D-luokan vahvistimen äänenlaatu: mitä OEM-ostajien tulee varmistaa ennen massatuotantoa

500 W:n D-luokan vahvistinmoduuli ja samantehoinen AB-luokan moduuli, joka on pudotettu samaan 12 tuuman teholliseen kaiuttimeen, käyttäytyvät hyvin eri tavalla, ennen kuin kukaan edes alkaa puhua äänestä. D-luokan taulu käy lämpimänä kahden tunnin ohjelmamateriaalin jälkeen; luokan AB kortti on kuuma kosketettaessa, ja sen takana oleva akku tyhjenee huomattavasti nopeammin. Kysymys D-luokan äänenlaadusta tulee yleensä myöhemmin, kun moduuli on mitattu kunnolla - ja siihen mennessä suurin osa vanhoista valituksista on jo kutistunut paljon lyhyemmäksi listaksi.

Tämä lyhyempi luettelo on tämän artikkelin aihe. Se on kirjoitettu insinööreille ja ostotiimeille, jotka valitsevat vahvistinmoduuleja tehokaiuttimille, linjajärjestelmille, subwoofereille ja kannettaville järjestelmille – ihmisille, joiden on erotettava "luokan D soundin" osat, jotka ovat aitoja suunnittelun kompromisseja, osista, jotka yksinkertaisesti perittiin 2000-luvun alusta.

Lyhyt vastaus luokan D äänenlaadusta

Hyvin suunniteltu D-luokan moduuli on riittävän läpinäkyvä, joten nykyaikaisen tehokäyttöisen kaiuttimen sisällä sitä on vaikea erottaa hyvästä samantehoisesta AB-luokan moduulista. Se on myös mitattavasti parempi niissä asioissa, joiden perusteella vahvistinta arvioidaan todellisissa käyttökohteissa: lämpöstabiilisuus, lähdön tasaisuus kuormitettuna ja pitkäkestoinen suorituskyky suurella äänenvoimakkuudella.

Jäljelle jäävät erot eivät johdu D-kirjaimesta. Ne johtuvat neljästä suunnittelupäätöksestä:

• Kytkentätaajuus ja sen ympärille rakennettu lähtösuodatin.
• Teholähteen topologia, erityisesti käyttääkö moduuli tehokertoimen korjausta ja LLC-resonanssiastetta.
• Signaaliketju vahvistimen edessä, mukaan lukien DSP, EQ ja rajoitus.
• Lämpösuunnittelu ja levyasettelu.

Käytännön seuraus on, että "luokan D ja luokan AB" vertailu luettelotasolla ei kerro juuri mitään. Vertaa virtalähdettä, suodatinta ja DSP:tä, niin äänenlaatukysymys vastaa suurelta osin itseensä.

Miksi D-luokka ansaitsi huonon maineen äänenlaadusta

Kritiikki oli kerran perusteltua ja kannattaa tietää tarkalleen miksi, sillä samoja vikatiloja esiintyy edullisissa moduuleissa vielä tänäkin päivänä.

• Ulostulosuodattimen roll-off. Varhaiset moduulit vaihtoivat noin 50–150 kHz, mikä pakotti lähtösuodattimen aloittamaan leikkaamisen selvästi alle 20 kHz:n. Tuloksena oli rullattu yläpää, jota kuuntelijat kuvailivat tylsäksi tai suljetuksi.
• Kuolleen ajan vääristymä. Sammutusväli, joka estää läpilyönnin loppuvaiheessa, aiheuttaa epälineaarisen virheen. Ilman kompensaatiota virhe osuu diskanttiin, juuri sinne, missä korva on sille herkin.
• Huono tarjonnan hylkäys avoimen silmukan malleissa. Ilman takaisinkytkentäsilmukkaa syöttökiskon aaltoilu näkyy suoraan ulostulossa, ja kiskon painuminen kuormituksen alaisena muuttuu kuuluvaksi puristukseksi.
• EMI huolimattomasta kytkentäasettelusta. Esivahvistinvaiheeseen ja tulokaapelointiin yhdistetty kohina tuotti suhinaa ja surinaa, joilla ei ollut mitään tekemistä itse äänipolun kanssa.

