คุณภาพเสียงของแอมพลิฟายเออร์คลาส D: สิ่งที่ผู้ซื้อ OEM ควรตรวจสอบก่อนการผลิตจำนวนมาก

โมดูลแอมพลิฟายเออร์คลาส D 500 W และโมดูลคลาส AB ที่มีกำลังใกล้เคียงกันที่หล่นลงในลำโพงพาวเวอร์ขนาด 12 นิ้วตัวเดียวกันมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปมากก่อนใครจะเริ่มพูดถึงเสียงด้วยซ้ำ บอร์ด คลาสดี จะอุ่นเครื่องหลังจากใช้งานโปรแกรมเป็นเวลาสองชั่วโมง บอร์ด คลาสเอB ร้อนเมื่อสัมผัส และแบตเตอรี่ที่อยู่ด้านหลังจะหมดเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด คำถามเกี่ยวกับคุณภาพเสียง คลาสดี มักจะมาถึงในภายหลัง เมื่อโมดูลได้รับการวัดอย่างถูกต้อง และเมื่อถึงจุดนั้น ข้อร้องเรียนเก่าๆ ส่วนใหญ่ก็หดลงในรายการที่สั้นลงมากแล้ว

รายการสั้นๆ นั้นเป็นหัวข้อของบทความนี้ เขียนขึ้นสำหรับวิศวกรและทีมจัดซื้อที่เลือกโมดูลแอมพลิฟายเออร์สำหรับลำโพงพาวเวอร์ ไลน์อาเรย์ ซับวูฟเฟอร์ และระบบแบบพกพา ซึ่งเป็นผู้ที่ต้องการแยกส่วนของ "เสียง Class D" ซึ่งเป็นการออกแบบที่เสียเปรียบอย่างแท้จริงจากชิ้นส่วนที่สืบทอดมาจากต้นปี 2000

คำตอบสั้นๆ เกี่ยวกับคุณภาพเสียงคลาส D

โมดูล Class D ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีมีความโปร่งใสมากพอที่ภายในลำโพงขับเคลื่อนสมัยใหม่ เป็นการยากที่จะแยกแยะความแตกต่างจากโมดูล คลาสเอบี ที่ดีที่มีกำลังเท่ากัน นอกจากนี้ยังวัดผลได้ดีกว่าในสิ่งที่ตัดสินจากแอมพลิฟายเออร์ในการใช้งานจริง: ความเสถียรทางความร้อน ความสม่ำเสมอของเอาต์พุตภายใต้โหลด และประสิทธิภาพระยะยาวที่ระดับเสียงสูง

ความแตกต่างที่เหลืออยู่ไม่ได้เกิดจากตัวอักษร D ซึ่งมาจากการตัดสินใจออกแบบสี่ประการ:

• ความถี่ในการสวิตชิ่งและฟิลเตอร์เอาท์พุตที่สร้างขึ้นรอบๆ
• โทโพโลยีของแหล่งจ่ายไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าโมดูลจะใช้การแก้ไขตัวประกอบกำลังและสเตจเรโซแนนซ์ LLC หรือไม่
• ห่วงโซ่สัญญาณที่อยู่ด้านหน้าเครื่องขยายเสียง รวมถึง DSP, EQ และลิมิต
• การออกแบบการระบายความร้อนและเค้าโครงบอร์ด

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติก็คือการเปรียบเทียบ "คลาส D กับคลาส AB" ในระดับแค็ตตาล็อกไม่ได้บอกอะไรคุณเลย เปรียบเทียบแหล่งจ่ายไฟ ตัวกรอง และ DSP และคำถามเกี่ยวกับคุณภาพเสียงส่วนใหญ่จะตอบตัวเอง

เหตุใดคลาส D จึงได้รับชื่อเสียงที่ไม่ดีในด้านเสียง

การวิพากษ์วิจารณ์ได้รับการพิสูจน์เพียงครั้งเดียว และมันก็คุ้มค่าที่จะรู้ว่าทำไม เนื่องจากโหมดความล้มเหลวแบบเดียวกันยังคงปรากฏในโมดูลราคาไม่แพงในปัจจุบัน

