کیفیت صدای تقویت کننده کلاس D: آنچه خریداران OEM باید قبل از تولید انبوه تأیید کنند

یک ماژول تقویت‌کننده کلاس D 500 واتی و یک ماژول کلاس AB با قدرت مشابه که در همان بلندگوی 12 اینچی قرار گرفته‌اند، قبل از اینکه کسی شروع به صحبت در مورد صدا کند، رفتار بسیار متفاوتی دارند. تخته کلاس D پس از دو ساعت از مطالب برنامه گرم اجرا می شود. صفحه کلاس AB در لمس داغ است و بسته باتری پشت آن به طور قابل توجهی سریعتر تخلیه می شود. سوال کیفیت صدای کلاس D معمولا دیرتر مطرح می شود، زمانی که ماژول به درستی اندازه گیری شود - و تا آن نقطه، اکثر شکایات قدیمی قبلاً به لیست بسیار کوتاه تری تبدیل شده اند.

فهرست کوتاه‌تر موضوع این مقاله است. این برای مهندسان و تیم‌های خریدی نوشته شده است که ماژول‌های تقویت‌کننده را برای بلندگوهای برقی، آرایه‌های خط، ساب ووفرها و سیستم‌های قابل حمل انتخاب می‌کنند - افرادی که نیاز دارند بخش‌های «صدای کلاس D» را که به‌عنوان مبادله طراحی واقعی از قطعاتی که به سادگی از اوایل دهه 2000 به ارث رسیده‌اند، جدا کنند.

پاسخ کوتاه در مورد کیفیت صدای کلاس D

یک ماژول کلاس D که به خوبی طراحی شده است به اندازه کافی شفاف است که در داخل یک اسپیکر برقی مدرن، تشخیص آن از یک ماژول خوب کلاس AB با همان قدرت دشوار است. همچنین در مواردی که تقویت کننده در استقرار واقعی در مورد آنها قضاوت می شود، به طور قابل اندازه گیری بهتر است: پایداری حرارتی، ثبات خروجی تحت بار، و عملکرد طولانی مدت در حجم بالا.

تفاوت‌هایی که باقی می‌مانند ناشی از حرف D نیستند. آنها از چهار تصمیم طراحی ناشی می‌شوند:

• فرکانس سوئیچینگ و فیلتر خروجی ساخته شده در اطراف آن.
• توپولوژی منبع تغذیه، به ویژه اینکه آیا ماژول از تصحیح ضریب توان و یک مرحله تشدید LLC استفاده می کند یا خیر.
• زنجیره سیگنال در جلوی تقویت کننده، شامل DSP، EQ و محدود کننده.
• طراحی حرارتی و چیدمان برد.

نتیجه عملی این است که مقایسه "کلاس D با کلاس AB" در سطح کاتالوگ تقریباً چیزی به شما نمی گوید. منبع تغذیه، فیلتر و DSP را مقایسه کنید و سوال کیفیت صدا تا حد زیادی خودش جواب می دهد.

چرا کلاس D برای صدا شهرت بدی به دست آورد؟

انتقاد یک بار موجه بود، و ارزش آن را دارد که دقیقاً دلیل آن را بدانیم، زیرا همان حالت های خرابی هنوز در ماژول های ارزان قیمت امروز ظاهر می شوند.

• رول کردن فیلتر خروجی ماژول‌های اولیه تقریباً در فرکانس 50 تا 150 کیلوهرتز تغییر می‌کردند، که باعث شد فیلتر خروجی شروع به برش بسیار کمتر از 20 کیلوهرتز کند. نتیجه این بود که قسمت بالایی آن رول شده بود که شنوندگان آن را کسل کننده یا بسته توصیف کردند.
• تحریف زمان مرده. فاصله خالی که از تیراندازی در مرحله خروجی جلوگیری می کند یک خطای غیر خطی ایجاد می کند. بدون جبران، این خطا در سه گانه، دقیقاً جایی که گوش بیشتر به آن حساس است، قرار می گیرد.
• رد عرضه ضعیف در طرح های حلقه باز. بدون حلقه بازخورد، ریپل روی ریل منبع تغذیه مستقیماً در خروجی ظاهر می‌شود و افتادگی ریل تحت بار به فشرده‌سازی شنیداری تبدیل می‌شود.
• EMI از طرح سوئیچینگ بی دقت. نویز به مرحله پری امپ و کابل ورودی متصل می شود و صدای هیس و وزوز ایجاد می کند که ربطی به مسیر صوتی ندارد.

