Бесплатная техническая библиотека

Новая буква в алфавите

Справочник / Искусство аудио

 Комментарии к статье

Борьба за экономичность усилителей и качество звучания до недавнего времени шла по двум направлениям. Аналоговые усилители обеспечивали улучшение качества звучания одновременно со снижением экономичности, цифровые - высокий КПД при невысоком качестве сигнала.

Одновременно решить эти проблемы можно при совместном использовании цифровых и аналоговых методов обработки сигнала, и многолетние разработки увенчались успехом. Судя по материалам компании Tripath Technology, в созданных ей усилителях класса T высокая экономичность сочетается с аудиофильским качеством звучания.

Журнал уже писал об основных классах усилителей звуковых частот. Экономичным усилителям класса B свойственны значительные искажения сигнала малого уровня ("первый ватт"), аудиофильские усилители класса A невероятно прожорливы. Компромиссные решения класса AB не решают полностью ни одну из проблем.

В лучшем случае только половина мощности, потребляемой усилителем, поступает в нагрузку. Остальная нагревает транзисторы выходного каскада. Для повышения экономичности аналоговых усилителей было предложено немало технических решений, которые можно свести в три группы:

1. Параллельная работа на общую нагрузку маломощного каскада класса A и мощного класса B (класс Super A).

2. Работа на общую нагрузку каскадов с различным напряжением питания (класс G).

3. Управление напряжением питания выходного каскада (класс H).

Однако сложность конструкции не оправдывала экономии и усилители этих типов не получили распространения даже в домашней технике. В автомобильной же положение еще усугубляется:

• низкое напряжение питания увеличивает потери в выходном каскаде встроенных усилителей головных аппаратов;

• блоки питания внешних усилителей влияют практически на все его характеристики, особенно при невысокой частоте преобразования (характерно для бюджетных моделей).

Усилители класса D - достижение конструкторской мысли "цифровой" эпохи. Их главная особенность - использование вместо усиления широтно-импульсной модуляции (ШИМ, она же PWM - pulse width modulation). В отличие от аналоговых усилителей, где выходной сигнал представляет собой "увеличенную" копию входного, выходной сигнал усилителей класса D представляет собой импульсы прямоугольной формы. Их амплитуда постоянна, а длительность ("ширина") изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя.

Частота импульсов (частота дискретизации) постоянна и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от нескольких десятков до сотен килогерц. После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме. Преобразование импульсного сигнала в аналоговый происходит в фильтре низких частот на выходе усилителя или непосредственно в нагрузке.

Основное достоинство усилителей этого класса - высокий кпд (в лучших образцах - до 95%). Это объясняется тем, что амплитуда импульсов практически равна напряжению питания и потери мощности на выходных транзисторах минимальны. Искажения возрастают при увеличении частоты сигнала и снижении частоты дискретизации. Косвенным образом от частоты дискретизации зависит и выходная мощность - с ростом частоты уменьшаются индуктивность катушек и снижаются потери в выходном фильтре.

Подобно аналоговым усилителям, импульсные усилители разделяются на подклассы AD и BD, причем их достоинства и недостатки тоже подобны. В усилителях класса AD в отсутствие входного сигнала выходной каскад продолжает работу, выдавая в нагрузку разнополярные импульсы одинаковой длительности. Это позволяет улучшить качество передачи слабых сигналов, но значительно снижает экономичность и порождает ряд технических проблем.

В частности, приходится бороться с так называемым сквозным током, который возникает при одновременном переключении выходных транзисторов. Для устранения сквозного тока в выходном каскаде вводится мертвое время между закрыванием одного транзистора и открыванием другого.

Практическое применение находят более простые по конструкции усилители класса BD, выходной каскад которых в отсутствие сигнала генерирует импульсы очень малой длительности или находится в состоянии покоя. Однако в усилителях этого типа наиболее сильно проявляются основной недостаток метода - зависимость уровня нелинейных искажений от частоты дискретизации и частоты сигнала. Кроме того, искажения возрастают при передаче сигналов малого уровня.

Создание высококачественного широкополосного усилителя класса D требует значительного усложнения конструкции. Поэтому в автомобильных аудиосистемах такие усилители пока применяют только в сабвуферах - в этом случае вполне допустим уровень нелинейных искажений до нескольких процентов.

В усилителях класса T качество звучания повышено на порядок при сохранении высокой экономичности. Это особенно актуально при создании усилителей мощности головных аппаратов. Tripath Technology выпускает интегральные усилители мощностью 10 и 20 Вт для портативной аудиотехники и головных аппаратов, а также микросхемы для создания усилителей более высокой мощности - до 300 Вт.

На графиках видно, что усилители класса T по своим показателям не уступают лучшим образцам аналоговых усилителей. Уровень искажений минимален, а в спектре выходного сигнала практически отсутствуют высшие гармоники. В результате воспроизведение музыкального сигнала становится более естественным.

Главная отличие новых усилителей и от аналоговых, и от традиционных цифровых - низкий уровень интермодуляционных искажений, меньший, чем коэффициент гармоник.

Для усилителей класса AB, например, коэффициент интермодуляционных искажений значительно (иногда в несколько десятков раз) превосходит коэффициент гармоник; для усилителей класса A эти величины одного порядка. Интегральные усилители по этому показателю несколько уступают своим "большим" собратьям класса T, но традиционные микросхемы вообще не выдерживают конкуренции. Поэтому не вызывает удивления тот факт, что на последней выставке в Лас-Вегасе было представлено большое количество магнитол и усилителей нового типа.