• การม้วนออกของตัวกรองเอาต์พุต โมดูลในยุคแรกๆ สลับที่ประมาณ 50–150 kHz ซึ่งบังคับให้ตัวกรองเอาต์พุตเริ่มตัดได้ต่ำกว่า 20 kHz ผลลัพธ์ที่ได้คือปลายด้านบนที่ม้วนออกมาซึ่งผู้ฟังอธิบายว่าน่าเบื่อหรือปิดสนิท
• การบิดเบือนเวลาตาย ช่วงเวลาการเว้นระยะที่ป้องกันการทะลุในระยะเอาท์พุตทำให้เกิดข้อผิดพลาดแบบไม่เชิงเส้น หากไม่มีการชดเชย ข้อผิดพลาดนั้นจะตกลงไปที่เสียงแหลมซึ่งเป็นจุดที่หูไวต่อเสียงมากที่สุด
• การปฏิเสธอุปทานไม่ดีในการออกแบบวงรอบเปิด เมื่อไม่มีการวนซ้ำ ระลอกคลื่นบนรางจ่ายจะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตโดยตรง และรางที่หย่อนลงภายใต้โหลดจะเปลี่ยนเป็นการบีบอัดด้วยเสียง
• EMI จากรูปแบบการสลับที่ไม่ระมัดระวัง เสียงรบกวนที่เกิดขึ้นควบคู่กับเวทีปรีแอมป์และสายเคเบิลอินพุต ทำให้เกิดเสียงฟู่และเสียงกระหึ่มที่ไม่เกี่ยวข้องกับเส้นทางเสียง

ทุกปัญหาเหล่านี้มีคำตอบทางวิศวกรรมที่ทราบอยู่แล้ว: ความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้น การชดเชยเวลาตาย การมอดูเลตแบบวงปิด และโครงร่าง EMI ที่มีระเบียบวินัย สิ่งที่สำคัญสำหรับผู้ซื้อไม่ใช่ว่าคลาส D จะฟังดูดีหรือไม่ — แต่สามารถทำได้อย่างชัดเจน — แต่อยู่ที่ว่าโมดูลเฉพาะที่อยู่ตรงหน้าคุณได้ใช้คำตอบเหล่านั้นหรือไม่

สี่สิ่งที่เป็นตัวตัดสินคุณภาพเสียงคลาส D อย่างแท้จริง

การสลับความถี่และตัวกรองเอาต์พุต

ความถี่ในการสลับจะกำหนดพื้นที่ที่ตัวกรองเอาต์พุตต้องทำงาน โมดูล Professional Class D มักจะสลับระหว่าง 300 kHz ถึง 1 MHz ยิ่งความถี่สวิตชิ่งสูงเท่าไร มุมตัวกรองก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะทำให้ลักษณะเฟสและแอมพลิจูดสะอาดขึ้นและเกินกว่า 20 kHz ค่าใช้จ่ายคือการสูญเสียการสลับที่มากขึ้นและการออกแบบ EMI ที่มีความต้องการมากขึ้น

สำหรับโครงการ OEM การตรวจสอบเชิงปฏิบัติจะตรงไปตรงมา:

• โมดูลระบุความถี่ในการสลับความถี่เท่าใด
• มุมตัวกรองเอาต์พุตอยู่ที่ใดสัมพันธ์กับ 20 kHz
• ซัพพลายเออร์สามารถให้เส้นโค้งการตอบสนองที่วัดได้ 20 Hz–20 kHz แทนที่จะแสดงค่า "±3 dB" ที่พิมพ์ไว้หรือไม่

โทโพโลยีพาวเวอร์ซัพพลาย: PFC, LLC และเหตุใดจึงปรากฏในเอกสารข้อมูล

สเตจเอาต์พุตคลาส D ดึงกระแสในการสลับพัลส์ ดังนั้นแอมพลิฟายเออร์จึงถูกจำกัดด้วยคุณภาพของรางที่ป้อน คุณสมบัติการจัดหาสองประการควรค่าแก่การรู้ด้วยชื่อ

การแก้ไขตัวประกอบกำลัง (PFC) ช่วยให้โมดูลมีความเสถียรตลอดช่วงแรงดันไฟหลักที่กว้าง ซึ่งสำคัญสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ส่งออกไปยังตลาดที่กริดไม่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด

เสียงสะท้อนของ LLC เป็นโทโพโลยีแบบซอฟต์สวิตชิ่ง ลดการสูญเสียการสลับและ EMI สร้างระลอกเอาท์พุตที่สะอาดขึ้น และรักษาประสิทธิภาพได้ดีภายใต้ภาระหนัก ในทางปฏิบัติ สเตจคลาส D เดียวกันที่ป้อนโดยแหล่งจ่ายฟลายแบ็คพื้นฐานและแหล่งจ่ายเรโซแนนซ์ LLC จะไม่ทำงานเหมือนแอมพลิฟายเออร์ตัวเดียวกัน ความแตกต่างจะแสดงเป็นอันดับแรกในการควบคุมเสียงเบส และลักษณะการจัดองค์ประกอบของระบบระหว่างการส่งเสียงดัง

