Garso stiprintuvas yra bendras terminas, naudojamas apibūdinti grandinę, kuri sukuria ir stiprina savo įvesties signalo versiją. Tačiau ne visos keitiklių technologijos yra vienodos, nes jos klasifikuojamos pagal konfigūraciją ir veikimo režimus.
Elektronikoje dažniausiai naudojami maži stiprintuvai, nes jie gali sustiprinti palyginti mažą įvesties signalą, pvz., iš jutiklio, pvz., muzikos grotuvo, į daug didesnį išvesties signalą, kad būtų galima valdyti relę, lempą ar garsiakalbį. ir tt
Yra daugybė elektroninių grandinių formų, priskiriamų stiprintuvams, nuo veikiančių ir mažų signalų keitiklių iki didelių impulsų ir galios keitiklių. Įrenginio klasifikacija priklauso nuo signalo dydžio, didelio ar mažo, jo fizinės konfigūracijos ir įvesties srauto apdorojimo, ty ryšio tarp įvesties lygio ir apkrovoje tekančios srovės.
Įrenginio anatomija
Garso dažnio stiprintuvai gali būti vertinami kaip paprasta dėžutėarba blokas, kuriame yra įrenginys, pvz., bipolinis, FET arba veikimo jutiklis, turintis du įvesties ir du išvesties gnybtus (įžeminimas yra bendras). Be to, išvesties signalas yra daug didesnis dėl jo konvertavimo įrenginyje.
Idealus signalo stiprintuvas turės tris pagrindines savybes:
- Įvesties varža arba (R IN).
- Išėjimo varža arba (R OUT).
- Gain, arba (A).
Nesvarbu, kokia sudėtinga būtų stiprintuvo grandinė, šių trijų savybių ryšiui parodyti galima naudoti bendrą bloko modelį.
Bendrosios sąvokos
Aukštos kokybės garso stiprintuvų veikimas gali skirtis. Kiekvienas tipas turi skaitmeninę arba analoginę konversiją. Kodai nustatyti juos atskirti.
Padidėjęs skirtumas tarp įvesties ir išvesties signalų vadinamas konvertavimu. Stiprinimas yra matas, nurodantis, kiek stiprintuvas „transformuoja“įvesties signalą. Pavyzdžiui, jei įvesties lygis yra 1 voltas, o išėjimo lygis - 50 voltų, tada konversija bus 50. Kitaip tariant, įvesties signalas buvo išvystytas 50 kartų. Garso dažnio stiprintuvas tai daro.
Konversijos skaičiavimas yra tiesiog išvesties santykis, padalytas iš įvesties. Šios sistemos santykis nėra vienetų, tačiau elektronikoje simbolis A dažniausiai naudojamas kaip stiprinimas. Tada konvertavimas tiesiog apskaičiuojamas kaip "išėjimas padalytas iš įvesties".
Maitinimo keitikliai
Mažas didintuvasSignalo stiprintuvas paprastai vadinamas "įtampos" stiprintuvu, nes jis linkęs paversti mažą įvestį į daug didesnę išėjimo įtampą. Kartais variklio arba garsiakalbio galiai valdyti reikalinga įrenginio grandinė, o tokio tipo programoms, kuriose yra didelės perjungimo srovės, reikalingi galios keitikliai.
Kaip rodo pavadinimas, pagrindinė galios stiprintuvo (dar vadinamo dideliu signalo stiprintuvu) užduotis yra tiekti maitinimą apkrovai. Tai apkrovai, kurios išėjimo galia didesnė už įvesties signalo lygį, taikomos įtampos ir srovės sandauga. Kitaip tariant, keitiklis padidina garsiakalbio galią, todėl tokio tipo blokų grandinė naudojama išorinėse garso keitiklių pakopose, kad būtų galima valdyti garsiakalbius.
Veikimo principas
Garso stiprintuvas veikia pagal principą, kad nuolatinė srovė, gaunama iš maitinimo š altinio, konvertuojama į kintamosios srovės įtampos signalą, tiekiamą į apkrovą. Nors konversija yra didelė, nuolatinės srovės maitinimo š altinio ir kintamosios srovės įtampos išvesties signalo efektyvumas paprastai yra mažas.