В чем же секрет метода? В использовании патентованной технологии Digital Power Processing (TM). В материалах фирмы этой технологии посвящено немало текста, но полезной информации там, по понятным причинам, совсем немного. В тайне содержатся не только детали, но и сам принцип обработки сигнала. Если отбросить риторику, то все сводится к двум взаимосвязанным процессам - "предсказанию"(Predictive processing) и "адаптивному преобразованию" (Adaptive Signal Conditioning Processing)     Попробуем разобраться, "как они тут крепют".

Предсказаниями с незапамятных времен занимаются жрецы и гадалки, причем с переменным успехом. В нашем случае узнать уровень звукового сигнала можно двумя способами:

• Вычисление. Отслеживается скорость изменения сигнала (производная) и на основании этого рассчитывается значение сигнала в следующий момент времени. Реализовать можно как в аналоговом варианте, так и в цифровом. В звуковом процессоре можно использовать математические модели, построенные на статистических данных.
• Измерение. Сигнал поступает на обработку через цифровую линию задержки, что позволяет заранее измерить его амплитуду. Требуется высокоточный АЦП.

Судя по тому, что динамический диапазон даже интегральных усилителей превышает 100 дБ, амплитуда сигнала именно вычисляется. Для чего же нужно ее знать? В усилителях класса T нет фиксированной частоты дискретизации - она непрерывно изменяется в полосе до 1,5 мГц в соответствии с алгоритмом "адаптивного преобразования". Исходными данными служит как раз амплитуда сигнала и скорость ее изменения. Повышение частоты дискретизации повышает качество звучания и позволяет упростить конструкцию выходного фильтра..

О сущности алгоритма обработки остается только гадать. Кроме перечисленного, адаптивное преобразование может включать в себя и внутреннюю отрицательную обратную связь - цифровую или аналоговую. Исходя из этого можно предположить, что в основу Digital Power Processing (TM) положена одна из разновидностей дельта - модуляции. От традиционной широтно-импульсной она отличается тем, что передается не абсолютная величина сигнала, а ее изменение относительно предыдущего состояния (отсюда и "дельта" в названии).

Отрицательная обратная связь входит в него генетически, да и "предсказание" тоже имеет место быть…

Выпуском микросхем занимается непосредственно Tripath Technology. Производится значительное количество разнообразных компонентов, включая готовые усилительные модули. Все функции обработки сигнала сосредоточены в одной микросхеме с минимумом внешних компонентов. Усилители малой и средней мощности изготавливаются в интегральном исполнении. В усилителях большой мощности выходной каскад выполняется на дискретных компонентах. Выходной LC-фильтр во всех случаях монтируется отдельно.

И в качестве иллюстрации к сказанному - немного цифр:

Публикация: www.bluesmobil.com/shikhman

 Рекомендуем интересные статьи раздела Искусство аудио:

▪ Многополосная активная акустическая система

▪ Кроссовер и цена

▪ Как правильно выбрать и испытать монитор

Смотрите другие статьи раздела Искусство аудио.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива MSP-EXP430FR6989 - расширенная отладочная плата для MSP430 с FRAM 01.06.2016 Новая плата формата Launchpad MSP-EXP430FR6989 - это простой в использовании отладочный модуль для микроконтроллера MSP40FR6989. Эта отладочная плата содержит все необходимое для старта разработки на базе ультра-низкопотребляющей платформы микроконтроллеров с FRAM-памятью MSP430FRx, включая реализованный на плате эмулятор для программирования, отладки приложений и, что самое важное - измерения энергопотребления. На плате установлены кнопки и светодиоды для быстрой интеграции простого пользовательского интерфейса и LCD-дисплей, который демонстрирует работу встроенного драйвера на 320 сегментов. В MSP-EXP430FR6989 реализована возможность прямого доступа к встроенному модулю Extended Scan Interface - двухканальному аналоговому фронтенду с низким энергопотреблением. Extended Scan Interface разработан специально для обнаружения вращения (например в приборах учета потока). MSP430FR6989 - это микроконтроллер, который в качестве ПЗУ содержит 128 кБайт памяти FRAM (Ferroelectric Random Access Memory). Данный тип памяти обладает низким энергопотреблением, бесконечным количеством циклов перезаписи и огромной скоростью записи данных. Процесс прототипирования на базе отладочной платы MSP-EXP430FR6989 упрощается благодаря 40-выводному разъему типа BoosterPack. Расположение выводов данного разъема позволяет использовать с данной отладочной платой огромное количество готовых модулей BoosterPack. Можно быстро и легко добавить к своему проекту беспроводной канал связи, графический дисплей, датчики температуры и многое другое. Основные характеристики MSP-EXP430FR6989 16-разрядный микроконтроллер MSP430FR6989 с FRAM-памятью; потребление 100 мкА/МГц в активном режиме и 350 нА в режиме standby с RTC; 128 кБайт FRAM; LCD-контроллер на 320 сегментов; Extended Scan Interface; 12-ти разрядный АЦП на 16 каналов; компаратор; 5 Таймеров; модуль DMA; 83 вывода GPIO; технология отладки энергопотребления EnergyTrace++; встроенный эмулятор eZ-FET; 2 кнопки и 2 светодиода; сенментный ЖК-дислпей; прямой доступ к модулю Extended Scan Interface.

Другие интересные новости:

▪ Древесный гриб - экологическая альтернатива пластику

▪ Новый способ обнаружения коралловых рифов

▪ Электрическая подводная лодка Super Sub

▪ Самые точные оптические часы

▪ Электрическая батарейка от электрического угря

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Движение - всё, цель - ничто. Крылатое выражение

▪ статья Где жил йогин, который не ел и не пил более 70 лет? Подробный ответ

▪ статья Охрана труда женщин

▪ статья Модель ветродвигателя. Постройка башни. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Использование оптрона в телефонном вызывном устройстве. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026