EON520: LP400W HP100W PFC LLC โมดูลเครื่องขยายสัญญาณเสียงคลาส D แรงดันไฟฟ้ากว้างแบบเรโซแนนซ์ ● พาวเวอร์ซัพพลายแบบสวิตชิ่งประสิทธิภาพสูงพร้อม PFC LLC Resonance: 800W ● อินพุตแรงดันไฟฟ้ากว้างแบบปรับตัวเองได้: 100V-240V ● แอมพลิฟายเออร์กำลังกลางและความถี่ต่ำ: CLASS D 40... ดูผลิตภัณฑ์ →

โมดูลที่รวมทั้งสองแนวทางเข้าด้วยกัน เช่น การออกแบบเรโซแนนซ์ PFC plus LLC ที่มีพิกัด LP 400 W / HP 100 W พร้อมอินพุตแรงดันไฟฟ้ากว้าง เป็นต้น มีไว้เพื่อรักษาคุณภาพเอาต์พุตให้คงที่โดยเฉพาะเมื่อแหล่งจ่ายไฟหลักเคลื่อนที่

DSP และสายโซ่สัญญาณที่ด้านหน้าของเครื่องขยายเสียง

เมื่อลำโพงขับเคลื่อนไปถึงผู้ฟัง เสียงจะเป็นผลิตภัณฑ์ของ DSP และเครื่องขยายเสียงรวมกัน ไม่ใช่จากเครื่องขยายเสียงเพียงอย่างเดียว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมโมดูล DSP ที่สร้างขึ้นบนชิป ADAU1701 จึงพบเห็นได้ทั่วไปในลำโพงแบบแอคทีฟ: ครอสโอเวอร์, EQ, การจำกัดและการสลับพรีเซ็ต ทั้งหมดนี้แสดงสดในอุปกรณ์เครื่องเดียว

พฤติกรรม DSP สามประการแปลตรงไปยังคุณภาพเสียง Class D ที่รับรู้ได้โดยตรง:

• การจำกัด ลิมิตเตอร์ที่ตั้งค่าไว้อย่างเหมาะสมจะป้องกันไม่ให้แอมพลิฟายเออร์ขาดหลุด ซึ่งช่วยลดความผิดเพี้ยนของเสียงเบสที่ระดับเสียงสูง เมื่อเปรียบเทียบกับโมดูลที่ต้องอาศัยการป้องกันของแอมพลิฟายเออร์เอง
• ตรรกะการป้องกัน ลำโพงและการป้องกันความร้อนที่ลดเอาต์พุตลงแทนที่จะตัดทันที จะช่วยหลีกเลี่ยงเสียงขาดหายซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์รู้สึกไม่น่าเชื่อถือ
• ค่าที่ตั้งไว้ตรงกับตู้ โหมด EQ ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจะมีประโยชน์เฉพาะเมื่อมีการปรับแต่งไดรเวอร์และกล่องหุ้มเฉพาะเท่านั้น ไม่ใช่คัดลอกมาจากการออกแบบอ้างอิง

DSP1903: 4 โหมด EQ ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าที่กำหนดเอง ลำโพงอาร์เรย์เชิงเส้น 2.1CH ฟังก์ชั่น DSP ที่ใช้ ADAU1701 ● ออกแบบโดยใช้ระบบเสียง ADAU1701 ใช้ซอฟต์แวร์ sigma studio DSP เพื่อกำหนดค่าพารามิเตอร์การประมวลผลสัญญาณ ● โหมดพรีเซ็ตที่กำหนดเองได้สี่โหมดซึ่ง... ดูผลิตภัณฑ์ →

ส่วนหน้า DSP แบบหลายช่องสัญญาณที่มีโหมด EQ ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าแบบกำหนดเองได้หลายโหมดเป็นตัวอย่างทั่วไป: ระยะของแอมพลิฟายเออร์จะยังคงเหมือนเดิม แต่พฤติกรรมของโทนเสียงของลำโพงที่เสร็จแล้วจะเปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง

การออกแบบการระบายความร้อนและเค้าโครงบอร์ด

คลาส D สร้างความร้อนน้อยกว่าคลาส AB แต่ก็ยังสร้างความร้อนอยู่ โมดูลที่เข้าสู่การย้อนกลับความร้อนหลังจากยี่สิบนาทีจะฟังดูนุ่มนวลและถูกบีบอัดไม่ว่าการวัดแบบตั้งโต๊ะจะดูดีแค่ไหนก็ตาม