Idealus blokas suteikia įrenginiui 100% efektyvumą arba bent jau įvesties galia bus lygi galiai OUT.
Klasės padalijimas
Jei naudotojai kada nors peržiūrėjo garso galios stiprintuvų specifikacijas, jie galėjo pastebėti įrangos klases, paprastai pažymėtas raide arbadu. Šiandien dažniausiai namų garso įraše naudojami blokų tipai A, A/B, D, G ir H.
Šios klasės nėra paprastos klasifikavimo sistemos, o stiprintuvo topologijos aprašymai, tai yra, kaip jos veikia pagrindiniame lygmenyje. Nors kiekvienas stiprintuvo tipas turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses, jų veikimas (ir galutinių charakteristikų matavimo būdas) išlieka toks pat.
Jis turi konvertuoti išankstinio įrenginio siunčiamą bangos formą nesukeliant trukdžių ar bent kiek įmanoma mažesnių iškraipymų.
A klasė
Palyginti su kitų klasių garso galios stiprintuvais, kurie bus aprašyti toliau, A klasės modeliai yra gana paprasti įrenginiai. Pagrindinis veikimo principas yra tas, kad visi keitiklio išvesties blokai turi pereiti visą 360 laipsnių signalo ciklą.
A klasę taip pat galima suskirstyti į vienpusius ir stumiamus stiprintuvus. Stūmimas / traukimas skiriasi nuo pagrindinio anksčiau pateikto paaiškinimo, nes išvesties įrenginiai naudojami poromis. Nors abu įrenginiai veikia visą 360 laipsnių ciklą, vienas įrenginys daugiausia apkrovos per teigiamą ciklo dalį, o kitas – daugiau neigiamo ciklo.
Pagrindinis šios grandinės privalumas yra mažesnis iškraipymas, palyginti su vieno galo konstrukcija, nes pašalinami net užsakymų svyravimai. Be to, A klasės stumiamosios konstrukcijos yra mažiau jautrios triukšmui.
Dėl teigiamų savybių, susijusių su A klasės veikimu, jis laikomas auksiniu garso kokybės standartu daugelyje akustinių programų. Tačiau šie dizainai turi vieną svarbų trūkumą – efektyvumą.
A klasės tranzistorių garso stiprintuvų reikalavimas, kad visi išvesties įrenginiai visada būtų įjungti. Dėl šio veiksmo labai prarandama energija, kuri ilgainiui paverčiama šiluma. Tai dar labiau apsunkina tai, kad A klasės konstrukcijoms reikalinga santykinai didelė ramybės srovės lygis, ty srovės kiekis, tekantis per išvesties įrenginius, kai stiprintuvas sukuria nulinę galią. Realaus pasaulio efektyvumo rodikliai gali siekti 15–35 %, o naudojant labai dinamišką š altinio medžiagą galima pateikti pavienius skaitmenis.
B klasė
Nors visi A klasės garso stiprintuvo išvesties mechanizmai veikia 100 % laiko, B klasės įrenginiai naudoja stūmimo grandinę taip, kad bet kuriuo metu laidų tik pusė išvesties įrenginių.
Viena pusė apima +180 laipsnių bangos formos dalį, o kita pusė – -180 laipsnių. Dėl to B klasės stiprintuvai yra žymiai efektyvesni nei jų A klasės analogai, teorinis maksimalus 78,5 %. Atsižvelgiant į gana aukštą efektyvumą, B klasė buvo naudojama kai kuriuose profesionaliuose PA keitikliuose, taip pat kai kuriuose namų vamzdžių stiprintuvuose. Nepaisant jųakivaizdus stiprumas, tikimybė įsigyti B klasės bloką namui yra praktiškai lygi nuliui. Ištyrus garso stiprintuvą, paaiškėjo to priežastis, vadinama kryžminiu iškraipymu.
Problema dėl perdavimo tarp įrenginių, apdorojančių teigiamas ir neigiamas bangos formos dalis, delsos, laikoma reikšminga. Savaime suprantama, kad šis iškraipymas girdimas pakankamais kiekiais, ir nors kai kurie B klasės dizainai šiuo atžvilgiu buvo geresni už kitus, B klasė sulaukė menko pripažinimo iš švariai skambančių entuziastų.
