Äänivahvistin on yleinen termi, jota käytetään kuvaamaan piiriä, joka tuottaa ja vahvistaa versiota tulosignaalistaan. Kaikki muunnintekniikat eivät kuitenkaan ole samoja, koska ne on luokiteltu niiden kokoonpanojen ja toimintatapojen mukaan.
Elektroniikassa pieniä vahvistimia käytetään yleisesti, koska ne pystyvät vahvistamaan suhteellisen pienen tulosignaalin, kuten sensorista, kuten musiikkisoittimesta, paljon suuremmaksi lähtösignaaliksi releen, lampun tai kaiuttimen ohjaamiseksi. jne.
Vahvistimiksi luokiteltuja elektronisia piirejä on monenlaisia, operatiivisista ja pienistä signaalimuuntimista suuriin pulssi- ja tehomuuntimiin. Laitteen luokitus riippuu signaalin koosta, isosta tai pienestä, sen fyysisestä konfiguraatiosta ja siitä, miten tulovirtaa käsitellään, eli tulotason ja kuormassa kulkevan virran välisestä suhteesta.
Laitteen anatomia
Äänitaajuusvahvistimet voidaan nähdä yksinkertaisina laatikoinatai lohko, joka sisältää laitteen, kuten bipolaarisen, FET-anturin tai toiminta-anturin, jossa on kaksi tulo- ja kaksi lähtöliitintä (maa on yhteinen). Lisäksi lähtösignaali on paljon suurempi johtuen sen muuntamisesta laitteessa.
Ihanteellisella signaalivahvistimella on kolme pääominaisuutta:
- Tulon impedanssi tai (R IN).
- Lähtövastus tai (R OUT).
- Hyöty tai (A).
Riippumatta siitä, kuinka monimutkainen vahvistinpiiri on, yleistä lohkomallia voidaan käyttää näiden kolmen ominaisuuden suhteen osoittamiseen.
Yleiset käsitteet
Korkealaatuisten äänivahvistimien suorituskyky voi vaihdella. Jokaisella tyypillä on digitaalinen tai analoginen muunnos. Koodit on asetettu erottamaan ne.
Tuo- ja lähtösignaalien välistä lisääntynyttä eroa kutsutaan muunnokseksi. Vahvistus on mitta siitä, kuinka paljon vahvistin "muuntaa" tulosignaalia. Esimerkiksi jos tulotaso on 1 voltti ja lähtötaso 50 volttia, niin muunnos on 50. Toisin sanoen tulosignaalia on kehitetty 50 kertaa. Äänitaajuusvahvistin tekee juuri sen.
Konversiolaskenta on yksinkertaisesti lähdön ja tulon suhde. Tämän järjestelmän suhdelukuna ei ole yksikköä, mutta elektroniikassa vahvistuksena käytetään yleisesti symbolia A. Muunnos lasketaan sitten yksinkertaisesti "lähtö jaettuna tulolla".
Tehonmuuntimet
Suurennus pieniSignaalivahvistinta kutsutaan yleisesti "jännite"-vahvistimeksi, koska sillä on taipumus muuntaa pieni tulo paljon suuremmaksi lähtöjännitteeksi. Joskus tarvitaan laitepiiri moottorin tai kaiuttimen tehon käyttämiseksi, ja tämän tyyppisissä sovelluksissa, joissa on suuria kytkentävirtoja, tarvitaan tehonmuuntimia.
Kuten nimestä voi päätellä, tehovahvistimen (tunnetaan myös suurena signaalivahvistimena) päätehtävä on syöttää virtaa kuormaan. Se on jännitteen ja virran tulo kuormaan, jonka lähtöteho on suurempi kuin tulosignaalin taso. Toisin sanoen muunnin lisää kaiuttimen tehoa, joten tämän tyyppistä lohkopiiriä käytetään audiomuuntimien ulkoisissa vaiheissa kaiuttimien ohjaamiseen.
Toimintaperiaate
Äänivahvistin toimii periaatteella, joka muuntaa virtalähteestä otetun DC-tehon kuormaan syötetyksi AC-jännitesignaaliksi. Vaikka muunnos on korkea, hyötysuhde tasavirtalähteestä AC-jännitteen lähtösignaaliin on yleensä alhainen.
Ihanteellinen lohko antaa laitteelle 100 %:n hyötysuhteen tai ainakin teho IN on yhtä suuri kuin teho OUT.
