (impedancija zvučnika) i naponom napajanja. Otpor opterećenja mora se smanjiti ili se napon mora povećati da bi se dobila veća snaga.

Ohmov zakon skup je matematičkih formula koje se koriste za izračunavanje snage predane opterećenju. Da biste dobili više snage, morat ćete (1) smanjiti opterećenje u ohmima (impedancija) ili (2) povećati dostupne volte.

Napajanje s promjenjivim načinom napajanja (SMPS) iznutra to čini mogućim jer uzima +12V baterijsko napajanje i povećava ga nekoliko puta na otprilike 28 volti do 32 volta, na primjer. Omogućeni su i opskrbni putovi pozitivnog i negativnog polariteta (također se nazivaju opskrbnim "tračnicama").

Čip sklopnog integriranog kruga (IC) uključuje i isključuje visokostrujne tranzistore spojene na transformator tisuće puta u sekundi. Transformator, ovisno o broju zavoja bakrene žice na sebi, proizvodi veće napone na svom izlazu. Oni su izglađeni i stabilizirani kako bi proizveli izvor energije za kanale zvučnika.

Snimka alternativnih valnih oblika (signali napona uključenja/isključivanja) koji se koriste za pokretanje tranzistora u SMPS napajanju nekoliko tisuća puta u sekundi.

DC-DC sklopni dodaci poput onih u automobilskom pojačalu nazivaju se pojačavanjem budući da mogu uzeti niži napon i umnožiti ga nekoliko puta na viši napon. Step down napajanja čine suprotno.

Neke komponente, kao što su prekidni tranzistori velike snage, pričvršćene su na šasiju pojačala od teškog metala kako bi se uklonio i raspršio generirani višak topline. U protivnom bi na kraju propali zbog topline koja bi ih uništila.

Kako se pojačala uključuju i isključuju

Signal niske struje (često manji od 0,025 ampera) koji se naziva "daljinska" žica koristi se kako bi se izbjeglo da pojačalo ostane uključeno i prazni bateriju kada se ne koristi. Daljinska žica spojena je na izlaz na stereo sustavu automobila ili ožičenje paljenja. Kada se signal +12 V ukloni, pojačalo se isključuje i prestaje trošiti bateriju.

Ulazni stupnjevi, sekcije pojačala i izlazni stupnjevi

Prikazana su dva odjeljka koja omogućuju izvrstan zvuk u automobilu:odjeljak za pojačalo i izlaz te ulazni stupnjevi. Ploča ulaznog stupnja sastoji se od mnogo manjih sklopova za obavljanje stvari poput pružanja funkcija skretnice, omogućavanja premošćivanja za više snage, osiguravanja kontrole pojačanja i blokiranja buke petlje uzemljenja. Stupnjevi pojačala preuzimaju audio signal s ploče ulaznog stupnja, koriste izlaz napajanja i pojačavaju ga kako bi stvorili snažan izlaz.

Ulazni stupnjevi

Ulazni stupnjevi imaju niz poslova za obavljanje:

Dopustite pojačalu da se poveže sa stereo uređajima bez RCA priključaka (ulazi na razini zvučnika, ako su dostupni)
Spriječite da šum petlje uzemljenja uđe u put signala
Pružaju funkcije križanja
Dopusti podešavanje razine pojačanja pojačala

Ulazni stupnjevi koriste iznimno svestranu elektroničku komponentu koja se zove operacijsko pojačalo (operacijsko pojačalo). Operacijska pojačala su sićušni krugovi pojačala ugrađeni u minijaturne čipove koji se koriste za sve vrste audio funkcija.

Sprečavanje buke

Šum petlje uzemljenja čest je i vrlo frustrirajući problem pri instalaciji audio sustava u automobilu. Također se nazivacviljenje alternatora , to je vrsta niske razine električnog šuma u putu audio signala koji se pojavljuje kao užasno cviljenje koje se pojačava i smanjuje s brzinom motora.

Ova vrsta buke nastaje zbog električnih struja koje teku unutar karoserije vozila i spojeva audio komponenti. Kada postoji razlika električnog potencijala u 2 ili više točaka u sustavu, stvara se mala razlika napona koja se može pojačati. Ovo se čini kao visoko i neugodno cviljenje koje možete čuti iz zvučnika.

Dizajn filtra koji se naziva diferencijalno pojačalo sklop se koristi na prednjem kraju (ulazna strana) za učinkovito blokiranje i poništavanje ove buke prije nego što može ući u puteve glazbenog signala.

Crossoveri

Elektroničke skretnice nude način kontrole frekvencijskog raspona koji se šalje zvučnicima automobila. Na primjer, kada pokrećete subwoofere, niskopropusni filtar blokira sve osim basa kako bi se dobio izvrstan bas zvuk. Isto tako, možete spriječiti da bas izobliči manje zvučnike kao što su visokotonci ili zvučnici u vratima korištenjem visokopropusne skretnice.

