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:

▪ Тонкомпенсированные регуляторы громкости

▪ Ловля блох по-научному

▪ Звук в автомобиле

Смотрите другие статьи раздела Искусство аудио.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Суперпрочный синтетический паутинный шелк 31.10.2024 Международная команда ученых разработала уникальный синтетический шелк, вдохновленный паутиной пауков, который может быть применен для заживления ран. Полученный с использованием микроорганизмов, этот искусственный паучий шелк оказался не только исключительно прочным и биосовместимым, но и эффективным для лечения кожных повреждений, что открывает перед медициной новые перспективы в создании высококачественных бинтов и других заживляющих материалов. Паучий шелк считается одним из самых прочных природных материалов: его нити при таком же диаметре прочнее стали. Однако природный шелк сложно добывать в нужных объемах из-за агрессивного поведения пауков, которые не уживаются в тесной среде и могут проявлять каннибализм. Поэтому ученые давно ищут методы искусственного создания аналогов паучьего шелка. В основе нового подхода к получению синтетического шелка лежит генная инженерия. Команда исследователей под руководством Бинбин Гао решила изменить структуру белков паучьего шелка и создать стабильную форму этого материала с помощью микроорганизмов. Ученые столкнулись с трудностями: белки шелка склонны к слипанию, что мешает их эффективному производству. Решение было найдено в добавлении пептидов, которые предотвращают сцепление белков и создают упорядоченную структуру, характерную для натурального паучьего шелка. В лабораторных условиях белки шелка производились микроорганизмами, а затем проходили процесс прядения, напоминающий естественное формирование паутины. С помощью 3D-принтера и специального устройства с тонкими полыми иглами белковый раствор вытягивался в нити, которые объединялись в прочные волокна. Таким образом, технология создавала "искусственного паука", который плел прочную и стабильную синтетическую паутину. Следующим этапом исследования стало создание прототипов повязок для лечения ран из нового шелка. Их протестировали на мышах с хроническими ранами, вызванными диабетом, и остеоартритом. В повязки добавляли лекарственные препараты, что способствовало улучшению результатов заживления. Спустя две недели лечения у мышей с остеоартритом заметно снизился отек и улучшилась структура тканей. У подопытных с диабетом через 16 дней также наблюдалось значительное заживление ран. Ключевые качества синтетического паучьего шелка - это его высокая биосовместимость и способность к биоразложению, что делает его безопасным для применения в медицинской практике. Такой материал можно будет использовать для создания повязок, которые будут не только прочными и безопасными для кожи, но и удобными для нанесения лекарственных препаратов. Перспективы применения искусственного паучьего шелка огромны: этот материал может стать основой для создания инновационных биосовместимых бинтов и других медицинских изделий, что существенно расширит возможности в лечении ран и разработке экологически чистых медицинских материалов будущего.

Другие интересные новости:

▪ Хранение углерода в Северное море

▪ Молоко будут давать микробы

▪ Одежда из молока

▪ Твердотельные накопители Vertex 450

▪ Клавиатура управляется взлядом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Биографии великих ученых. Подборка статей

▪ статья Живая хронология. Крылатое выражение

▪ статья Когда возникли первые государства? Подробный ответ

▪ статья Эксплуатация резервуаров Я-1-ОСВ. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Голубое жало для пайки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Хитрое устройство коробка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025