Luokkajako
Jos käyttäjät ovat joskus katsoneet äänitehovahvistimien teknisiä tietoja, he ovat saattaneet huomata laiteluokkia, jotka yleensä merkitään kirjaimella taikaksi. Yleisimmät kuluttajien kodin äänentoistossa nykyään käytetyt lohkotyypit ovat A-, A/B-, D-, G- ja H-arvot.
Nämä luokat eivät ole yksinkertaisia luokitusjärjestelmiä, vaan kuvauksia vahvistimen topologiasta, eli kuinka ne toimivat ydintasolla. Vaikka jokaisella vahvistintyypillä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, niiden suorituskyky (ja kuinka lopulliset ominaisuudet mitataan) pysyy samana.
On tarkoitus muuntaa esiyksikön lähettämä a altomuoto aiheuttamatta häiriöitä tai ainakin mahdollisimman vähän säröä.
A-luokka
Verrattuna muihin äänitehovahvistinluokkiin, jotka kuvataan alla, A-luokan mallit ovat suhteellisen yksinkertaisia laitteita. Toimintaperiaate on, että kaikkien anturin lähtölohkojen on käytävä läpi täydellinen 360 asteen signaalisykli.
Luokka A voidaan jakaa myös yksipäisiin ja push-pull-vahvistimiin. Työntö/veto eroaa yllä olevasta pääselityksestä käyttämällä tulostuslaitteita pareittain. Vaikka molemmat laitteet toimivat täyden 360 asteen syklin, toinen laite kantaa suurimman osan kuormasta syklin positiivisen osan aikana, kun taas toinen kantaa enemmän negatiivista jaksoa.
Tämän piirin tärkein etu on pienempi särö verrattuna yksipäisiin malleihin, koska jopa järjestysvaihtelut eliminoituvat. Lisäksi luokan A push-pull -mallit ovat vähemmän herkkiä melulle.
A-luokan suorituskykyyn liittyvien positiivisten ominaisuuksien vuoksi sitä pidetään äänenlaadun kultaisena standardina monissa akustisissa sovelluksissa. Näillä malleilla on kuitenkin yksi tärkeä haittapuoli - tehokkuus.
Edellytys luokan A transistoriäänivahvistimille, että kaikki lähtölaitteet ovat jatkuvasti päällä. Tämä toiminta johtaa merkittävään energian menetykseen, joka lopulta muuttuu lämmöksi. Tätä pahentaa entisestään se tosiasia, että luokan A mallit vaativat suhteellisen korkeita lepovirtaa, joka on virran määrä, joka kulkee lähtölaitteiden läpi, kun vahvistin tuottaa nollalähtöä. Reaalimaailman tehokkuusluvut voivat olla luokkaa 15-35 %, ja yksinumeroinen luku on mahdollista erittäin dynaamista lähdemateriaalia käyttämällä.
B-luokka
Vaikka kaikki A-luokan äänivahvistimen lähtömekanismit vievät 100 % ajasta toimiakseen, luokan B yksiköt käyttävät push-pull-piiriä siten, että vain puolet lähtölaitteista johtaa kerrallaan.
Yksi puolikas kattaa a altomuodon +180 asteen osan, kun taas toinen puoli kattaa -180 asteen osan. Tämän seurauksena luokan B vahvistimet ovat huomattavasti tehokkaampia kuin luokan A vahvistimet, teoreettisella maksimillaan 78,5 %. Suhteellisen korkean hyötysuhteen vuoksi luokkaa B on käytetty joissakin ammattikäyttöön tarkoitetuissa PA-muuntimissa sekä joissakin kodin putkivahvistimissa. Niistä huolimattaIlmeisen vahvuuden vuoksi mahdollisuudet hankkia talolle B-luokan lohko on käytännössä nolla. Äänivahvistimen tutkimus osoitti tämän syyn, joka tunnetaan nimellä crossover-särö.
A altomuodon positiivisia ja negatiivisia osia käsittelevien laitteiden välisen kanavanvaihdon latenssiongelmaa pidetään merkittävänä. On sanomattakin selvää, että tämä vääristymä on kuultavissa riittävästi, ja vaikka jotkin luokan B mallit olivat tässä suhteessa parempia kuin toiset, luokka B sai vain vähän tunnustusta puhta alta kuulostavilta harrastajilta.