Ako se pravilno koriste, skretnice vam omogućuju veću glasnoću, štite vaše zvučnike i pružaju bolju jasnoću zvuka. Posebno su korisni za naprednije sustave poput onih koji koriste komponentne zvučnike.

Elektroničke skretnice u pojačalima obavljaju istu funkciju kao skretnice pasivnih zvučnika, ali bez glomaznih komponenti poput induktora i kondenzatora koje zahtijevaju. Također ih je lako prilagoditi ili uključiti/isključiti pritiskom na prekidač.

Pojačanje pojačala

Kao što naziv implicira, pojačala pojačavaju ulazni signal iz stereo uređaja. Budući da ne postoji standardni izlazni napon koji koriste različiti automobilski stereo uređaji, potrebno je podešavanje pojačanja za najbolje rezultate, uključujući kvalitetu zvuka, dovoljnu snagu i sprječavanje izobličenja koje se naziva kliping.

Podešavanje pojačanja pojačala omogućuje kontrolu izlazne razine na temelju razine ulaznog signala. Budući da neki stereo uređaji za automobile imaju jače izlazne signale, kontrola pojačanja može se smanjiti kako bi se bolje uskladila s izlaznom razinom i glasnoćom.

Razina pojačanja utječe na prostor za glavu što je količina pojačanja koja je još dostupna prije nego se dosegne granica. Sve vrste od automobila do kućnih stereo uređaja, pa čak i kućne DJ opreme često uključuju podešavanje pojačanja.

It’s also a way to reduce noise. Because as all amps add some level of noise (like a “hiss” or similar) to their outputs, lowering the gain also reduces the noise produced and heard.

Amplifier sections and output stages

Simplified illustration of the amplification stages and output that most car amps use. Beefy output transistors capable of handling large amounts of current are connected to the switching power supply and drive the speaker. They’re controlled by some smaller components needed to split the audio signal into positive and negative halves needed to reproduce the musical signal.

Power amplifiers (as seen in the image above) have main sections dedicated to modify or manipulate audio signals as well as for delivering more current and voltage. The first sections contain small components like miniature transistors that divide the audio signal into two halves.

Next, after passing through the crossover filter and other stages, they’re directed to large high current transistors supplied with higher volts from the SMPS. The input signal is magnified to an identical but much larger waveform connect to the speaker outputs.

Car audio amplifier classes explained

The class listed by a car audio amplifier manufacturer is the type of technology used for the audio signal and to deliver power. Every audio amp uses a class A, class D, or class A/B design.

Class A: The most inefficient but provides audiophile quality sound. (Used in some past designs like from Rockford Fosgate)

Class A/B: Until recently the most popular because they offer reasonable cost and good sound quality. Class A/B amps work similar to class A but switch off when the signal reaches the zero voltage threshold, reducing power consumed slightly.
Class D: These amps are increasingly more common as they use newer technology to rapidly switch the power circuitry on and off, reducing waste and heat. Sometimes mistakenly called a “digital amplifier” although they don’t use digital technology for their basic functions.

Class D vs class A/B differences

Class A/B designs conduct, follow, and amplify the analog input signal most of the time, using some power even when nothing is being delivered to the speakers. This is because even when you’re not driving speakers some power is wasted as heat due to losses. That’s one reason this type gets fairly warm especially during hard use.

They have an efficiency somewhere around 65% meaning they draw about 35% higher amps from the battery than is delivered as power to speakers. This is wasted purely as heat!

By contrast, a class D amp uses pulse width modulation (PWM) technology that switches power components on only a portion of the time . Unlike class A/B amps they convert the input signal to square waves used to control the on/off timing. These are converted back to smooth audio signal waves before being delivered to speakers.

Class D amplifier models are about 85% efficient meaning they run cooler and can be much smaller than A/B designs. As they offer more power in less, they’re really common for very high power subwoofer amplifier (mono amp) models sold today.

Class A/B amps offer lower noise levels for less money, although today’s D models have caught up fairly well especially for brand name designs.

What are channels on an amp?

Channels are independent audio paths that are used to create a sound output from an amplifier. In stereo recordings, the left and right audio sources differ and provide left vs. right audio sound.

In car audio, left and right audio channels are separate outputs from a car stereo or an independent signal path with an amplified output. They’re used to give a fuller, more realistic sound when listening. Additionally, some stereos provide front and rear outputs pairs, although these are simply the same signals provided to drive an extra pair of speakers in the rear.

In many cases stereo amplifier channels can be “bridged.” This means that 2 channels can work together in a push-pull fashion to speakers with more power than one channel alone (usually about twice the power of a single speaker output).