Jokaisella näistä ongelmista on tunnettu tekninen vastaus: korkeammat kytkentätaajuudet, kuolleen ajan kompensointi, suljetun silmukan modulaatio ja kurinalainen EMI-asettelu. Ostajalle ei ole merkitystä sillä, voiko D-luokka kuulostaa hyvältä – se selvästikin voi – vaan se, onko edessäsi oleva tietty moduuli soveltanut näitä vastauksia.

Neljä asiaa, jotka todella ratkaisevat D-luokan äänenlaadun

Kytkentätaajuus ja lähtösuodatin

Kytkentätaajuus määrittää, kuinka paljon tilaa lähtösuodattimen on työskenneltävä. Ammattitason D-moduulit kytkeytyvät yleensä 300 kHz:n ja 1 MHz:n välillä. Mitä korkeampi kytkentätaajuus, sitä korkeammalle suodatinkulma voi istua, mikä pitää vaihe- ja amplitudikäyttäytymisen puhtaana 20 kHz:iin asti. Kustannukset ovat suurempi kytkentähäviö ja vaativampi EMI-suunnittelu.

OEM-projektissa käytännön tarkastukset ovat yksinkertaisia:

• Minkä kytkentätaajuuden moduuli määrittää?
• Missä lähtösuodattimen kulma sijaitsee suhteessa 20 kHz:iin?
• Voiko toimittaja toimittaa mitatun 20 Hz–20 kHz vastekäyrän painetun "±3 dB" väitteen sijaan?

Virtalähteen topologia: PFC, LLC ja miksi ne näkyvät tietolomakkeessa

Luokan D lähtöaste ottaa virtaa kytkentäpulsseina, joten vahvistinta rajoittaa sitä syöttävän kiskon laatu. Kaksi tarjonnan ominaisuutta kannattaa tietää nimeltä.

Tehotekijäkorjaus (PFC) pitää moduulin vakaana laajalla verkkojännitealueella, mikä on tärkeää tuotteille, jotka viedään markkinoille, joilla verkkoa ei ole tiukasti säädelty.

LLC resonanssi on pehmeästi vaihtava topologia. Se alentaa kytkentähäviöitä ja EMI:tä, tuottaa puhtaamman lähdön aaltoilun ja pitää tehokkuuden hyvin raskaassa kuormituksessa. Käytännössä sama Flyback-syötöllä ja LLC-resonanssisyötöllä syötetty D-luokan porras ei toimi kuten sama vahvistin – ero näkyy ensin basson ohjauksessa ja siinä, kuinka koottua järjestelmä pysyy kovien jaksojen aikana.

EON520: LP400W HP100W PFC LLC resonanssilaajajänniteluokan D tehovahvistinmoduuli ● Tehokas hakkurivirtalähde PFC LLC -resonanssilla: 800 W ● Itsesopeutuva laajajännitetulo: 100 V-240 V ● Keski- ja matalataajuinen tehovahvistin: LUOKKA D 40... Näytä tuote →

Moduulit, jotka yhdistävät molemmat lähestymistavat – esimerkiksi PFC plus LLC -resonanssirakenne, LP 400 W / HP 100 W ja laaja jännitetulo, on olemassa erityisesti pitämään ulostulon laatu tasaisena verkkovirran liikkuessa.

DSP ja signaaliketju vahvistimen edessä

Kun tehollinen kaiutin saavuttaa kuuntelijan, ääni syntyy DSP:stä ja vahvistimesta yhdessä, ei vain vahvistimesta. Siksi ADAU1701-sirulle rakennetut DSP-moduulit ovat niin yleisiä aktiivikaiuttimissa: jako, taajuuskorjain, rajoitus ja esiasetuskytkennät toimivat yhdessä laitteessa.