Luokka A/B
Pubiäänenvahvistin löytyy monista konserttipaikoista. Siinä on korkea suorituskyky ja se ei ylikuumene. Lisäksi mallit ovat paljon halvempia kuin monet digitaaliset lohkot. Mutta on myös poikkeamia. Tällainen moduuli ei välttämättä toimi kaikkien ääniformaattien kanssa. Siksi on parempi käyttää laitteita osana yleistä signaalinkäsittelykompleksia.
A/B-luokka yhdistää kunkin laitetyypin parhaat puolet ja luo yksikön ilman kummankaan haittoja. Tämän etujen yhdistelmän ansiosta A/B-luokan vahvistimet hallitsevat suurelta osin kuluttajamarkkinoita.
Ratkaisu on itse asiassa melko yksinkertainen. Kun luokka B käyttää push-pull-laitetta, jossa pääteasteen kumpikin puolisko johtaa 180 astetta, luokan A/B mekanismit nostavat sen ~181-200 asteeseen. Näin ollen onpaljon epätodennäköisemmin "repeämä" silmukassa, ja siksi crossover-särö putoaa pisteeseen, jossa sillä ei ole väliä.
Valve-äänitehovahvistimet voivat absorboida nämä häiriöt paljon nopeammin. Tämän ominaisuuden ansiosta ääni tulee laitteesta paljon puhtaammin. Näiden ominaisuuksien malleja käytetään usein muuttamaan akustisten ja sähkökitaroiden ääntä.
Riittää todeta, että luokka A/B pitää lupauksensa ja ylittää helposti puhtaat A-luokan rakenteet ~50–70 %:n suorituskyvyllä todellisessa maailmassa. Todelliset tasot riippuvat tietysti vahvistimen offsetin määrästä sekä ohjelmamateriaalista ja muista tekijöistä. On myös syytä huomata, että jotkin A/B-luokan mallit menevät askeleen pidemmälle pyrkiessään eliminoimaan ristikkäissäröjä toimimalla puhtaassa A-luokan tilassa jopa muutaman watin teholla. Tämä antaa jonkin verran tehokkuutta alhaisilla tasoilla, mutta varmistaa, että vahvistin ei muutu uuniksi, kun käytetään paljon tehoa.
Luokat G ja H
Toinen mallipari, joka on suunniteltu parantamaan tehokkuutta. Tekniseltä kann alta katsottuna G- tai H-luokan vahvistimia ei ole virallisesti tunnustettu. Sen sijaan ne ovat muunnelmia luokan A/B teemasta käyttäen väyläjännitteen vaihtoa ja väylämodulaatiota, vastaavasti. Joka tapauksessa alhaisen kysynnän olosuhteissa järjestelmä käyttää pienempää väyläjännitettä kuin vastaava luokan A/B vahvistin, mikä merkittävästivähentää virrankulutusta. Kun esiintyy suuritehoisia olosuhteita, järjestelmä lisää dynaamisesti väylän jännitettä (eli siirtyy suurjänniteväylään) käsitelläkseen suuren amplitudin transientteja.
On myös puutteita. Tärkein niistä on korkea hinta. Alkuperäisissä verkkokytkentäpiireissä käytettiin bipolaarisia transistoreita lähtövirtojen ohjaamiseen, mikä lisäsi monimutkaisuutta ja kustannuksia. Tämän tyyppiset korkealaatuiset putken äänitaajuusvahvistimet ovat yleisiä, vaikka hinta alkaa 50 tuhannesta ruplasta. Lohkoa pidetään ammattimaisena tekniikkana työskentelyyn lavalla tai äänityksessä studiossa. Transistoreissa on ongelmia. Pitkäaikaisessa kuormituksessa jotkin niistä voivat epäonnistua.
Nykyään hintaa alennetaan usein jossain määrin käyttämällä suurivirtaisia MOSFETejä ohjainten valitsemiseen tai vaihtamiseen. MOSFETien käyttö ei ainoastaan lisää tehokkuutta ja vähentää lämpöä, vaan vaatii myös vähemmän osia (yleensä yksi laite kierrettä kohti). Väyläkytkennän, itse modulaation, kustannusten lisäksi on myös syytä huomata, että jotkin G-luokan vahvistimet käyttävät enemmän lähtölaitteita kuin tyypillinen A/B-luokan malli.
