Calitatea sunetului amplificatorului de clasă D: Ce ar trebui să verifice cumpărătorii OEM înainte de producția în masă

Un modul amplificator de 500 W de clasă D și un modul de clasă AB de putere similară introduse în aceeași difuzor alimentat de 12 inchi se comportă foarte diferit înainte ca cineva să înceapă să vorbească despre sunet. Placa de clasa D se încălzește după două ore de program; placa de clasă AB este fierbinte la atingere, iar acumulatorul din spatele ei se consumă considerabil mai repede. Problema calității sunetului de clasa D apare de obicei mai târziu, odată ce modulul este măsurat corect - și până în acel moment, majoritatea reclamațiilor vechi s-au redus deja într-o listă mult mai scurtă.

Această listă mai scurtă este subiectul acestui articol. Este scris pentru ingineri și echipe de achiziții care aleg module de amplificare pentru difuzoare amplificate, line arrays, subwoofere și sisteme portabile - oamenii care trebuie să separe părțile „sunetului de clasă D” care sunt compromisuri autentice de design de părțile care au fost pur și simplu moștenite de la începutul anilor 2000.

Răspunsul scurt la calitatea sunetului de clasa D

Un modul de clasă D bine proiectat este suficient de transparent încât, în interiorul unui difuzor alimentat modern, este dificil să se distingă de un modul bun de clasă AB de aceeași putere. De asemenea, este mult mai bun la lucrurile pe care un amplificator este judecat în implementări reale: stabilitate termică, consistență la ieșire sub sarcină și performanță de lungă durată la volum mare.

Diferențele care rămân nu sunt cauzate de litera D. Ele provin din patru decizii de proiectare:

• Frecvența de comutare și filtrul de ieșire construit în jurul acesteia.
• Topologia sursei de alimentare, în special dacă modulul utilizează corecția factorului de putere și o etapă rezonantă LLC.
• Lanțul de semnal din fața amplificatorului, inclusiv DSP, EQ și limitare.
• Design termic și aspectul plăcii.

Consecința practică este că compararea „Clasa D versus Clasa AB” la nivel de catalog nu vă spune aproape nimic. Comparați sursa de alimentare, filtrul și DSP-ul, iar întrebarea privind calitatea sunetului își răspunde în mare parte singură.

De ce clasa D și-a câștigat o reputație proastă pentru sunet

Critica a fost justificată o dată și merită să știți exact de ce, deoarece aceleași moduri de defecțiune apar și astăzi în modulele ieftine.

• Dezactivarea filtrului de ieșire. Modulele timpurii au comutat la aproximativ 50-150 kHz, ceea ce a forțat filtrul de ieșire să înceapă să taie cu mult sub 20 kHz. Rezultatul a fost un top-end rulat pe care ascultătorii l-au descris ca fiind plictisitor sau închis.
• Distorsiune în timp mort. Intervalul de golire care previne trecerea în etapa de ieșire introduce o eroare neliniară. Fără compensare, acea eroare ajunge în înalte, exact acolo unde urechea este cea mai sensibilă la ea.
• Respingere slabă a aprovizionării în modelele cu buclă deschisă. Fără o buclă de feedback, ondulația pe șina de alimentare apare direct la ieșire, iar înclinarea șinei sub sarcină se transformă în compresie sonoră.
• EMI de la aspectul de comutare neglijentă. Zgomotul s-a cuplat la etapa de preamplificare și la cablarea de intrare, producând șuierat și bâzâit care nu aveau nimic de-a face cu calea audio în sine.

Fiecare dintre aceste probleme are un răspuns ingineresc cunoscut: frecvențe de comutare mai mari, compensare a timpului mort, modulare în buclă închisă și aspect EMI disciplinat. Ceea ce contează pentru un cumpărător nu este dacă Clasa D poate suna bine – în mod clar că poate – ci dacă modulul specific din fața ta a avut acele răspunsuri aplicate.

Cele patru lucruri care decid de fapt calitatea sunetului de clasa D

Frecvența de comutare și filtrul de ieșire

Frecvența de comutare stabilește în ce spațiu trebuie să funcționeze filtrul de ieșire. Modulele profesionale de clasă D comută de obicei undeva între 300 kHz și 1 MHz. Cu cât frecvența de comutare este mai mare, cu atât colțul filtrului poate sta mai sus, ceea ce menține comportamentul de fază și amplitudine curat până la și peste 20 kHz. Costul este o pierdere mai mare de comutare și un design EMI mai solicitant.

