Cosa fa un amplificatore per auto? L'unica guida di cui hai bisogno

Ti chiedi come funziona un amplificatore per auto e a cosa servono? Pronto per aggiornare il tuo sistema audio per auto che vorresti aggiornare ma devi prima saperne di più? Sei nel posto giusto!

Tratterò tutto ciò che devi sapere:

- Come funziona un amplificatore audio per auto
- Cosa fanno e perché sono utili per il suono

Le differenze tra le diverse classi di amplificatori audio

…e molto, molto altro!

Cosa fa un amplificatore per auto?

Un amplificatore per auto aumenta un segnale audio elettrico molto piccolo dall'unità principale a una tensione più alta. Può pilotare altoparlanti collegati al cavo degli altoparlanti con maggiore potenza, volume e chiarezza del suono. La maggior parte degli stereo da cruscotto per auto hanno solo da 15 a 18 watt circa e iniziano a distorcere molto gravemente alla loro potenza massima.

Un amplificatore esterno non solo risolve questo problema, ma può anche migliorare notevolmente la fedeltà di riproduzione della musica che ti piace.

Per bassi potenti, i subwoofer hanno bisogno di molta potenza che è impossibile da ottenere da un solo impianto stereo. Questo è anche un problema quando si desidera utilizzare altoparlanti aftermarket da 4 ohm o anche 2Ω che richiedono più potenza per le massime prestazioni durante l'aggiornamento del sistema audio.

Un amplificatore esterno fornisce una qualità del suono superiore in quanto può offrire rumore e distorsione inferiori grazie all'elettronica più avanzata inclusa a tale scopo. Gli autoradio spesso utilizzano un design più semplice e componenti più economici che limitano ciò che puoi sentire.

Spiegazione delle potenze nominali dell'amplificatore

La valutazione in watt continua o RMS descrive la potenza in uscita che un amplificatore può fornire in modo realistico e affidabile. Sebbene sembri impressionante, la specifica di potenza "picco" o "massima" è più una tecnicità e non quella che otterrai durante il normale utilizzo.

La potenza RMS si riferisce al quadrato medio della radice misurazione utilizzata nell'ingegneria elettrica per descrivere segnali di corrente alternata (AC) come quelli utilizzati nell'elettronica del suono. Poiché la tensione CA è diversa dalla corrente continua (CC), la matematica è leggermente diversa. Le misurazioni RMS ne tengono conto.

Per aiutare gli acquirenti a ottenere informazioni più accurate, è stato creato lo standard 2006 della Consumer Electronics Association (CEA) per incoraggiare la fornitura di specifiche accurate. I prodotti venduti che elencano le specifiche CEA-2006 hanno dimostrato che forniranno ciò che il produttore pubblicizza.

Come funziona un amplificatore per auto?

Un alimentatore interno, fornito dal cablaggio di alimentazione positivo e negativo della batteria, genera una tensione di uscita più elevata - e più potenza - di quanto sarebbe altrimenti possibile da una fonte di alimentazione a 12 volt. A causa dei grandi ampere assorbiti, nella maggior parte dei casi i collegamenti del cavo di alimentazione e del cavo di messa a terra sono realizzati direttamente alla batteria del veicolo e al telaio metallico.

Un'autoradio invia un segnale audio tramite un cavo RCA o un'altra connessione in cui il segnale elettrico potenziato viene inviato ai terminali degli altoparlanti per l'uso con il cavo.

Quasi tutti gli amplificatori di potenza audio per auto aftermarket hanno quanto segue:

Un alimentatore switching DC-DC (corrente continua) incrementale
Circuito di prevenzione del rumore ("anello di terra")
Circuito crossover degli altoparlanti
Circuiti di collegamento
Funzioni extra comode (es.:stadi di ingresso a livello di altoparlanti o bass boost)

Spiegazione degli alimentatori degli amplificatori per auto

L'audio per auto rappresenta una sfida davvero difficile:utilizzando solo un'alimentazione a +12V, non possiamo creare direttamente una grande potenza in uscita da utilizzare sia per gli altoparlanti di fabbrica che per gli altoparlanti aggiornati.

Per capire meglio questo, possiamo guardare la legge di Ohm che afferma che la potenza è correlata alla resistenza di un carico (impedenza degli altoparlanti) e alla tensione di alimentazione. La resistenza del carico deve diminuire o la tensione deve aumentare per ottenere più potenza.

La legge di Ohm è un insieme di formule matematiche utilizzate per calcolare la potenza erogata a un carico. Per ottenere più potenza dovrai (1) abbassare il carico di Ohm (impedenza) o (2) aumentare i volt disponibili.

Un alimentatore switching (SMPS) all'interno lo rende possibile in quanto prende l'alimentazione della batteria da +12 V e la aumenta più volte da circa 28 volt a 32 volt, ad esempio. Vengono forniti anche percorsi di alimentazione con polarità positiva e negativa (chiamati anche "rotaie" di alimentazione).

Il chip del circuito integrato (IC) di commutazione aziona i transistor ad alta corrente collegati a un trasformatore e si spengono migliaia di volte al secondo. Il trasformatore, in base al numero di giri del filo di rame su di esso, produce tensioni più elevate alla sua uscita. Questi sono levigati e stabilizzati per produrre una fonte di alimentazione per i canali degli altoparlanti.

