Que fait un amplificateur de voiture ? Le seul guide dont vous avez besoin

Vous vous demandez comment fonctionne un amplificateur de voiture et à quoi il sert ? Prêt à mettre à niveau votre système audio de voiture que vous souhaitez mettre à niveau mais que vous devez d'abord en savoir plus ? Vous êtes au bon endroit !

Je couvrirai tout ce que vous devez savoir :

- Comment fonctionne un amplificateur audio pour voiture
- Ce qu'ils font et pourquoi ils sont utiles pour le son

Les différences entre les différentes classes d'amplificateurs audio

…et bien, bien plus encore !

Que fait un amplificateur de voiture ?

Un amplificateur de voiture amplifie un très petit signal audio électrique de l'unité principale à une tension plus élevée. Il peut piloter des haut-parleurs connectés avec un fil de haut-parleur avec plus de puissance, de volume et de clarté sonore. La plupart des autoradios intégrés au tableau de bord n'ont qu'environ 15 à 18 watts disponibles et commencent à se déformer très fortement à leur puissance maximale.

Un amplificateur externe résout non seulement ce problème, mais peut également améliorer considérablement la fidélité de reproduction de la musique que vous appréciez.

Pour des basses puissantes, les subwoofers ont besoin de beaucoup de puissance qu'il est impossible d'obtenir à partir d'un autoradio seul. C'est également un problème lorsque vous souhaitez utiliser des haut-parleurs de rechange de 4 ohms ou même de 2 Ω qui ont besoin de plus de puissance pour des performances maximales lors de la mise à niveau de votre système audio.

Un ampli externe offre une meilleure qualité sonore car il peut offrir moins de bruit et de distorsion grâce à une électronique plus avancée incluse à cet effet. Les autoradios utilisent souvent une conception plus basique et des composants moins chers qui limitent ce que vous pouvez entendre.

Les puissances nominales de l'amplificateur expliquées

La puissance nominale continue ou RMS décrit la puissance de sortie qu'un ampli peut fournir de manière réaliste et fiable. Bien que cela semble impressionnant, la spécification de puissance "de crête" ou "maximale" est plus une question technique et non ce que vous obtiendrez lors d'une utilisation normale.

La puissance RMS fait référence à la racine carrée moyenne mesure utilisée en génie électrique pour décrire les signaux de courant alternatif (CA) comme ceux utilisés dans l'électronique du son. Comme la tension alternative est différente du courant continu (DC), le calcul est un peu différent. Les mesures RMS en tiennent compte.

Pour aider les acheteurs à obtenir des informations plus précises, la norme 2006 de la Consumer Electronics Association (CEA) a été créée pour encourager la fourniture de spécifications précises. Les produits vendus qui répertorient les spécifications CEA-2006 ont démontré qu'ils fourniront ce que le fabricant annonce.

Comment fonctionne un ampli de voiture ?

Une alimentation interne, fournie par le câblage d'alimentation positif et négatif de la batterie, génère une tension de sortie plus élevée - et plus de puissance - que ce qui est autrement possible à partir d'une source d'alimentation de 12 volts. En raison des ampères importants consommés, des connexions de fil d'alimentation et de fil de terre de gros calibre sont faites directement à la batterie du véhicule et au châssis métallique dans la plupart des cas.

Un autoradio envoie un signal audio via un câble RCA ou une autre connexion où le signal électrique amplifié est transmis aux bornes des haut-parleurs pour être utilisé avec un fil.

Presque tous les amplis de puissance audio de voiture du marché secondaire ont les éléments suivants :

Une alimentation à découpage DC-DC (courant continu)
Circuit de prévention du bruit ("boucle de masse")
Circuit de croisement de haut-parleur
Circuit de pontage
Fonctions pratiques supplémentaires (par exemple :étages d'entrée au niveau des haut-parleurs ou amplification des basses)

Les alimentations des amplis de voiture expliquées

L'audio de voiture présente un défi vraiment difficile :en utilisant uniquement une alimentation +12 V, nous ne pouvons pas créer directement une grande puissance de sortie à utiliser à la fois pour les haut-parleurs d'usine ou les haut-parleurs mis à niveau.

Pour aider à mieux comprendre cela, nous pouvons regarder la loi d'Ohm qui stipule que la puissance est liée à la résistance d'une charge (impédance du haut-parleur) et à la tension d'alimentation. La résistance de charge doit diminuer ou la tension doit augmenter pour obtenir plus de puissance.

La loi d'Ohm est un ensemble de formules mathématiques utilisées pour calculer la puissance fournie à une charge. Afin d'obtenir plus de puissance, vous devrez soit (1) réduire la charge en ohms (impédance) ou (2) augmenter les volts disponibles.

Une alimentation à découpage (SMPS) à l'intérieur rend cela possible car elle prend l'alimentation de la batterie +12V et l'augmente plusieurs fois à environ 28 volts à 32 volts par exemple. Des chemins d'alimentation à polarité positive et négative sont également fournis (également appelés "rails" d'alimentation).

La puce de circuit intégré (CI) de commutation commande des transistors à courant élevé connectés à un transformateur marche et arrêt des milliers de fois par seconde. Le transformateur, basé sur le nombre de tours de fil de cuivre dessus, produit des tensions plus élevées à sa sortie. Ceux-ci sont lissés et stabilisés pour produire une source d'alimentation pour les canaux des haut-parleurs.

Instantané des formes d'onde alternatives (signaux de tension marche/arrêt) utilisées pour piloter les transistors dans une alimentation SMPS plusieurs milliers de fois par seconde.