Yksi laitepari toimii tyypillisessä A/B-tilassa pienjännitekiskoilla. Samaan aikaan toinen on valmiustilassa toimiakseen jännitteenvahvistimena, joka aktivoituu vain tilanteen mukaan. Kestää suuria kuormia vain luokat G ja H,yhdistettynä tehokkaisiin vahvistimiin, joissa lisääntynyt hyötysuhde kannattaa. Kompakteissa malleissa voidaan myös käyttää luokan G/H topologioita A/B:n sijaan, koska kyky vaihtaa virransäästötilaan tarkoittaa, että niissä on hieman pienempi jäähdytyselementti.
D-luokka
Tällaisten laitteiden avulla voit luoda omia modulaarisia järjestelmiä. Laitteiston avulla tapahtuu koko lähtevän virran laadukas käsittely. Suunnittelemalla äänitaajuustehovahvistimia voit luoda oman multimediajärjestelmän työhön tai viihteeseen. Tässä on kuitenkin joitain vivahteita. D-luokan muuntimet, joita usein kutsutaan virheellisesti digitaalivahvistukseksi, takaavat yksikön tehokkuuden ja saavuttavat yli 90 %:n tehot todellisissa testeissä.
Ensin kannattaa pohtia, miksi tämä on luokka D, jos "digitaalinen vahvistus" on virheellinen. Se oli vain aakkosten seuraava kirjain, ja äänijärjestelmissä käytettiin C-luokkaa. Vielä tärkeämpää on, kuinka 90%+ tehokkuus voidaan saavuttaa. Kaikissa edellä mainituissa vahvistinluokissa on yksi tai useampia lähtölaitteita, jotka ovat jatkuvasti aktiivisia myös muuntimen ollessa varsinaisessa valmiustilassa, mutta D-luokan yksiköt kytkevät ne nopeasti pois ja päälle. Tämä on varsin kätevää ja mahdollistaa moduulin käytön vain oikeilla hetkillä.
Esimerkiksi T-luokan audiovahvistimien laskenta, jotka ovatTripathin D-luokan toteutus, toisin kuin peruslaite, käyttää 50 MHz:n luokkaa olevia kytkentätaajuuksia. Lähtölaitteita ohjataan yleensä pulssinleveysmodulaatiolla. Tällöin modulaattori tuottaa analogisen signaalin toistoa varten eri levyisiä neliöa altoja. Tällä tavalla tiukasti ohjaamalla lähtölaitteita 100 % tehokkuus on teoriassa mahdollista (vaikka se ei tietenkään ole saavutettavissa todellisessa maailmassa).
D-luokan audiovahvistimien maailmaan kaivautuessasi löydät maininnan myös analogisista ja digitaalisista ohjatuista moduuleista. Näissä ohjauslohkoissa on analoginen tulosignaali ja analoginen ohjausjärjestelmä, yleensä jonkinasteisella takaisinkytkentävirheen korjauksella. Toisa alta digitaalimuunnosluokan D vahvistimissa käytetään digitaalista ohjausta, joka vaihtaa tehoa ilman virheohjausta. Tämä päätös saa myös hyväksynnän monien ostajien arvioiden mukaan. Hintasegmentti on kuitenkin paljon korkeampi täällä.
Äänivahvistintutkimus on osoittanut, että analogisesti ohjatulla luokalla D on suorituskykyetu digitaaliseen analogiseen verrattuna, koska se tarjoaa tyypillisesti alhaisemman lähtöimpedanssin (resistanssin) ja paremman säröprofiilin. Tämä nostaa järjestelmän alkuarvoja sen maksimikuormituksella.
Äänitaajuusvahvistimien parametrit ovat paljon korkeammat kuin perusmalleissa. On ymmärrettävä, että tällaisia laskelmia tarvitaan vain musiikin luomiseen studiossa. Tavallisille ostajille nämäominaisuudet voidaan ohittaa.
Yleensä L-piiri (induktori ja kondensaattori) sijoitetaan vahvistimen ja kaiuttimien väliin vähentämään luokan D toimintaan liittyvää melua. Suodattimella on suuri merkitys. Huono suunnittelu voi vaarantaa tehokkuuden, luotettavuuden ja äänenlaadun. Lisäksi lähtösuodattimen jälkeisellä palautteella on etunsa. Vaikka mallit, jotka eivät käytä takaisinkytkentää tässä vaiheessa, voivat virittää vasteensa tietylle impedanssille, kun tällaisilla vahvistimilla on monimutkainen kuorma (eli kaiutin vastuksen sijaan), taajuusvaste voi vaihdella merkittävästi kaiuttimen kuormituksen mukaan. Palaute stabiloi tämän ongelman tarjoamalla sujuvan vastauksen monimutkaisiin kuormituksiin.