Istantanea delle forme d'onda alternative (segnali di tensione on/off) utilizzate per pilotare i transistor in un'alimentazione SMPS diverse migliaia di volte al secondo.

Gli alimentatori di commutazione CC-CC come quelli di un amplificatore per auto sono chiamati step-up poiché sono in grado di prendere una tensione più bassa e moltiplicarla più volte per una tensione più alta. Gli alimentatori di riduzione fanno l'opposto.

Alcuni componenti come i transistor di commutazione ad alta potenza sono fissati al telaio in metallo pesante dell'amplificatore per rimuovere e dissipare il calore in eccesso generato. Altrimenti alla fine fallirebbero a causa del calore che li distrugge.

Come si accendono e si spengono gli amplificatori

Un segnale a bassa corrente (spesso inferiore a 0,025 ampere) chiamato filo "remoto" viene utilizzato per evitare che l'amplificatore rimanga acceso e scarichi la batteria quando non è in uso. Il cavo del telecomando è collegato a un'uscita dell'autoradio o al cablaggio dell'accensione. Quando viene rimosso un segnale +12V, l'amplificatore si spegne e smette di assorbire la carica della batteria.

Stadi di ingresso, sezioni dell'amplificatore e stadi di uscita

Sono mostrate due sezioni che rendono possibile un ottimo audio per auto:la sezione amplificatore e uscita e gli stadi di ingresso. La scheda dello stadio di ingresso è composta da molti circuiti più piccoli per svolgere funzioni come fornire funzioni di crossover, rendere possibile il bridging per una maggiore potenza, fornire il controllo del guadagno e bloccare il rumore del circuito di massa. Gli stadi dell'amplificatore prendono il segnale audio dalla scheda dello stadio di ingresso, utilizzano l'uscita dell'alimentatore e lo potenziano per creare un'uscita potente.

Stadi di ingresso

Le fasi di input hanno una serie di lavori da svolgere:

Consenti all'amplificatore di collegarsi a impianti stereo senza jack RCA (ingressi a livello di altoparlanti, dove previsto)
Evita che il rumore del circuito di massa entri nel percorso del segnale
Fornire funzioni di crossover
Consenti di regolare il livello di guadagno dell'amplificatore

Gli stadi di ingresso utilizzano un componente elettronico estremamente versatile chiamato amplificatore operazionale (amplificatore operazionale). Gli amplificatori operazionali sono minuscoli circuiti amplificatori integrati in chip in miniatura utilizzati per tutti i tipi di funzioni audio.

Prevenzione del rumore

Il rumore del loop di massa è un problema comune e molto frustrante di installazione dell'autoradio. Chiamato anche lamento dell'alternatore , è un tipo di rumore elettrico di basso livello nel percorso del segnale audio che appare come un terribile lamento che aumenta e diminuisce con il regime del motore.

Questo tipo di rumore è dovuto alle correnti elettriche che fluiscono all'interno della carrozzeria di un veicolo e alle connessioni dei componenti audio. Quando c'è una differenza di potenziale elettrico in 2 o più punti del sistema, si crea una piccola differenza di tensione che può essere amplificata. Questo appare come un lamento acuto e fastidioso che puoi sentire dai tuoi altoparlanti.

Un progetto di filtro chiamato amplificatore differenziale il circuito viene utilizzato sul front-end (lato di ingresso) per bloccare e annullare efficacemente questo rumore prima che possa entrare nei percorsi del segnale musicale.

Crossover

I crossover elettronici offrono un modo per controllare la gamma di frequenza inviata agli altoparlanti dell'auto. Ad esempio, quando si pilotano i subwoofer, un filtro passa basso blocca tutto tranne i bassi per offrire un ottimo suono dei bassi. Allo stesso modo, puoi evitare che i bassi distorcano altoparlanti più piccoli come tweeter o altoparlanti esterni utilizzando il crossover passa alto.

Se utilizzati correttamente, i crossover consentono di ottenere più volume, proteggere gli altoparlanti e fornire una migliore chiarezza del suono. Per i sistemi più avanzati come quelli che utilizzano altoparlanti a componenti sono particolarmente utili.

I crossover elettronici negli amplificatori svolgono la stessa funzione dei crossover degli altoparlanti passivi ma senza componenti ingombranti come induttori e condensatori di cui hanno bisogno. Sono anche facili da regolare o accendere/spegnere semplicemente premendo un interruttore.

Guadagno dell'amplificatore

Come suggerisce il nome, gli amplificatori amplificano un segnale di ingresso da uno stereo. Poiché non esiste una tensione di uscita standard utilizzata da diverse autoradio, è necessaria una regolazione del guadagno per ottenere i migliori risultati, tra cui qualità del suono, potenza sufficiente e prevenzione della distorsione chiamata clipping.

La regolazione del guadagno dell'amplificatore fornisce un modo per controllare il livello di uscita in base al livello del segnale di ingresso. Poiché alcune autoradio hanno segnali di uscita più potenti, il controllo del guadagno può essere ridotto per adattarlo meglio al livello e al volume di uscita.

Il livello di guadagno influisce sull'headroom which is the amount of amplification still available before the limit is reached. All types from car to home stereos and even home DJ equipment often include a gain adjustement.

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.