Cara Menghitung dan Merencanakan sebuah Power Amplifier Rakitan Bagian:2

C. Menentukan Kebutuhan Daya Amplifier dgn SPL Calculator

Pada pembukaan bagian 1 sudah dibahas amplifier dan SPL, berikut saya sampaikan cara menghitung daya amplifier  yang disesuaikan dengan kebutuhan kita. Agar mudah saya gunakan saja program  SPL calculator yang umum di internet. Anda bisa kunjungi langsung website dibawah ini untuk menghitung SPL dan Kebutuhan daya amplifier anda.

1. http://www.crownaudio.com/elect-pwr-req.htm

2. http://www.sengpielaudio.com/calculator-efficiency.htm

Program calculator SPL dari web tsb menggunakan rumus sebagai berikut :

dBW = Lreq – Lsens + 20 * Log (D2/Dref) + HR

W = 10 pangkat (dBW / 10)

dimana:
Lreq = required SPL at listener (nilai SPL yang diinginkan)
Lsens = loudspeaker sensitivity (1W/1M) (sensitivitas speaker)
D2 = loudspeaker-to-listener distance (Jarak Speaker ke pendengar)
Dref = reference distance (jarak referensi)
HR = desired amplifier headroom (amplifier headroom yang dinginkan, dalam program diset 3dB)
dBW = ratio of power referenced to 1 watt (rasio daya direferensikan ke 1 watt)
W = power required (daya yang dibutuhkan)

Contoh Soal ;

Saya ingin membuat sistem audio dirumah dengan jarak dengar 5m dari speaker dgn SPL 90db pada jarak tersebut. Dalam hal ini saya memiliki speaker dgn sensitivitas 90dB, maka berapa kebutuhan daya amplifier saya?

Silahkan buka web diatas, dan masukan nilai2 tersebut kedalam form seperti dibawah ini.

Listener Distance from source M	Desired Level at Listener distance dBSPL
Loudspeaker Sensitivity Rating (1W/1M) dB	Amplifier Headroom dB
	Required Amplifier Power watts

Jawabannya adalah 50Watt

Kesimpulannya:

1. Untuk menghasilkan SPL yang cukup (lihat gambar ilustrasi SPL) dalam jarak 5m dengan speaker standar (90dB) hanya dibutuhkan daya amplifier 50Watt

2. Dengan daya amplifier  yang sama namun menggunakan speaker yang lebih baik, akan menghasilkan SPL yang jauh lebih besar dari pada menaikan daya. Dengan kata lain jika sensitivitas speaker anda 92dB, dan SPL pada jarak 5m tetap 90 dB, maka daya amplifier anda cukup dengan daya 31Watt saja.

D. Menghitung Daya Amplifier 

Dipasaran banyak sekali kit amplifier jadi atau PCB saja dengan tulisan 150Watt, 500Watt, 2000Watt, dll. Apakah itu benar? Ya..bisa jadi, akan tetapi kebanyakan hanya tulisannya saja dengan tujuan untuk menarik pembeli terutama orang yang masih awam dengan elektronika. Ini tidak bisa disalahkan juga, karena pada dasarnya kit tersebut bisa saja kita setting sesuai dengan yang kita inginkan, terutama kit-kit yang masih berupa driver. Dalam hal ini kit yang sudah jadi pun bisa dimodifikasi sedemikian rupa sehingga sama dengan tulisannya asalkan mengikuti kaidah yang benar.

Contoh Perhitungan

Sebagai contoh, mari kita coba hitung berapa daya kit amplifier OCL 150Watt . Terlepas dari kualitasnya, kit PA  ini saya jadikan contoh karena mudah sekali ditemukan ditoko-toko.

Parameter yang tertera apada PA OCL 150Watt diatas adalah sbb;

-Power Supply DC , 25V simetrik

-Transistor final 2n3055 + Mj2955

– Impedansi Speaker 4-8 Ohm

Kira-kira berapa maksimal daya efektif (RMS) dari amplifier ini sebelum cut off. Jika kita anggap semua komponen ideal maka daya maksimal amplifier tersebut dapat kita hitung sebagai berikut;

Rumus;

 

 

>>Jika amplifier diumpankan ke speaker 8 ohm, maka daya maksimal yang dapat diraih adalah;

Vpeak ideal = V power supply, maka Vpeak= 25V

maka daya max adalah : (25×25) / (2×8) = 625/16 = 39,625 Wrms, kita bulatkan saja jadi 40Wrms

>>Jika amplifier diumpankan ke speaker 4 ohm, maka daya maksimal yang dapat diraih adalah;

(25×25)/(2×4) = 625/8 = 78.125Wrms, kita bulatkan saja jadi 78Wrms.

Daya diatas tentu saja perlu didukung oleh power supply yang sesuai dan sinyal input yang sesuai dengan gain yang dimiliki amplifier tsb. Dapat disimpulkan juga bahwa daya ini masih sangat jauh dengan tulisan daya 150Watt yang  tertera pada kit tsb, yang mengklaim 150Watt perkanal. Ini akan masuk akal kalau tulisan 150Watt yang dimaksud adalah 75Watt+75Watt, atau 75Watt perkanal.

Daya ini juga bisa dinaikan dengan menaikan tegangan power supply menjadi DC simtetrik 35V misalnya, akan tetapi mesti diperhatikan juga safe operating area (SOA) dari transistor final yang digunakan. SOA ini harus dihitung manakala modifikasi kita adalah untuk menaikan daya. Penambahan transistor final akan dibutuhkan untuk menjaga SOA tsb.