สิ่งที่ต้องตรวจสอบ:

• พื้นที่ฮีทซิงค์และเส้นทางการไหลของอากาศตรงกับตัวเครื่องจริง
• เกณฑ์การป้องกันที่กำหนดโดยมีระยะขอบเพียงพอที่เนื้อหาของโปรแกรมปกติจะไม่ทริกเกอร์
• ข้อมูลการเบิร์นอินจากการทดสอบโหลดเต็มระยะยาว ไม่ใช่แค่การทดสอบระยะสั้นเท่านั้น

นี่เป็นส่วนหนึ่งของการประเมินที่ไม่สามารถทำได้จากแผ่นข้อมูล ซัพพลายเออร์ที่ใช้สาย SMT สายการประกอบ และห้องทดสอบเสียงของตนเองสามารถสร้างบันทึกการเบิร์นอินและผลการทดสอบโหลดอิมพีแดนซ์ได้ บริษัทการค้ามักไม่สามารถทำได้ การตั้งค่าการผลิตด้านหลังโมดูล คุ้มค่าแก่การเยี่ยมชมสถานที่ก่อนที่จะดำเนินการผลิต

คลาส D, คลาส AB และคลาส H เคียงข้างกัน

ทางเลือกไม่ค่อยจะเกี่ยวกับว่าคลาสใดฟังดูดีที่สุดเมื่อแยกจากกัน โดยขึ้นอยู่กับว่าแบบไหนที่เหมาะกับซองเก็บความร้อน งบประมาณของแบตเตอรี่ น้ำหนักเป้าหมาย และราคาของผลิตภัณฑ์

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพไม่ใช่ตัวเลขทางการตลาด แต่เป็นเหตุผลที่ลำโพงที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่สามารถทำงานได้ตลอดทั้งคืน และเหตุผลที่ตู้ Line Array สามารถรองรับช่องสัญญาณได้มากขึ้นในกล่องขนาดเล็ก หากคุณต้องการคำแนะนำเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการแลกเปลี่ยนเหล่านี้ในผลิตภัณฑ์จริง การเปรียบเทียบนี้ ประสิทธิภาพและคุณภาพเสียงของ Class D และ Class AB ครอบคลุมพื้นที่เดียวกันจากมุมมองของการออกแบบ

ข้อมูลจำเพาะที่ควรค่าแก่การเขียนลงในข้อตกลงการซื้อ

หน้าแค็ตตาล็อกโมดูลมีแนวโน้มที่จะแสดงรายการกำลัง อิมพีแดนซ์ และคุณสมบัติจำนวนหนึ่ง หากคุณภาพเสียงเป็นข้อกำหนดตามสัญญา ให้ขอสิ่งเหล่านี้แทน:

1. THD N ที่กำลังไฟพิกัดและที่ 1 W ตัวเลข 1 W คือตัวเลขที่แสดงเสียงรบกวนพื้นว่างและพฤติกรรมครอสโอเวอร์
2. การตอบสนองความถี่วัดที่ขั้วลำโพง ไม่ใช่ที่อินพุตบรรทัด เนื่องจากตัวกรองเอาต์พุตและโหลดโต้ตอบกัน
3. อิมพีแดนซ์เอาต์พุตหรือปัจจัยการหน่วงตลอด 20 Hz–20 kHz นี่คือสิ่งที่แยกโมดูลที่มีเสียงเบสแน่นออกจากโมดูลที่ฟังดูหลวม
4. โทโพโลยีของแหล่งจ่ายไฟและความถี่ในการสลับ มี PFC หรือไม่ มี LLC เรโซแนนซ์หรือฮาร์ดสวิตช์
5. เกณฑ์การป้องกันและพฤติกรรมการกู้คืน ถามถึงจุดกระตุ้นที่เกิดขึ้นจริง ไม่ใช่แค่ยืนยันว่ามีการป้องกันอยู่
6. ข้อมูลการทดสอบความร้อนที่โหลดเต็มเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งชั่วโมง

ซัพพลายเออร์ที่ออกแบบและสร้างโมดูลของตนเองมักจะสามารถตอบคำถามเหล่านี้ด้วยข้อมูลทดสอบได้ ซัพพลายเออร์ที่ขายต่อไม่สามารถขายต่อได้ และความแตกต่างนั้นจะปรากฏขึ้นในฟิลด์นี้นานหลังจากที่ตัวอย่างได้รับการอนุมัติแล้ว