A/B klasė
Vazoninį garso stiprintuvą galima rasti daugelyje koncertų vietų. Jis pasižymi dideliu našumu ir neperkaista. Be to, modeliai yra daug pigesni nei daugelis skaitmeninių blokų. Tačiau yra ir nukrypimų. Toks modulis gali neveikti su visais garso formatais. Todėl geriau naudoti įrangą kaip bendro signalų apdorojimo komplekso dalį.
A/B klasėje sujungiamos geriausios kiekvieno įrenginio tipo savybės, kad būtų sukurtas įrenginys be jokių trūkumų. Dėl šio privalumų derinio A/B klasės stiprintuvai daugiausia dominuoja vartotojų rinkoje.
Iš tikrųjų sprendimas yra gana paprastas. Kai B klasė naudoja stūmimo įtaisą, kai kiekviena išėjimo pakopos pusė praleidžia 180 laipsnių, A/B klasės mechanizmai jį padidina iki ~181-200 laipsnių. Taigi, yradaug mažesnė tikimybė, kad kilpoje bus „plyšimas“, todėl kryžminis iškraipymas sumažėja iki tiek, kad tai nesvarbu.
Valve garso galios stiprintuvai gali daug greičiau sugerti šiuos trukdžius. Dėl šios savybės garsas iš įrenginio sklinda daug švaresnis. Šių charakteristikų modeliai dažnai naudojami akustinių ir elektrinių gitarų garsui pakeisti.
Pakanka pasakyti, kad A/B klasė ištesėjo savo pažadą ir lengvai lenkia grynas A klasės konstrukcijas, kai našumas yra apie 50–70 % realiame pasaulyje. Tikrieji lygiai, žinoma, priklauso nuo to, kiek stiprintuvas yra poslinkis, taip pat nuo programos medžiagos ir kitų veiksnių. Taip pat verta paminėti, kad kai kurie A/B klasės modeliai žengia dar vieną žingsnį toliau, siekdami pašalinti kryžminius iškraipymus, veikdami grynu A klasės režimu iki kelių vatų galios. Tai suteikia tam tikrą efektyvumą esant žemam lygiui, tačiau užtikrina, kad stiprintuvas nevirstų krosnele, kai naudojama didelė galia.
G ir H klasės
Kita dizaino pora, skirta efektyvumui pagerinti. Techniniu požiūriu nei G, nei H klasės stiprintuvai nėra oficialiai pripažinti. Vietoj to, tai yra A / B klasės temos variantai, naudojant atitinkamai magistralės įtampos perjungimą ir magistralės moduliavimą. Bet kuriuo atveju, esant mažos paklausos sąlygoms, sistema naudoja mažesnę magistralės įtampą nei panašios klasės A/B stiprintuvas, o tai žymiaisumažina energijos sąnaudas. Kai susidaro didelės galios sąlygos, sistema dinamiškai padidina magistralės įtampą (t. y. persijungia į aukštos įtampos magistralę), kad būtų galima valdyti didelės amplitudės pereinamuosius veiksnius.
Yra ir trūkumų. Svarbiausia iš jų yra didelė kaina. Pradinėse tinklo perjungimo grandinėse išvesties srautams valdyti buvo naudojami bipoliniai tranzistoriai, padidinant sudėtingumą ir kainą. Šio tipo vamzdiniai garso dažnio stiprintuvai yra dažni, nors jų kaina prasideda nuo 50 tūkstančių rublių. Blokas laikomas profesionalia darbo scenoje ar įrašymo studijoje technika. Yra problemų su tranzistoriais. Ilgai apkraunant kai kurie iš jų gali sugesti.
Šiandien kaina dažnai tam tikru mastu sumažinama naudojant didelės srovės MOSFET, kad būtų galima pasirinkti ar pakeisti vadovus. MOSFET naudojimas ne tik pagerina efektyvumą ir sumažina šilumą, bet ir reikalauja mažiau dalių (paprastai po vieną įrenginį vienam siūlui). Be magistralės perjungimo kainos, paties moduliavimo, taip pat verta paminėti, kad kai kurie G klasės stiprintuvai naudoja daugiau išvesties įrenginių, nei įprasta A/B klasės konstrukcija.
