O que faz um amplificador de carro? O único guia que você precisa

Quer saber como funciona um amplificador de carro e para que eles são usados? Pronto para atualizar o sistema de áudio do seu carro que você gostaria de atualizar, mas precisa saber mais primeiro? Você veio ao lugar certo!

Vou cobrir tudo o que você precisa saber:

- Como funciona um amplificador de áudio automotivo
- O que eles fazem e por que são úteis para o som

As diferenças entre as diferentes classes de amplificadores de áudio

… e muito, muito mais!

O que faz um amplificador de carro?

Um amplificador de carro aumenta um sinal de áudio elétrico muito pequeno da unidade principal para uma voltagem mais alta. Ele pode acionar alto-falantes conectados com fio de alto-falante com mais potência, volume e clareza de som. A maioria dos aparelhos de som automotivos no painel têm apenas cerca de 15 a 18 watts disponíveis e começam a distorcer muito em sua saída máxima.

Um amplificador externo não apenas resolve esse problema, mas também pode melhorar muito a fidelidade de reprodução da música que você gosta.

Para graves potentes, os subwoofers precisam de muita potência, o que é impossível obter apenas com um estéreo de carro. Isso também é um problema quando você deseja usar alto-falantes de reposição de 4 ohm ou mesmo 2Ω que precisam de mais potência para desempenho máximo ao atualizar seu sistema de som.

Um amplificador externo oferece maior qualidade de som, pois pode oferecer menos ruído e distorção devido à eletrônica mais avançada incluída para esse fim. Os aparelhos de som automotivos geralmente usam um design mais básico e componentes mais baratos que limitam o que você pode ouvir.

Explicação das classificações de potência do amplificador

A classificação de watt contínua ou RMS descreve a potência de saída que um amplificador pode fornecer de forma realista e confiável. Embora pareça impressionante, a especificação de potência “pico” ou “máximo” é mais um tecnicismo e não o que você obterá durante o uso normal.

A potência RMS refere-se à raiz quadrada média medição usada em engenharia elétrica para descrever sinais de corrente alternada (AC) como os usados em eletrônica de som. Como a tensão CA é diferente da corrente contínua (CC), a matemática é um pouco diferente. As medições RMS levam isso em consideração.

Para ajudar os compradores a obter informações mais precisas, o padrão da Consumer Electronics Association (CEA) 2006 foi criado para incentivar o fornecimento de especificações precisas. Os produtos vendidos que listam as especificações CEA-2006 demonstraram que entregarão o que o fabricante anuncia.

Como funciona um amplificador de carro?

Uma fonte de alimentação interna, fornecida pela fiação de alimentação positiva e negativa da bateria, gera uma tensão de saída mais alta – e mais potência – do que seria possível de uma fonte de alimentação de 12 volts. Devido aos grandes amplificadores consumidos, as conexões de fio de alimentação e fio terra são feitas diretamente na bateria do veículo e no chassi de metal na maioria dos casos.

Um estéreo de carro envia um sinal de áudio através de um cabo RCA ou outra conexão onde o sinal elétrico reforçado é entregue aos terminais de alto-falante para uso com fio.

Quase todos os amplificadores de potência de áudio automotivo de reposição têm o seguinte:

Uma fonte de alimentação de comutação DC-DC (corrente contínua) intensificada
Circuito de prevenção de ruído ("loop de terra")
Circuito cruzado de alto-falante
Circuitos de ponte
Funções extras de conveniência (ex.:estágios de entrada no nível do alto-falante ou reforço de graves)

Explicação das fontes de alimentação do amplificador de carro

O áudio do carro apresenta um desafio muito difícil:usando apenas uma fonte de +12 V, não podemos criar diretamente uma grande saída de energia para usar nos alto-falantes de fábrica ou nos alto-falantes atualizados.

Para ajudar a entender melhor isso, podemos observar a lei de Ohm, que afirma que a potência está relacionada à resistência de uma carga (impedância do alto-falante) e à tensão de alimentação. A resistência da carga deve diminuir ou a tensão deve aumentar para obter mais potência.

A Lei de Ohm é um conjunto de fórmulas matemáticas usadas para calcular a potência fornecida a uma carga. Para obter mais potência, você terá que (1) diminuir a carga de Ohms (impedância) ou (2) aumentar os volts disponíveis.

Uma fonte de alimentação comutada (SMPS) no interior torna isso possível, pois leva a alimentação da bateria de +12V e a aumenta várias vezes para cerca de 28 volts a 32 volts, por exemplo. Ambos os caminhos de alimentação de polaridade positiva e negativa também são fornecidos (também chamados de “trilhos”).

O chip de circuito integrado de comutação (IC) aciona transistores de alta corrente conectados a um transformador ligando e desligando milhares de vezes por segundo. O transformador, com base no número de voltas do fio de cobre nele, produz tensões mais altas em sua saída. Estes são suavizados e estabilizados para produzir uma fonte de alimentação para os canais dos alto-falantes.