Pentru un proiect OEM, verificările practice sunt simple:

• Ce frecvență de comutare specifică modulul?
• Unde se află colțul filtrului de ieșire în raport cu 20 kHz?
• Poate furnizorul să furnizeze o curbă de răspuns măsurată de 20 Hz–20 kHz, mai degrabă decât o declarație tipărită „±3 dB”?

Topologia sursei de alimentare: PFC, LLC și de ce apar în fișele de date

O etapă de ieșire de clasă D atrage curent în impulsuri de comutare, astfel încât amplificatorul este limitat de calitatea șinei care îl alimentează. Două caracteristici de aprovizionare merită cunoscute după nume.

Corecția factorului de putere (PFC) menține modulul stabil pe o gamă largă de tensiuni de rețea, ceea ce contează pentru produsele exportate pe piețe în care rețeaua nu este strict reglementată.

rezonanță LLC este o topologie soft-switching. Reduce pierderile de comutare și EMI, produce o ondulație de ieșire mai curată și menține bine eficiența în condiții de sarcină mare. În practică, aceeași treaptă de clasă D alimentată de o sursă de bază flyback și de o sursă de rezonanță LLC nu se va comporta ca același amplificator - diferența apare mai întâi în controlul basului și în modul de compus rămâne sistemul în timpul trecerilor puternice.

EON520: LP400W HP100W PFC LLC Modul amplificator de putere Clasa D cu rezonanță largă de tensiune ● Sursă de alimentare comutată de înaltă eficiență cu rezonanță PFC LLC: 800W ● Intrare de tensiune largă auto-adaptabilă: 100V-240V ● Amplificator de putere de frecvență medie și joasă: CLASA D 40... Vizualizare produs →

Modulele care combină ambele abordări – un design rezonant PFC plus LLC evaluat LP 400 W / HP 100 W cu intrare de tensiune largă, de exemplu – există special pentru a menține calitatea ieșirii constantă atunci când sursa de alimentare se mișcă.

DSP și lanțul de semnal în fața amplificatorului

În momentul în care un difuzor alimentat ajunge la ascultător, sunetul este produsul DSP-ului și al amplificatorului împreună, nu numai al amplificatorului. De aceea, modulele DSP construite pe cipul ADAU1701 sunt atât de comune în difuzoarele active: crossover, EQ, limitare și comutare presetată, toate live într-un singur dispozitiv.

Trei comportamente DSP se traduc direct în calitatea sunetului de Clasa D percepută:

• Limitare. Un limitator setat corect ține amplificatorul departe de tăierea puternică, ceea ce reduce distorsiunea basului la volum mare în comparație cu un modul care se bazează pe protecția proprie a amplificatorului.
• Logica de protectie. Difuzorul și protecția termică care reduc ieșirea în loc să o taie brusc evită scăderile sonore care fac ca un produs să se simtă nefiabil.
• Presetări potrivite cu cabinetul. Modurile de EQ prestabilite sunt utile numai atunci când au fost reglate pentru driverul și carcasa specifice, nu au fost copiate dintr-un design de referință.

DSP1903: 4 moduri personalizate de EQ presetate 2.1CH difuzor liniar matrice ADAU1701 Funcții DSP ● Proiectat pe baza sistemului audio audio ADAU1701. Utilizați software-ul sigma studio DSP pentru a configura parametrii de procesare a semnalului. ● Patru moduri presetate personalizate selectabile care... Vizualizare produs →

Un front-end DSP multicanal care oferă mai multe moduri de EQ prestabilite personalizate este un exemplu tipic: treapta amplificatorului rămâne identică, dar comportamentul tonal al difuzorului finit se schimbă complet.

Design termic și aspectul plăcii

Clasa D generează mult mai puțină căldură decât clasa AB, dar totuși generează căldură. Un modul care intră în derulare termică după douăzeci de minute va suna moale și comprimat, indiferent cât de bine arată măsurătorile sale.

Ce trebuie verificat:

• Zona radiatorului și calea fluxului de aer potrivite cu carcasa reală.
• Praguri de protecție stabilite cu o marjă suficientă încât materialul normal al programului să nu le declanșeze niciodată.
• Datele de ardere de la teste de lungă durată la sarcină completă, nu doar o scurtă funcționare pe banc.

Aceasta este și partea evaluării care nu se poate face dintr-o fișă de date. Un furnizor care rulează propriile linii SMT, linii de asamblare și o cameră de testare audio poate produce jurnalele de ardere și rezultatele testelor de impedanță-sarcină; o societate comercială de obicei nu poate. Configurația de producție din spatele modulului merită o vizită la fața locului înainte de a se angaja într-o serie de producție.

Clasa D, Clasa AB și Clasa H Alături

Alegerea este rareori despre care clasă sună cel mai bine în mod izolat. Este vorba despre care se potrivește învelișului termic al produsului, bugetului bateriei, țintă de greutate și punct de preț.