Viena įrenginių pora veiks įprastu A/B režimu, maitinama žemos įtampos šynų. Tuo tarpu kitas yra budėjimo režimu, kad veiktų kaip įtampos stiprintuvas, įjungiamas tik priklausomai nuo situacijos. Atlaiko dideles apkrovas tik G ir H klasės,siejamas su galingais stiprintuvais, kur padidėjęs efektyvumas pasiteisina. Kompaktiškose konstrukcijose taip pat gali būti naudojamos G/H klasės topologijos, o ne A/B, nes galimybė perjungti į mažos galios režimą reiškia, kad jie gali apsieiti su šiek tiek mažesniu aušintuvu.
D klasė
Šio tipo įrenginiai leidžia kurti savo modulines sistemas. Įrangos pagalba vyksta kokybiškas viso išeinančio srauto apdorojimas. Garso dažnio galios stiprintuvų projektavimas leidžia susikurti savo multimedijos sistemą darbui ar pramogoms. Tačiau čia yra keletas niuansų. Dažnai klaidingai vadinami skaitmeniniu stiprinimu, D klasės keitikliai garantuoja įrenginio efektyvumą ir pasiekia daugiau nei 90 % faktinių bandymų.
Pirmiausia verta pagalvoti, kodėl tai yra D klasė, jei „skaitmeninis stiprinimas“yra neteisingas. Tai buvo tik kita abėcėlės raidė, garso sistemose naudojama C klasė. Dar svarbiau, kaip galima pasiekti 90%+ efektyvumą. Nors visos anksčiau minėtos stiprintuvų klasės turi vieną ar kelis išvesties įrenginius, kurie nuolat veikia net tada, kai keitiklis faktiškai veikia budėjimo režimu, D klasės įrenginiai juos greitai išjungia ir įjungia. Tai gana patogu ir leidžia naudoti modulį tik reikiamu momentu.
Pavyzdžiui, apskaičiuojant T klasės garso stiprintuvus, kurie yra„Tripath“D klasės įgyvendinimas, skirtingai nei pagrindinis įrenginys, naudoja 50 MHz perjungimo dažnius. Išvesties įrenginiai paprastai valdomi impulsų pločio moduliavimu. Tai yra tada, kai skirtingo pločio kvadratinės bangos generuojamos moduliatoriumi, kuris pateikia analoginį signalą atkūrimui. Tokiu būdu griežtai kontroliuojant išvesties įrenginius, teoriškai įmanomas 100 % efektyvumas (nors akivaizdžiai nepasiekiamas realiame pasaulyje).
Naršydami D klasės garso stiprintuvų pasaulį, taip pat galite paminėti analoginius ir skaitmeninius valdomus modulius. Šie valdymo blokai turi analoginį įvesties signalą ir analoginę valdymo sistemą, dažniausiai su tam tikru grįžtamojo ryšio klaidų taisymu. Kita vertus, skaitmeninės konvertavimo klasės D stiprintuvuose naudojamas skaitmeninis valdymas, kuris perjungia galios pakopą be klaidų valdymo. Remiantis daugelio pirkėjų atsiliepimais, šis sprendimas taip pat pritaria. Tačiau čia kainų segmentas yra daug didesnis.
Garso stiprintuvo tyrimai parodė, kad analoginiu būdu valdoma D klasė turi pranašumą prieš skaitmeninį analoginį, nes paprastai pasižymi mažesne išėjimo varža (varža) ir geresniu iškraipymo profiliu. Tai padidina pradines sistemos vertes esant didžiausiai apkrovai.
Garso dažnio stiprintuvų parametrai yra daug aukštesni nei pagrindinių modelių. Reikėtų suprasti, kad tokie skaičiavimai reikalingi tik kuriant muziką studijoje. Paprastiems pirkėjams šiecharakteristikas galima praleisti.