Instantâneo das formas de onda alternativas (sinais de tensão ligado/desligado) usadas para acionar os transistores em uma fonte SMPS vários milhares de vezes por segundo.
Fontes de comutação DC-DC, como as de um amplificador de carro, são chamadas de step-up pois eles são capazes de pegar uma voltagem mais baixa e multiplicá-la várias vezes para uma voltagem mais alta. As fontes de alimentação abaixadas fazem o oposto.
Alguns componentes, como transistores chaveadores de alta potência, são anexados ao chassi de metal pesado do amplificador para remover e dissipar o excesso de calor gerado. Caso contrário, eles acabariam por falhar devido ao calor destruindo-os.

Como os amplificadores ligam e desligam

Um sinal de baixa corrente (geralmente menos de 0,025 amperes) chamado de fio “remoto” é usado para evitar que o amplificador fique ligado e descarregue a bateria quando não estiver em uso. O fio remoto é conectado a uma saída no estéreo do carro ou na fiação de ignição. Quando um sinal de +12V é removido, o amplificador desliga e para de consumir energia da bateria.

Estágios de entrada, seções de amplificador e estágios de saída

São mostradas duas seções que possibilitam um ótimo áudio automotivo:a seção de amplificador e saída e os estágios de entrada. A placa do estágio de entrada consiste em muitos circuitos menores para fazer coisas como fornecer funções de crossover, possibilitar a ponte para mais potência, fornecer controle de ganho e bloquear o ruído do loop de terra. Os estágios do amplificador pegam o sinal de áudio da placa do estágio de entrada, usam a saída da fonte de alimentação e aumentam para criar uma saída poderosa.

Estágios de entrada

Os estágios de entrada têm vários trabalhos a serem executados:

Permitir que o amplificador se conecte a aparelhos de som sem conectores RCA (entradas de nível de alto-falante, quando fornecidas)
Evite que o ruído do loop de terra entre no caminho do sinal
Fornecer funções de cruzamento
Permitir ajustar o nível de ganho do amplificador

Os estágios de entrada usam um componente eletrônico extremamente versátil chamado amplificador operacional (amplificador operacional). Os amplificadores operacionais são pequenos circuitos amplificadores embutidos em chips em miniatura usados para todos os tipos de funções de áudio.

Prevenção de ruído

O ruído de loop de terra é um problema comum e muito frustrante na instalação de áudio do carro. Também chamado de gemido do alternador , é um tipo de ruído elétrico de baixo nível no caminho do sinal de áudio que aparece como um gemido terrível que aumenta e diminui com a rotação do motor.

Este tipo de ruído é devido às correntes elétricas que fluem dentro da carroceria de um veículo e às conexões dos componentes de áudio. Quando há diferença de potencial elétrico em 2 ou mais pontos do sistema, uma pequena diferença de tensão é criada e pode ser amplificada. Isso aparece como um gemido agudo e irritante que você pode ouvir nos alto-falantes.

Um projeto de filtro chamado amplificador diferencial O circuito é usado no front-end (lado de entrada) para bloquear e cancelar efetivamente esse ruído antes que ele possa entrar nos caminhos do sinal musical.

Crossover

Os crossovers eletrônicos oferecem uma maneira de controlar a faixa de frequência enviada aos alto-falantes do carro. Por exemplo, ao dirigir subwoofers, um filtro passa-baixo bloqueia tudo, exceto graves, para fornecer um ótimo som de graves. Da mesma forma, você pode evitar que os graves distorçam alto-falantes menores, como tweeters ou alto-falantes de porta, usando o crossover de alta frequência.

Quando usados corretamente, os crossovers permitem que você obtenha mais volume, proteja seus alto-falantes e forneça melhor clareza de som. Para sistemas mais avançados, como aqueles que usam alto-falantes componentes, eles são especialmente úteis.

Os crossovers eletrônicos em amplificadores executam a mesma função que os crossovers de alto-falante passivos, mas sem componentes volumosos, como indutores e capacitores, necessários. Eles também são fáceis de ajustar ou ligar/desligar com o toque de um botão.

Ganho do amplificador

Como o nome indica, os amplificadores aumentam um sinal de entrada de um aparelho de som. Como não há tensão de saída padrão usada por diferentes aparelhos de som automotivos, é necessário um ajuste de ganho para obter os melhores resultados, incluindo qualidade de som, potência suficiente e prevenção de distorção chamada corte.

O ajuste de ganho do amplificador fornece uma maneira de controlar o nível de saída com base no nível do sinal de entrada. Como alguns aparelhos de som automotivos possuem sinais de saída mais fortes, o controle de ganho pode ser reduzido para melhor combiná-lo com o nível e volume de saída.

O nível de ganho afeta o headroom que é a quantidade de amplificação ainda disponível antes que o limite seja atingido. Todos os tipos, de carro a estéreos domésticos e até mesmo equipamentos de DJ domésticos, geralmente incluem um ajuste de ganho.

É também uma forma de reduzir o ruído. Como todos os amplificadores adicionam algum nível de ruído (como um “silvo” ou similar) às suas saídas, diminuir o ganho também reduz o ruído produzido e ouvido.

Seções do amplificador e estágios de saída

Ilustração simplificada dos estágios de amplificação e saída que a maioria dos amplificadores de carro usam. Transistores de saída robustos capazes de lidar com grandes quantidades de corrente são conectados à fonte de alimentação de comutação e acionam o alto-falante. 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.