Car audio amp connections, inputs, and controls

Most car amplifiers, whether expensive or budget-priced, are very similar in how they’re designed. Generally power connections are located on one end and audio inputs and controls are found on the other end.

In image above you can see adjustable crossover dials and the switches to enable them. The point after which sound frequencies are blocked, called the cutoff frequency , is adjustable by the user with a small dial in some cases. In other models, it’s a fixed setting operated with a switch and can’t be changed.

However, fixed crossover frequencies are normally set to the most commonly used values for convenience.

Power connections

Power and speaker connection terminals on a Pioneer GM-D9605 car amplifier.

Power connections are typically made using larger-gauge copper wire and connectors, often included in an amp wiring kit. RCA cables are used to connect the amplifier to the audio signal outputs of the head unit from which music is played.

Note that to bridge 2 channels on the amp and deliver more power as a single channel, they’re connected in a particular way. The bottom image above shows the polarity and wiring connections required. They’re marked as “Bridged” as you can see.

In bridged mode, one channel provides the positive speaker connection and the other provides the negative.

Speaker level inputs

A speaker level input wiring harness is shown. Speaker outputs from a factory stereo can be connected to the wiring then plugged into an amp to provide a signal when RCA jacks aren’t available.

Upgrading a factory installed car audio system can be challenging as RCA jacks aren’t usually available. In that case speaker-level (also called “high level”) inputs, if available, can be used to avoid buying additional parts.

These take the higher voltage speaker level signal directly from speaker wiring and reduce it to a smaller level the amplifier can use.

The other option is to use a speaker-level adapter to do the same thing.

How are car power amps installed?

A typical installation for a car amplifier. Large-gauge power wires are connected to the power terminals and fastened using screws. Speaker wiring is connected similarly. After installation, the sound system is tested and the amp’s gain control and crossovers are adjusted as needed.

In order to work properly, car amplifiers have to be installed with sufficient size and type of power wire. The most important reason for this is because a vehicle’s original wiring cannot handle the high-current demands of an amplifier.

For example, some may draw 50 to 80 amps or more or when driving subwoofers very hard. Factory wiring isn’t rated for these kinds of demands and a loss of voltage (and consequently, power) to the amplifier would occur. Therefore we route a large enough power cable to the battery and make sure a good, clean electrical connection is made.

A sufficiently rated fuse, held in a fuse holder, protects the positive power cable. If a problem like a short circuit occurs the fuse would blow and protect against causing a fire.

There are several wiring connections used on all car amplifiers:

A fused large-gauge power wire to the battery (+12V)
Negative connection to the “ground”:negative battery terminal or car’s metal body
Remote-on wire to switch the amp on and off with the stereo or ignition switch
Audio input signals:RCA cables or speaker-level inputs
Speaker wiring connections

Fortunately, this wiring is often easily found pre-packaged and ready for use by buying an amplifier wiring kit.

Car amplifier installation diagram

How are car amplifiers helpful?

Today’s amplifiers can power a whole car audio system with excellent sound quality and volume. Some are very compact and can be installed under a seat or even inside your dashboard! A good amplifier provides several times the power output of an average car stereo. Also, they’re much more clear and crisp sounding.

Car amplifiers have many benefits as well as being a necessity in some cases. Typical car stereos, even today, can only produce about 15 to 18 watts of power per channel at most.

At higher volumes and when attempting to drive speakers that need more power, the sound from a stereo becomes distorted and terrible. Driving speakers with higher volume is basically impossible with only a car stereo.

Car amps offer much better sound, especially for bass-heavy music. There are also some special situations where they’re the only option for upgrading the sound in a vehicle:

Factory stereo systems with no woofer
Factory-installed amplifiers that have died or are weak
The desire for powerful, clear sound when enjoying higher-quality music
Vehicle owners who want heavy volume
Boat and other outdoor vehicle owners (outdoor vehicles need extra power for better sound)

Additional benefits

As I mentioned earlier, many offer features like built-in crossovers that can prevent distortion and allow you to play speakers at higher volumes with enhanced clarity. Factory systems normally can’t do this and the sound will “break up” early when turned up to higher volumes.

Installing an aftermarket amplifier resolves this problem and allows more control over your audio system. Additionally, a system can easily be expanded to add a subwoofer for missing bass by either adding a 2nd amplifier or using 2 channels of a 4 channel amp to drive it.

2 channel vs 4 channel amps – what are the differences?

4 channel amplifiers are essentially a 2 channel amp with an additional stereo channel pair designed in. They offer several benefits:

You can drive front and rear speakers
Can drive front full-range speakers and use rear channels for a subwoofer
More compact than 2 separate stereo amps

Most 4 channel amplifiers today are bridgeable so they’re very flexible in how they can be used. However, be aware that a 2 or 4 channel amp normally requires a minimum of 4 ohms when bridged unlike stereo mode.