هر یک از این مشکلات یک پاسخ مهندسی شناخته شده دارد: فرکانس های سوئیچینگ بالاتر، جبران زمان مرده، مدولاسیون حلقه بسته و طرح بندی منظم EMI. آنچه برای یک خریدار اهمیت دارد این نیست که آیا کلاس D می تواند خوب به نظر برسد یا خیر - به وضوح می تواند - بلکه این است که آیا ماژول خاصی که در مقابل شما قرار دارد این پاسخ ها را اعمال کرده است یا خیر.

چهار چیزی که در واقع کیفیت صدای کلاس D را تعیین می کند

سوئیچینگ فرکانس و فیلتر خروجی

فرکانس سوئیچینگ تعیین می کند که فیلتر خروجی چقدر فضایی برای کار دارد. ماژول های حرفه ای کلاس D معمولاً بین 300 کیلوهرتز و 1 مگاهرتز سوئیچ می کنند. هرچه فرکانس سوئیچینگ بالاتر باشد، گوشه فیلتر می تواند بالاتر بنشیند، که رفتار فاز و دامنه را تا 20 کیلوهرتز تمیز نگه می دارد. هزینه، تلفات سوئیچینگ بیشتر و طراحی EMI سخت تر است.

برای یک پروژه OEM، بررسی های عملی ساده هستند:

• ماژول چه فرکانس سوئیچینگ را مشخص می کند؟
• گوشه فیلتر خروجی نسبت به 20 کیلوهرتز کجا قرار دارد؟
• آیا تامین کننده می تواند منحنی پاسخ 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز اندازه گیری شده را به جای ادعای چاپ شده "3 dB" ارائه دهد؟

توپولوژی منبع تغذیه: PFC، LLC و چرا آنها در دیتاشیت ها ظاهر می شوند

یک مرحله خروجی کلاس D جریان را در پالس های سوئیچینگ می کشد، بنابراین تقویت کننده با کیفیت ریل تغذیه کننده آن محدود می شود. دو ویژگی عرضه ارزش دانستن با نام دارند.

تصحیح ضریب توان (PFC) ماژول را در محدوده وسیعی از ولتاژ شبکه ثابت نگه می دارد، که برای محصولات صادر شده به بازارهایی که شبکه به شدت تنظیم نشده است، اهمیت دارد.

رزونانس LLC یک توپولوژی سوئیچینگ نرم است. تلفات سوئیچینگ و EMI را کاهش می دهد، ریپل خروجی تمیزتری ایجاد می کند و راندمان را تحت بارهای سنگین به خوبی حفظ می کند. در عمل، همان مرحله کلاس D که توسط یک منبع فلای بک اصلی و توسط یک منبع رزونانس LLC تغذیه می شود، مانند تقویت کننده مشابه عمل نمی کند - این تفاوت ابتدا در کنترل باس و در نحوه ترکیب سیستم در طول عبور با صدای بلند ظاهر می شود.

EON520: ماژول تقویت کننده برق رزونانس گسترده ولتاژ کلاس D LP400W HP100W PFC LLC ● منبع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا با PFC LLC رزونانس: 800W ● ورودی ولتاژ عریض خود تطبیق پذیر: 100V-240V ● تقویت کننده توان متوسط و فرکانس پایین: CLASS D 40... مشاهده محصول →

ماژول‌هایی که هر دو رویکرد را ترکیب می‌کنند - برای مثال، یک طراحی رزونانس PFC به علاوه LLC با رتبه LP 400 W / HP 100 W با ورودی ولتاژ گسترده - به طور خاص برای ثابت نگه داشتن کیفیت خروجی هنگام حرکت منبع تغذیه وجود دارند.

DSP و زنجیره سیگنال در جلوی تقویت کننده

زمانی که یک بلندگوی برقی به شنونده می رسد، صدا محصول DSP و آمپلی فایر با هم است، نه تقویت کننده به تنهایی. به همین دلیل است که ماژول های DSP ساخته شده بر روی تراشه ADAU1701 در بلندگوهای فعال بسیار رایج هستند: متقاطع، EQ، سوئیچینگ محدود و از پیش تعیین شده همگی در یک دستگاه واحد فعال هستند.