Kolme DSP-käyttäytymistä muuntaa suoraan koettu D-luokan äänenlaatu:

• Rajoittava. Oikein asetettu rajoitin pitää vahvistimen poissa kovalta leikkaamiselta, mikä vähentää basson säröä suurella äänenvoimakkuudella verrattuna moduuliin, joka luottaa vahvistimen omaan suojaukseen.
• Suojauslogiikka. Kaiutin ja lämpösuoja, joka hidastaa tehoa sen sijaan, että se katkaisee sen äkillisesti, välttää äänet, jotka saavat tuotteen tuntumaan epäluotettavalta.
• Esiasetukset sovitettu kaappiin. Esiasetetut EQ-tilat ovat hyödyllisiä vain, kun ne on viritetty tietylle ohjaimelle ja kotelolle, eikä niitä ole kopioitu referenssisuunnittelusta.

DSP1903: 4 mukautettua esiasetettua EQ-tilaa 2.1-kanavainen lineaarinen kaiutin ADAU1701-pohjainen DSP-toiminto ● Suunniteltu ADAU1701-äänijärjestelmän perusteella. Käytä sigma studio DSP -ohjelmistoa signaalinkäsittelyparametrien määrittämiseen. ● Valittavissa neljä mukautettua esiasetustilaa... Näytä tuote →

Tyypillinen esimerkki on monikanavainen DSP-etuosa, joka tarjoaa useita mukautettuja EQ-tiloja: vahvistinaste pysyy ennallaan, mutta valmiin kaiuttimen tonaalinen käyttäytyminen muuttuu täysin.

Lämpösuunnittelu ja levyasettelu

Luokka D tuottaa paljon vähemmän lämpöä kuin luokka AB, mutta se tuottaa silti lämpöä. Moduuli, joka siirtyy lämpöpalautukseen 20 minuutin kuluttua, kuulostaa pehmeältä ja tiivistyneeltä riippumatta siitä, kuinka hyvältä sen pöytämittaukset näyttävät.

Mitä tarkistetaan:

• Jäähdytyselementin alue ja ilmavirtausreitti sovitettu todelliseen koteloon.
• Suojakynnykset asetettu riittävällä marginaalilla, jotta normaali ohjelmamateriaali ei koskaan laukaise niitä.
• Palamistiedot pitkäkestoisesta täyskuormitustestauksesta, ei vain lyhyestä koeajosta.

Tämä on myös se osa arvioinnissa, jota ei voi tehdä tietolomakkeesta. Toimittaja, joka käyttää omia SMT-linjojaan, kokoonpanolinjojaan ja audiotestaushuonetta, voi tuottaa sisäänpalamislokkeja ja impedanssi-kuormitustestituloksia; kauppayhtiö ei yleensä pysty. Valmistusasetukset moduulin takana kannattaa käydä paikan päällä ennen tuotantoon sitoutumista.

Luokka D, luokka AB ja luokka H vierekkäin

Valinta on harvoin siinä, mikä luokka kuulostaa parhaalta erikseen. Kyse on siitä, mikä sopii tuotteen lämpökuoreen, akkubudjettiin, painotavoitteeseen ja hintapisteeseen.

Tehokkuusvaje ei ole markkinointiluku - se on syy, miksi akkukäyttöinen kaiutin voi toimia koko illan, ja syy, miksi linjakaappi voi kuljettaa enemmän kanavia pienemmässä laatikossa. Jos haluat syvemmän läpikäynnin siitä, miten nämä kompromissit toimivat todellisissa tuotteissa, tämä vertailu Luokka D ja Luokka AB tehokkuus ja äänenlaatu kattaa saman alueen suunnittelun näkökulmasta.

Tekniset tiedot, jotka kannattaa kirjoittaa ostosopimukseen

Moduuliluettelosivuilla on yleensä lueteltu teho, impedanssi ja kourallinen ominaisuuksia. Jos äänenlaatu on sopimusehto, pyydä sen sijaan näitä:

1. THD N nimellisteholla ja 1 W:lla. 1 W:n luku paljastaa tyhjäkäynnin pohjaäänen ja ristikkäiskäyttäytymisen.
2. Taajuusvaste mitattu kaiutinliitännöistä , ei linjatulossa, koska lähtösuodatin ja kuorma ovat vuorovaikutuksessa.
3. Lähtöimpedanssi tai vaimennuskerroin taajuudella 20 Hz–20 kHz. Tämä erottaa tiukan basson moduulin löysältä kuulostavasta.
4. Virtalähteen topologia ja kytkentätaajuus. PFC olemassa tai ei, LLC resonanssi tai kovakytkin.
5. Suojakynnykset ja palautumiskäyttäytyminen. Pyydä todellisia laukaisupisteitä, ei vain vahvistusta suojan olemassaolosta.
6. Lämpötestitiedot täydellä kuormituksella vähintään tunnin ajalta.