Les alimentations à découpage CC-CC comme celles d'un ampli de voiture sont appelées élévatrices car ils sont capables de prendre une tension plus basse et de la multiplier plusieurs fois par une tension plus élevée. Les alimentations abaisseurs font le contraire.

Certains composants tels que les transistors de commutation haute puissance sont fixés au châssis en métal lourd de l'amplificateur pour éliminer et dissiper l'excès de chaleur généré. Sinon, ils finiraient par tomber en panne à cause de la chaleur qui les détruirait.

Comment les amplis s'allument et s'éteignent

Un signal à faible courant (souvent inférieur à 0,025 ampères) appelé le fil "à distance" est utilisé pour éviter que l'amplificateur ne reste allumé et ne vide la batterie lorsqu'il n'est pas utilisé. Le fil de la télécommande est connecté à une sortie de l'autoradio ou du câblage d'allumage. Lorsqu'un signal +12 V est supprimé, l'ampli s'éteint et arrête de puiser l'alimentation de la batterie.

Étages d'entrée, sections d'amplification et étages de sortie

Il y a deux sections qui permettent d'obtenir un excellent son de voiture :la section amplificateur et sortie et les étages d'entrée. La carte d'étage d'entrée se compose de nombreux circuits plus petits pour faire des choses comme fournir des fonctions de croisement, rendre possible le pontage pour plus de puissance, fournir un contrôle de gain et bloquer le bruit de boucle de masse. Les étages d'amplification prennent le signal audio de la carte d'étage d'entrée, utilisent la sortie de l'alimentation et l'amplifient pour créer une sortie puissante.

Étages d'entrée

Les étapes d'entrée ont un certain nombre de tâches à effectuer :

Permettre à l'ampli de se connecter à des chaînes stéréo sans prises RCA (entrées de niveau haut-parleur, le cas échéant)
Empêcher le bruit de boucle de masse d'entrer dans le chemin du signal
Fournir des fonctions croisées
Permet de régler le niveau de gain de l'ampli

Les étages d'entrée utilisent un composant électronique extrêmement polyvalent appelé ampli op (amplificateur opérationnel). Les amplis op sont de minuscules circuits d'amplification intégrés dans des puces miniatures utilisées pour toutes sortes de fonctions audio.

Prévention du bruit

Le bruit de boucle de masse est un problème d'installation audio de voiture courant et très frustrant. Aussi appelé gémissement de l'alternateur , il s'agit d'un type de bruit électrique de faible niveau dans le chemin du signal audio qui apparaît comme un gémissement terrible qui augmente et diminue avec la vitesse du moteur.

Ce type de bruit est dû aux courants électriques qui circulent dans la carrosserie d'un véhicule et aux connexions des composants audio. Lorsqu'il y a une différence de potentiel électrique en 2 points ou plus dans le système, une petite différence de tension est créée et peut être amplifiée. Cela apparaît comme un gémissement aigu et ennuyeux que vous pouvez entendre de vos haut-parleurs.

Une conception de filtre appelée amplificateur différentiel Le circuit est utilisé à l'avant (côté entrée) pour bloquer et annuler efficacement ce bruit avant qu'il ne puisse pénétrer dans les voies du signal musical.

Croisements

Les crossovers électroniques offrent un moyen de contrôler la gamme de fréquences envoyée aux haut-parleurs de la voiture. Par exemple, lors de la conduite de subwoofers, un filtre passe-bas bloque tout sauf les basses pour donner un excellent son de basse. De même, vous pouvez empêcher les basses de déformer les petits haut-parleurs tels que les tweeters ou les haut-parleurs de porte en utilisant le filtre passe-haut.

Lorsqu'ils sont utilisés correctement, les crossovers vous permettent d'obtenir plus de volume, de protéger vos haut-parleurs et d'offrir une meilleure clarté sonore. Pour les systèmes plus avancés comme ceux qui utilisent des haut-parleurs composants, ils sont particulièrement utiles.

Les croisements électroniques dans les amplis remplissent la même fonction que les croisements de haut-parleurs passifs, mais sans les composants encombrants tels que les inductances et les condensateurs dont ils ont besoin. Ils sont également faciles à régler ou à allumer/éteindre d'une simple pression sur un interrupteur.

Gain de l'amplificateur

Comme son nom l'indique, les amplificateurs amplifient le signal d'entrée d'une chaîne stéréo. Étant donné qu'il n'y a pas de tension de sortie standard utilisée par les différents autoradios, un réglage du gain est nécessaire pour obtenir les meilleurs résultats, y compris la qualité du son, une puissance suffisante et la prévention de la distorsion appelée écrêtage.

Le réglage du gain de l'amplificateur permet de contrôler le niveau de sortie en fonction du niveau du signal d'entrée. Comme certains autoradios ont des signaux de sortie plus forts, le contrôle du gain peut être réduit pour mieux l'adapter au niveau et au volume de sortie.

Le niveau de gain affecte la marge qui est la quantité d'amplification encore disponible avant que la limite ne soit atteinte. Tous les types, de la voiture à la chaîne stéréo domestique et même à l'équipement de DJ domestique, incluent souvent un réglage de gain.

C'est aussi un moyen de réduire le bruit. Parce que comme tous les amplis ajoutent un certain niveau de bruit (comme un "sifflement" ou similaire) à leurs sorties, la baisse du gain réduit également le bruit produit et entendu.

Sections d'amplification et étages de sortie

Illustration simplifiée des étages d'amplification et de la sortie utilisés par la plupart des amplis de voiture. 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.