 

E. Menghitung Kebutuhan Power Supply

Untuk memenuhi kebutuhan daya amplifier ocl tsb maka minimal dibutuhkan daya power supply yang sama dengan daya amplifier agar amplifier bisa bekerja. Dalam hal ini daya power supply adalah tegangan dikalikan arus atau P = V xI.

Kembali jika dikondisikan bahwa semua dalam posisi ideal, dan speaker yang digunakan adalah 8 0hm maka dapat dihitung sbb;

40Watt = (25V+25V) x I  atau I = 40/50 = 0,8A

Perhitungan daya diatas belum memperhatian efisiensi penguat kelas AB, maka jika efisiensi penguat kelas AB adalah 75% dari power supply (nilai efisiensi umum kelas AB), maka kebutuhan daya power supply adalah;

40Watt + (25% x40Watt) = 40Watt + 10 Watt = 50Watt, maka arus trafo minimal adalah 50/50 = 1A

Jika amplifier dibuat stereo maka kebutuhan power supply adalah 2x 1A = 2A

Jadi untuk amplifier OCL stereo 2 X 40Watt pada speaker 8 Ohm, harus menggunakan PSU DC  dengan tegangan Simetrik 25V dengan arus minimal 2A.

Selanjutnya , jika amplifier diumpankan ke speaker 4 ohm dan dikehendaki daya maksimal 78Watt maka kebutuhan daya power supply adalah 78Watt +(25%x78Watt) = 78+19,5 = 97,5, maka minimal arus PSU adalah 97,5/50 = 1,95, dibulatkan = 2A

Jadi untuk amplifier OCL stereo 2 x 78Watt pada speaker 4 ohm, harus menggunakan PSU DC dengan tegangan simetrik 25V dengan arus minimal 4A.

Perhitungan ini dapat menjadi dasar kita untuk menentukan kebutuhan trafo yang akan digunakan untuk power supply nanti.

 

F. Menentukan Komponen Power Supply 

Sesuai perhitungan diatas, agar amplifier dapat bekerja maksimal pada daya 2 x78Watt pada 4 ohm, maka dibutuhkan PSU DC simetrik 25V minimal dengan arus 4A atau power supply dengan daya 25×4= 200Watt.

 

1. Trafo

Trafo yang digunakan tentu saja harus seseuai dengan kebutuhan diatas, yaitu minimal 4A. Dalam hal ini bisa digunakan trafo 5A  CT 18V yang ada dipasaran. Tentu asumsinya trafo bagus yang terjamin kualitasnya.  Tegangan 18V didapatkan dari 25/1,41 = 18V, karena tegangan AC 18V setelah disearahkan dan difilter akan naik sebesar 1,41 kali.

2. Dioda

Berfungsi sebagai penyearah AC to DC. Rating Dioda bridge yang digunakan tentu saja harus lebih dari 5 A agar dapar bekerja dengan aman.

3. Kapasitor Electrolit /Elco

Kapasitor berfungsi sebagai filter untuk menghilangkan ripple setelah penyearah. Besarnya kapasitor dapat dihitung berdasarkan seberapa besar tegangan ripple yang mau dihilangkan. Secara umum tegangan ripple yang masih bisa ditoleransi untuk power amplifier adalah 2-3Vptp

C = ( I _L / ΔV) * k * 1,000 uF

I _L = Load current
ΔV = peak-peak ripple voltage
k = 6 for 120Hz or 7 for 100Hz ripple frequency.

Karena listrik di Indonesia menggunakan frekuensi 50Hz, maka K adalah 7. Misalnya tegangan ripple yang diinginkan tdk lebih dari 2Vptp, maka nilai C1 dan C2 adalah;

C = (4/2)*7*1000uf = 14000uF.

Dari hasil tersebut anda bisa memparelel 3 buah kapasitor/elco 4700uF masing2 untuk C1 dan C2. Jangan lupa juga rating tegangan kapasitor yang dipakai harus diatas 25V, atau sesuai dengan yang ada dipasaran yaitu 35V.

Hasil diatas juga bisa jadi patokan untuk menentukan besarnya kapasitas elco , secara sederhana untuk tiap 1 Ampere dibutuhkan kapasitor sebesar 3300uF.

Rancangan PSU ini masih memiliki kekurangan yaitu pada saat power supply mendapat beban penuh tegangan keluaran biasanya akan turun beberapa volt, hal ini sedikit banyak dapat mengganggu kinerja amplifier dan menurunkan daya output. Ini dipengaruhi juga oleh kualitas kapasitor yang digunakan, semakin besar kapasitasnya semakin baik. Pilihan lainnya adalah menggunakan PSU dengan regulator, namun tentunya akan menambah biaya lagi.

G. Amplifier Headroom.

Pada perhitungan sebelumnya ada istillah headroom. Terminologi ini berasal dari dunia otomotif sebenarnya, akan tetapi juga prinsipnya digunakan didunia elektronik.

Amplifier headroom adalah level aman operasional sebuah amplifier sebelum amplifier mengalami cliping,  misalkan kita ingin mengoperasikan sebuah amplifier dengan daya 100Watt terus menerus, maka  amplifier yang digunakan sebaiknya memiliki rating diatas 100Watt, misalnya 150Watt. Headroom ini sangat penting agar pada saat amplifier dioperasikan 100Watt terus menerus, amplifier dapat bekerja dengan normal tanpa gangguan.

Perhitungan headroom biasanya diaplikasikan pada sound sistem saat konser atau live musik, dimana perangkat power amplifier akan beroperasi dengan beban yang berat.

 

salam

Audiobbm

 

Literatur

http://www.electronics-tutorials.ws

http://sound.westhost.com

http://en.wikipedia.org/wiki/Amplifier_class#Power_amplifier_classes

http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_power