Omia moduuleja suunnittelevat ja rakentavat toimittajat voivat yleensä vastata näihin kysymyksiin testitiedoilla. Jälleenmyyjät eivät voi, ja tämä ero näkyy kentällä kauan näytteen hyväksymisen jälkeen.

Missä luokan D moduuleilla on järkeä

Luokka D lakkasi olemasta kompromissi kaikissa sovelluksissa, joissa tehokkuus ja koko ovat tärkeämpiä kuin absoluuttinen lämpökorkeus, ja tämä luettelo kasvaa jatkuvasti.

• Kannettavat ja akkukäyttöiset kaiuttimet. Tehokkuus on koko suunnittelun rajoitus. Luokan AB moduuli tarvitsee huomattavasti suuremman akun samaan toistoaikaan.
• Aktiiviset viivataulukot. Monikanavaiset moduulit, joissa on LLC-resonanssisyöttö, sopivat näiden järjestelmien käyttämiin 2.1- ja 2.2-kanavaisiin kokoonpanoihin, ja alhaisen lämpötehon ansiosta suunnittelijat voivat pakata enemmän kanavia pienempään kaappiin.
• Tehokkaat subwooferit. BTL-luokan D lähtöasteet tuottavat suuren tehon matalaimpedanssisiin kuormiin ilman lineaarisen suunnittelun edellyttämää jäähdytyselementin massaa. Erillinen subwoofer-moduuli, jonka teho on LP 1500 W 8 ohmiin, havainnollistaa, miltä se näyttää tuotantolaitteistossa.
• Kolonnikaiuttimet ja asennettu ääni. Matala lämpö tarkoittaa, että vahvistin voidaan sulkea kotelon sisään ilman ylimääräistä tuuletusta.

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL subwooferin tehovahvistinmoduuli ●LLC Resonant High Tehokas ja Luotettava Hakkurivirtalähde: 1800W ●BTL-tehovahvistin: LUOKKA D 1500W-8 Ohm ●U-muotoinen alumiinijäähdytin, vakaa teho... Näytä tuote →

Käytännön arvioinnin tarkistuslista tuotantoprojektille

Ennen kuin jäädytät luokan D moduulin tuotantomateriaaliluetteloon, suorita se samassa sarjassa joka kerta:

1. Vahvista nimellisteho kaiuttimesi todellisella kuormitusimpedanssilla, ei otsikon tiedoissa käytetyllä impedanssilla.
2. Mittaa taajuusvaste kaiutinliittimistä todellisen kuorman ollessa kytkettynä.
3. Suorita tunnin mittainen täyden tehon palaminen ja kirjaa jäähdytyselementin lämpötila suojaustoimintojen ohella.
4. Toista ohjelmamateriaalia raskaalla matalataajuisella sisällöllä korkealla tasolla ja kuuntele erityisesti pakkausta ja rajoitinpumppausta.
5. Tarkista tyhjäkäynnin melu tulon ollessa oikosulussa; tässä on esillä edullisia moduuleja.
6. Tarkista toiminta verkkojännitealueen alimmassa päässä, jos tuote toimitetaan markkinoille, joiden syöttö on epävakaa.
7. Varmista, että esiasetetut EQ-tilat ja suojakynnykset voidaan mukauttaa kaappiasi varten. Räätälöinti on normaali osa moduuliliiketoimintaa , ei poikkeus, ja toimittaja, joka ei säädä esiasetusta, ei todennäköisesti tue tuotetta julkaisun jälkeen.

Usein kysytyt kysymykset