ที่ที่โมดูลคลาส D เหมาะสมที่สุด

คลาส D หยุดประนีประนอมในทุกการใช้งานที่ประสิทธิภาพและขนาดมีความสำคัญมากกว่าพื้นที่ระบายความร้อนสัมบูรณ์ และรายการนั้นก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

• ลำโพงแบบพกพาและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพคือข้อจำกัดในการออกแบบทั้งหมด โมดูลคลาส AB จะต้องมีแบตเตอรี่ที่ใหญ่กว่ามากสำหรับเวลาการเล่นที่เท่ากัน
• ระบบ Line Array ที่ใช้งานอยู่ โมดูลหลายช่องสัญญาณพร้อมแหล่งจ่ายเรโซแนนซ์ LLC พอดีกับการกำหนดค่าช่องสัญญาณ 2.1 และ 2.2 ที่ระบบเหล่านี้ใช้ และเอาต์พุตความร้อนต่ำช่วยให้นักออกแบบบรรจุช่องสัญญาณลงในตู้ขนาดเล็กได้มากขึ้น
• ซับวูฟเฟอร์ขับเคลื่อน เอาต์พุต BTL Class D ส่งกำลังสูงให้กับโหลดความต้านทานต่ำโดยไม่ต้องใช้มวลฮีทซิงค์ตามที่การออกแบบเชิงเส้นต้องการ โมดูลซับวูฟเฟอร์เฉพาะพิกัด LP 1500 W ที่ 8 โอห์มแสดงให้เห็นว่าฮาร์ดแวร์ที่ใช้งานจริงมีลักษณะอย่างไร
• ลำโพงคอลัมน์และเครื่องเสียงติดตั้ง ความร้อนต่ำหมายความว่าสามารถปิดผนึกแอมพลิฟายเออร์ภายในตู้ได้โดยไม่มีการระบายอากาศเพิ่มเติม

EON521 1500:LP 1500 W/8ohm Pro Audio BTL ซับวูฟเฟอร์เครื่องขยายเสียงโมดูล ●LLC Resonant ประสิทธิภาพสูงและความน่าเชื่อถือสูง Switching พาวเวอร์ซัพพลาย: 1800W ●BTL Power Amplifier: CLASS D 1500W-8 Ohm ●หม้อน้ำอลูมิเนียมรูปตัว U, กำลังไฟที่เสถียร... ดูผลิตภัณฑ์ →

รายการตรวจสอบการประเมินเชิงปฏิบัติสำหรับโครงการการผลิต

ก่อนที่จะแช่แข็งโมดูล Class D ลงในรายการวัสดุการผลิต ให้ดำเนินการตามลำดับเดียวกันทุกครั้ง:

1. ตรวจสอบกำลังไฟพิกัดที่อิมพีแดนซ์โหลดจริงของลำโพง ไม่ใช่อิมพีแดนซ์ที่ใช้ในข้อกำหนดพาดหัว
2. วัดการตอบสนองความถี่ที่ขั้วต่อลำโพงโดยเชื่อมต่อกับโหลดจริง
3. ใช้งานการเบิร์นอินเต็มกำลังหนึ่งชั่วโมง และบันทึกอุณหภูมิฮีทซิงค์ควบคู่ไปกับกิจกรรมการป้องกันใดๆ
4. เล่นเนื้อหาโปรแกรมที่มีเนื้อหาความถี่ต่ำจำนวนมากในระดับสูง และฟังโดยเฉพาะสำหรับการบีบอัดและลิมิตเตอร์ปั๊ม
5. ตรวจสอบเสียงรบกวนขณะเดินเบาโดยที่อินพุตลัดวงจร นี่คือจุดที่โมดูลราคาไม่แพงถูกเปิดเผย
6. ตรวจสอบพฤติกรรมที่ระดับต่ำสุดของช่วงแรงดันไฟหลัก หากผลิตภัณฑ์จัดส่งไปยังตลาดที่มีแหล่งจ่ายไฟไม่เสถียร
7. ยืนยันว่าโหมด EQ ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและเกณฑ์การป้องกันสามารถปรับแต่งสำหรับ Cabinet ของคุณได้ การปรับแต่งเป็นเรื่องปกติของธุรกิจโมดูล ไม่ใช่ข้อยกเว้น และซัพพลายเออร์ที่จะไม่ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าไม่น่าจะสนับสนุนผลิตภัณฑ์หลังการเปิดตัว

คำถามที่พบบ่อย