سه رفتار DSP مستقیماً به کیفیت صدای درک شده کلاس D ترجمه می شوند:

• محدود کردن. یک محدود کننده به درستی تنظیم شده، تقویت کننده را از قطع سخت دور نگه می دارد، که در مقایسه با یک ماژول متکی به حفاظت خود آمپلی فایر، اعوجاج باس را در حجم بالا کاهش می دهد.
• منطق حفاظتی بلندگو و محافظ حرارتی که به جای قطع ناگهانی خروجی، از افت صدایی که باعث می شود محصول غیر قابل اعتماد به نظر برسد، آن را کاهش می دهد.
• تنظیمات از پیش تنظیم شده با کابینت مطابقت دارد. حالت های EQ از پیش تعیین شده تنها زمانی مفید هستند که برای درایور و محفظه خاص تنظیم شده باشند، نه از طرح مرجع کپی شده باشند.

DSP1903: 4 حالت EQ از پیش تعیین شده سفارشی بلندگوی آرایه خطی 2.1 CH ADAU1701 مبتنی بر عملکرد DSP ● بر اساس سیستم صوتی ADAU1701 طراحی شده است. از نرم افزار Sigma Studio DSP برای پیکربندی پارامترهای پردازش سیگنال استفاده کنید. ● چهار حالت از پیش تعیین شده سفارشی قابل انتخاب که... مشاهده محصول →

یک DSP چند کاناله جلویی که چندین حالت EQ از پیش تعیین شده سفارشی را ارائه می دهد یک مثال معمولی است: مرحله تقویت کننده یکسان می ماند، اما رفتار صدای بلندگوی تمام شده کاملاً تغییر می کند.

طراحی حرارتی و چیدمان برد

کلاس D گرمای بسیار کمتری نسبت به کلاس AB تولید می کند، اما همچنان گرما تولید می کند. ماژولی که بعد از بیست دقیقه وارد بازگشت حرارتی می شود، مهم نیست که اندازه های نیمکت آن چقدر خوب به نظر می رسد، نرم و فشرده به نظر می رسد.

چه چیزی را تأیید کنید:

• منطقه هیت سینک و مسیر جریان هوا با محفظه واقعی مطابقت دارد.
• آستانه‌های حفاظتی با حاشیه کافی تنظیم می‌شوند که مواد عادی برنامه هرگز آنها را فعال نمی‌کند.
• سوزاندن داده‌های حاصل از آزمایش با بار کامل طولانی مدت، نه فقط یک دویدن روی نیمکت کوتاه.

این نیز بخشی از ارزیابی است که نمی توان از یک دیتاشیت انجام داد. تامین‌کننده‌ای که خطوط SMT، خطوط مونتاژ و اتاق تست صدا را اجرا می‌کند، می‌تواند نتایج تست بارگذاری امپدانس و لاگ‌های سوختگی تولید کند. یک شرکت تجاری معمولا نمی تواند. تنظیمات ساخت پشت ماژول ارزش یک بازدید در محل را قبل از تعهد به اجرای تولید دارد.

کلاس D، کلاس AB و کلاس H در کنار هم

انتخاب به ندرت مربوط به این است که کدام کلاس در انزوا بهترین صدا را دارد. در مورد اینکه کدام یک با پوشش حرارتی محصول، بودجه باتری، هدف وزن و قیمت محصول مطابقت دارد.

شکاف کارایی یک رقم بازاریابی نیست - دلیل این است که یک اسپیکر با باتری می تواند یک شب کامل کار کند، و دلیل اینکه یک کابینت آرایه خطی می تواند کانال های بیشتری را در یک جعبه کوچکتر حمل کند. اگر می خواهید مروری عمیق تر از نحوه انجام این مبادلات در محصولات واقعی داشته باشید، این مقایسه را انجام دهید راندمان کلاس D و کلاس AB و کیفیت صدا همان زمین را از منظر طراحی پوشش می دهد.