Paprastai tarp stiprintuvo ir garsiakalbių dedama L grandinė (induktorius ir kondensatorius), kad sumažintų triukšmą, susijusį su D klasės veikimu. Filtras yra labai svarbus. Prastas dizainas gali pakenkti efektyvumui, patikimumui ir garso kokybei. Be to, grįžtamasis ryšys po išvesties filtro turi savo privalumų. Nors konstrukcijos, kurios šiame etape nenaudoja grįžtamojo ryšio, gali sureguliuoti savo reakciją į tam tikrą varžą, kai tokie stiprintuvai turi sudėtingą apkrovą (ty garsiakalbį, o ne rezistorių), dažnio atsakas gali labai skirtis priklausomai nuo garsiakalbio apkrovos. Atsiliepimai stabilizuoja šią problemą suteikdami sklandų atsaką į sudėtingas apkrovas.
Galų gale D klasės garso stiprintuvų sudėtingumas turi pranašumų. Efektyvumas ir dėl to mažesnis svoris. Kadangi šilumai sunaudojama palyginti mažai energijos, reikia daug mažiau energijos. Todėl daugelis D klasės stiprintuvų naudojami kartu su komutuojamojo režimo maitinimo š altiniais (SMPS). Kaip ir išėjimo stadiją, patį maitinimo š altinį galima greitai įjungti ir išjungti, kad būtų galima reguliuoti įtampą, todėl dar labiau padidėja efektyvumas ir sumažėja svoris, palyginti su tradiciniais analoginiais / linijiniais maitinimo š altiniais.
Apibendrinant, net galingi D klasės stiprintuvai gali sverti tik kelis kilogramus. SMPS maitinimo š altinių trūkumas, palyginti su tradiciniais linijiniais š altiniais, yrakad pirmieji paprastai neturi daug vietos.
D klasės garso stiprintuvų su linijiniais maitinimo š altiniais, palyginti su SMPS moduliais, bandymai ir daugybė bandymų parodė, kad taip yra. Kai du stiprintuvai valdo vardinę galią, bet vienas su linijiniu maitinimo š altiniu galėjo sukurti aukštesnius dinaminius galios lygius. Tačiau SMPS dizainai tampa vis įprastesni ir parduotuvėse galite tikėtis geresnių naujos kartos D klasės įrenginių su panašiomis formomis.
AB ir D klasių efektyvumo palyginimas
Nors A/B klasės tranzistorinio garso galios stiprintuvo efektyvumas didėja artėjant prie maksimalios išvesties galios, D klasės konstrukcijos išlaiko aukštą efektyvumą daugelyje veikimo diapazonų. Dėl to efektyvumas ir garso kokybė vis labiau linksta į paskutinį bloką.
Naudokite vieną keitiklį
Tinkamai įdiegus bet kuris iš aukščiau išvardytų blokų, nepriklausančių B klasei, gali sudaryti didelio tikslumo stiprintuvo pagrindą. Be galimų našumo spąstų (kurie pirmiausia yra dizaino sprendimas, o ne konkrečios klasės), bloko tipo pasirinkimas daugiausia priklauso nuo išlaidų ir efektyvumo.
Šiandieninėje rinkoje dominuoja paprastas A/B klasės garso stiprintuvas ir dėl geros priežasties. Jis veikia labai gerai, yra palyginti pigus ir joefektyvumas yra gana tinkamas mažos galios programoms (>200W). Žinoma, kadangi keitiklių gamintojai bando prastumti, pavyzdžiui, 1000 W Emotiva XPR-1 monobloką, jie kreipiasi į G/H ir D klasių dizainą, kad nedubliuotų savo stiprintuvų kaip sistemų, galinčių greitai įkaitinti įrangą. Tuo tarpu kitoje rinkos pusėje yra A klasės gerbėjų, kurie gali atleisti įrenginio neefektyvumą tikėdamiesi švaresnio garso.
Rezultatas
Galų gale, keitiklių klasės nebūtinai yra tokios svarbios. Žinoma, yra tikrų skirtumų, ypač kai kalbama apie kainą, stiprintuvo efektyvumą ir kartu svorį. Žinoma, 500 W A klasės prietaisai yra bloga idėja, nebent, žinoma, vartotojas turi galingą aušinimo sistemą. Kita vertus, skirtumai tarp klasių nenulemia garso kokybės. Galiausiai reikia kurti ir įgyvendinti savo projektus. Svarbu suprasti, kad keitikliai yra tik vienas įrenginys, kuris yra garso sistemos dalis.