Loppujen lopuksi D-luokan äänivahvistimien monimutkaisuudella on etunsa. Tehokkuus ja sen seurauksena pienempi paino. Koska lämpöön kuluu suhteellisen vähän energiaa, energiaa tarvitaan paljon vähemmän. Sellaisenaan monia D-luokan vahvistimia käytetään hakkuriteholähteiden (SMPS) yhteydessä. Kuten lähtöasteen, itse virtalähde voidaan kytkeä nopeasti päälle ja pois jännitteen säätämiseksi, mikä lisää tehokkuutta ja kykyä vähentää painoa perinteisiin analogisiin/lineaarisiin virtalähteisiin verrattuna.
Kokonaan jopa tehokkaat D-luokan vahvistimet voivat painaa vain muutaman kilon. SMPS-virtalähteiden haittana perinteisiin lineaarisiin virtalähteisiin verrattuna onettä entisillä ei yleensä ole paljon pääntilaa.
Lineaarisilla teholähteillä varustettujen D-luokan audiovahvistimien testit ja lukuisat testit verrattuna SMPS-moduuleihin ovat osoittaneet, että näin todellakin on. Kun kaksi vahvistinta käsitteli nimellistehoa, mutta yksi lineaarisella teholähteellä pystyi tuottamaan korkeampia dynaamisia tehotasoja. SMPS-mallit ovat kuitenkin yleistymässä, ja voit odottaa näkeväsi myymälöissä parempia seuraavan sukupolven D-luokan yksiköitä, jotka käyttävät samanlaisia muotoja.
Luokkien AB ja D tehokkuuden vertailu
Vaikka luokan A/B transistorisoidun audiotehovahvistimen hyötysuhde kasvaa, kun suurinta lähtötehoa lähestytään, D-luokan mallit säilyttävät korkean hyötysuhteen useimmilla toiminta-alueilla. Tämän seurauksena tehokkuus ja äänenlaatu kallistuvat yhä enemmän viimeiseen lohkoon.
Käytä yhtä anturia
Oikein toteutettuina mikä tahansa yllä olevista luokan B ulkopuolella olevista lohkoista voi muodostaa korkean tarkkuuden vahvistimen perustan. Mahdollisten suorituskyvyn sudenkuoppien lisäksi (jotka ovat ensisijaisesti suunnittelupäätös eikä luokkakohtaisia), lohkotyypin valinta on suurelta osin kustannus-tehokkuuskysymys.
Nykypäivän markkinoilla yksinkertainen A/B-luokan äänenvahvistin hallitsee, ja hyvästä syystä. Se toimii erittäin hyvin, on suhteellisen halpa ja sentehokkuus on varsin riittävä pienitehoisiin sovelluksiin (>200W). Tietenkin, kun muuntimien valmistajat yrittävät tiivistää esimerkiksi 1000 W:n Emotiva XPR-1 -monoblokin, he siirtyvät G/H- ja D-luokkien suunnitteluun välttääkseen monistamasta vahvistimiaan järjestelmiksi, jotka pystyvät lämmittämään laitteet nopeasti. Samaan aikaan markkinoiden toisella puolella on A-luokan faneja, jotka voivat antaa anteeksi laitteen tehottomuuden puhtaamman äänen toivossa.
Tulos
Muunninluokat eivät loppujen lopuksi ole välttämättä niin tärkeitä. Tietysti todellisia eroja on, varsinkin kun on kyse kustannuksista, vahvistimen tehokkuudesta ja siten painosta. Tietysti 500W A-luokan laitteet ovat huono idea, ellei käyttäjällä ole tietenkään tehokasta jäähdytysjärjestelmää. Toisa alta luokkien väliset erot eivät määritä äänenlaatua. Loppujen lopuksi kyse on omien projektien kehittämisestä ja toteuttamisesta. On tärkeää ymmärtää, että muuntimet ovat vain yksi laite, joka on osa audiojärjestelmää.