مشخصاتی که ارزش نوشتن در قرارداد خرید را دارد

صفحات کاتالوگ ماژول ها تمایل دارند قدرت، امپدانس و تعداد کمی از ویژگی ها را فهرست کنند. اگر کیفیت صدا یک الزام قراردادی است، در عوض این موارد را بخواهید:

1. THD N در توان نامی و در 1 وات. شکل 1 W همانی است که سطح نویز بیکار و رفتار متقاطع را نشان می دهد.
2. پاسخ فرکانس در پایانه های بلندگو اندازه گیری می شود ، نه در ورودی خط، زیرا فیلتر خروجی و بار با هم تعامل دارند.
3. امپدانس خروجی یا ضریب میرایی بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز. این همان چیزی است که یک ماژول با بیس فشرده را از ماژولی که شل به نظر می رسد جدا می کند.
4. توپولوژی منبع تغذیه و فرکانس سوئیچینگ. PFC وجود دارد یا نه، LLC رزونانس یا هارد سوئیچ شده است.
5. آستانه های حفاظتی و رفتار بازیابی نقاط ماشه واقعی را بخواهید، نه صرفاً تأیید وجود محافظت.
6. داده های تست حرارتی در بار کامل در حداقل یک ساعت.

تأمین‌کنندگانی که ماژول‌های خود را طراحی و می‌سازند، معمولاً می‌توانند با داده‌های آزمایشی به این سؤالات پاسخ دهند. عرضه‌کنندگانی که مجدداً می‌فروشند، نمی‌توانند، و این تفاوت مدت‌ها پس از تأیید نمونه در میدان ظاهر می‌شود.

جایی که ماژول های کلاس D بیشترین معنا را دارند

کلاس D در هر برنامه‌ای که کارایی و اندازه آن بیش از فضای اصلی حرارتی مطلق اهمیت دارد، دیگر مصالحه نیست و این فهرست همچنان در حال رشد است.

• بلندگوهای قابل حمل و باتری دار. بهره وری کل محدودیت طراحی است. یک ماژول کلاس AB برای مدت زمان بازی به یک بسته باتری بسیار بزرگتر نیاز دارد.
• سیستم های آرایه خط فعال ماژول‌های چند کاناله با منابع تشدید LLC با پیکربندی‌های 2.1 و 2.2 کانالی که این سیستم‌ها استفاده می‌کنند، مناسب هستند، و خروجی حرارت کم به طراحان اجازه می‌دهد کانال‌های بیشتری را در یک کابینت کوچک‌تر قرار دهند.
• ساب ووفرهای برقی مراحل خروجی کلاس D BTL توان بالایی را به بارهای امپدانس پایین بدون جرم هیت سینک که یک طراحی خطی نیاز دارد، ارائه می دهد. یک ماژول ساب ووفر اختصاصی با رتبه LP 1500 وات به 8 اهم نشان می دهد که در سخت افزار تولیدی چگونه به نظر می رسد.
• بلندگوهای ستونی و صدای نصب شده حرارت کم به این معنی است که تقویت کننده را می توان در داخل محفظه بدون تهویه اضافی آب بندی کرد.

ماژول تقویت کننده قدرت ساب ووفر EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL منبع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا: 1800 وات ● تقویت کننده برق BTL: کلاس D 1500 وات-8 اهم ● رادیاتور آلومینیومی U شکل، برق پایدار... مشاهده محصول →

چک لیست ارزیابی عملی برای یک پروژه تولیدی

قبل از انجماد یک ماژول کلاس D در صورتحساب تولید مواد، هر بار آن را از طریق همان دنباله اجرا کنید:

1. توان نامی را در امپدانس بار واقعی اسپیکر خود تأیید کنید، نه امپدانس استفاده شده در مشخصات عنوان.
2. پاسخ فرکانس را در پایانه های بلندگو با بار واقعی متصل اندازه گیری کنید.
3. در کنار هر گونه فعالیت حفاظتی، یک ساعت سوختن کامل و دمای هیت سینک ثبت کنید.
4. مطالب برنامه را با محتوای کم فرکانس سنگین در سطح بالا پخش کنید و به طور خاص برای فشرده سازی و پمپاژ محدود کننده گوش دهید.
5. نویز بیکار را با ورودی کوتاه بررسی کنید. این جایی است که ماژول های ارزان قیمت در معرض دید قرار می گیرند.
6. اگر محصول به بازارهایی با منبع ناپایدار ارسال می شود، رفتار را در انتهای پایین محدوده ولتاژ اصلی بررسی کنید.
7. تأیید کنید که حالت های EQ از پیش تعیین شده و آستانه های حفاظتی می توانند برای کابینت شما سفارشی شوند. سفارشی سازی بخشی عادی از کسب و کار ماژول است ، یک استثنا نیست، و تامین کننده ای که پیش تنظیمی را تنظیم نمی کند، بعید است پس از راه اندازی از محصول پشتیبانی کند.

سوالات متداول