Diferența de eficiență nu este o cifră de marketing - este motivul pentru care un difuzor alimentat cu baterii poate funcționa o seară întreagă și motivul pentru care un cabinet line array poate transporta mai multe canale într-o cutie mai mică. Dacă doriți o prezentare mai profundă a modului în care se desfășoară aceste compromisuri în produsele reale, această comparație a Clasa D și Clasa AB eficiență și calitate a sunetului acoperă același teren din perspectiva designului.

Specificații care merită scrise într-un contract de cumpărare

Paginile catalogului modulelor tind să enumere puterea, impedanța și o mână de caracteristici. Dacă calitatea sunetului este o cerință contractuală, cereți în schimb următoarele:

1. THD N la puterea nominală și la 1 W. Cifra de 1 W este cea care expune zgomotul inactiv și comportamentul de încrucișare.
2. Răspunsul în frecvență măsurat la bornele difuzorului , nu la intrarea de linie, deoarece filtrul de ieșire și sarcina interacționează.
3. Impedanța de ieșire sau factorul de amortizare între 20 Hz–20 kHz. Acesta este ceea ce separă un modul cu bas puternic de unul care sună liber.
4. Topologia sursei de alimentare și frecvența de comutare. PFC prezent sau nu, LLC rezonant sau hard-switch.
5. Praguri de protecție și comportament de recuperare. Solicitați puncte de declanșare reale, nu doar confirmarea existenței protecției.
6. Datele testului termic la sarcină maximă timp de cel puțin o oră.

Furnizorii care proiectează și construiesc propriile module pot de obicei să răspundă la aceste întrebări cu date de testare. Furnizorii care revind nu pot, iar această diferență apare pe teren mult timp după ce eșantionul a fost aprobat.

Unde modulele din clasa D au cel mai mult sens

Clasa D a încetat să mai fie un compromis în fiecare aplicație în care eficiența și dimensiunea contează mai mult decât spațiul termic absolut, iar această listă continuă să crească.

• Difuzoare portabile și alimentate cu baterie. Eficiența este întreaga constrângere de proiectare. Un modul de clasă AB ar avea nevoie de un acumulator substanțial mai mare pentru același timp de joc.
• Sisteme line array active. Modulele multicanal cu consumabile rezonante LLC se potrivesc configurațiilor cu 2.1 și 2.2 canale pe care aceste sisteme le folosesc, iar puterea termică scăzută le permite designerilor să împacheteze mai multe canale într-un dulap mai mic.
• Subwoofere alimentate. Etapele de ieșire BTL Clasa D furnizează putere mare în sarcini cu impedanță scăzută, fără masa radiatorului pe care o necesită un design liniar. Un modul subwoofer dedicat cu o putere de 1500 W la 8 ohmi ilustrează cum arată în hardware-ul de producție.
• Difuzoare pe coloană și sunet instalat. Căldura scăzută înseamnă că amplificatorul poate fi sigilat în interiorul carcasei fără ventilație suplimentară.

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL Modul amplificator de putere subwoofer ●LLC Rezonant de înaltă eficiență și de înaltă fiabilitate Sursă de alimentare comutată: 1800W ●Amplificator de putere BTL: CLASA D 1500W-8 Ohm ● Radiator din aluminiu în formă de U, putere stabilă... Vizualizare produs →

O listă de verificare practică pentru un proiect de producție

Înainte de a îngheța un modul de clasă D într-o listă de materiale de producție, rulați-l prin aceeași secvență de fiecare dată:

1. Confirmați puterea nominală la impedanța de sarcină reală a difuzorului dvs., nu la impedanța utilizată în specificația principală.
2. Măsurați răspunsul în frecvență la bornele difuzorului cu sarcina reală conectată.
3. Rulați o oră de ardere la putere maximă și înregistrați temperatura radiatorului împreună cu orice activitate de protecție.
4. Redați material de program cu conținut ridicat de frecvență joasă la nivel înalt și ascultați special pentru compresie și pomparea limitatorului.
5. Verificați zgomotul inactiv cu intrarea scurtcircuitată; aici sunt expuse modulele ieftine.
6. Verificați comportamentul la capătul de jos al intervalului de tensiune de rețea dacă produsul este livrat către piețe cu alimentare instabilă.
7. Confirmați că modurile EQ prestabilite și pragurile de protecție pot fi personalizate pentru cabinetul dvs. Personalizarea este o parte normală a afacerii modulelor , nu este o excepție, iar un furnizor care nu va ajusta o presetare este puțin probabil să accepte produsul după lansare.

Întrebări frecvente