จะลดการบิดเบือนของเสียงลง 40% โดยใช้เครื่องขยายเสียง Class AB ได้อย่างไร

คำตอบโดยตรง: วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านเสียงที่เปลี่ยนจากการออกแบบคลาส A หรือคลาส B ไปสู่การออกแบบที่มีอคติอย่างเหมาะสม เครื่องขยายเสียงคลาส AB วัดอย่างสม่ำเสมอ ลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD) ลง 35–45% ที่ระดับการฟังทั่วไป โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่จำเป็นสำหรับการใช้งานจริง ต่อไปนี้คือวิธีบรรลุผลสำเร็จในการปรับปรุงและวิธีใช้ประโยชน์สูงสุดจากการปรับปรุงดังกล่าว

เหตุใดการบิดเบือนจึงเกิดขึ้น และเหตุใดคลาส AB จึงแก้ปัญหาได้

การบิดเบือนของเสียง โดยเฉพาะการบิดเบือนของครอสโอเวอร์ ถือเป็นข้อร้องเรียนหลักในการออกแบบเครื่องขยายเสียง มันเกิดขึ้นที่จุดข้ามศูนย์ของรูปคลื่น โดยที่ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตตัวหนึ่งส่งต่อไปยังอีกตัวหนึ่ง แอมพลิฟายเออร์คลาส B ซึ่งเปิดสวิตช์ทรานซิสเตอร์เมื่อต้องใช้ขั้วสัญญาณเท่านั้น จะทำให้เกิดเดดโซนที่จุดครอสโอเวอร์นี้ ผลลัพธ์ที่ได้คือความไม่ต่อเนื่องแบบแข็งของรูปคลื่นเอาท์พุตที่ผู้ฟังรับรู้ว่ามีความรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับเสียงต่ำถึงปานกลาง

แอมพลิฟายเออร์คลาส A กำจัดสิ่งนี้โดยสิ้นเชิงโดยทำให้ทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวทำงานตลอดเวลา แต่ต้องเสียค่าปรับด้านประสิทธิภาพที่สูงชัน — โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพเพียง 25–30% หมายความว่าพลังงานที่ดึงออกมา 70–75% กลายเป็นความร้อน สำหรับแอมพลิฟายเออร์ 100W นั่นคือการกระจายความร้อนอย่างต่อเนื่อง 230–300W ซึ่งต้องใช้ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่และทำให้ต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

แอมพลิฟายเออร์ลำโพง คลาสเอB แก้ไขปัญหาทั้งสองพร้อมกัน อคติไปข้างหน้าเล็กน้อย — โดยทั่วไป กระแสไฟฟ้านิ่ง 10–50 mA — เปิดทรานซิสเตอร์เอาท์พุตทั้งสองไว้เล็กน้อยผ่านบริเวณครอสโอเวอร์ ซึ่งช่วยขจัดจุดบอดโดยไม่มีโอเวอร์เฮดด้านความร้อนเต็มรูปแบบของคลาส A ผลลัพธ์ที่ได้คือความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์ต่ำที่มีประสิทธิภาพปานกลาง: ประสิทธิภาพ 50–70% ในหน่วยที่ออกแบบมาอย่างดี

การลดความผิดเพี้ยน 40%: มันมาจากไหน

ตัวเลข 40% ไม่ใช่ตัวเลขตามทฤษฎี — มาจากการเปรียบเทียบ ทีเอชดี น (ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวมบวกสัญญาณรบกวน) ที่วัดได้ระหว่างโทโพโลยีของแอมพลิฟายเออร์ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่เทียบเท่ากัน ตารางด้านล่างสรุปประสิทธิภาพที่วัดโดยทั่วไปในคลาสแอมพลิฟายเออร์ที่ 1 kHz, เอาต์พุต 1W เป็น 8 โอห์ม:

เมื่อเปรียบเทียบคลาส B กับการออกแบบคลาส AB ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างเหมาะสมที่กำลังฟังทั่วไป (0.1–5W ในลำโพง 8 โอห์ม) การลดความผิดเพี้ยนคือ 40–60% . การปรับปรุงจะเด่นชัดที่สุดในช่วง 100 Hz–5 kHz ซึ่งเป็นจุดที่การได้ยินของมนุษย์มีความไวมากที่สุด

ปัจจัยการออกแบบสี่ประการที่กำหนดว่าจะลดการบิดเบือนได้มากเพียงใด

ไม่ใช่ทุกเครื่องขยายสัญญาณเสียง คลาสเอบี ที่จะบรรลุประสิทธิภาพการบิดเบือนเท่ากัน ตัวเลขการปรับปรุง 40% ถือว่ามีการปรับให้เหมาะสมโดยเจตนาในสี่ด้านเหล่านี้:

1. การตั้งค่าปัจจุบันอคตินิ่ง

กระแสนิ่ง - กระแสนิ่งที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์เอาท์พุตทั้งสองตัวที่ไม่ได้ใช้งาน - เป็นคานหลัก ความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์ต่ำเกินไปคืบคลานกลับเข้ามา สูงเกินไปและการกระจายความร้อนเพิ่มขึ้นถึงระดับคลาส A สำหรับแอมพลิฟายเออร์ Hi Fi Class AB ที่ขับโหลด 8 โอห์มทั่วไป กระแสไฟนิ่งที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม 20–40 mA ต่อคู่เอาต์พุต ให้ความผิดเพี้ยนที่ดีที่สุดเทียบกับการแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ แรงดันไบอัสที่ลอยไปตามอุณหภูมิได้รับการจัดการโดยไดโอดติดตามความร้อนหรือทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับฮีทซิงค์

2. ความลึกของผลตอบรับเชิงลบทั่วโลก

ข้อเสนอแนะเชิงลบ (NFB) เป็นเครื่องมือลดการบิดเบือนที่ทรงพลังที่สุดสำหรับนักออกแบบ ลูปป้อนกลับที่เปรียบเทียบเอาต์พุตกับอินพุตและแก้ไขความแตกต่างแบบเรียลไทม์สามารถลด THD ลงได้ 10–100 เท่า ขึ้นอยู่กับอัตราขยายของลูป ใช้แอมพลิฟายเออร์ Hi Fi Class AB ที่ออกแบบมาอย่างดี 20–40 dB ของ NFB ทั่วโลก ส่งผลให้ THD จากดิบ 0.5–1% ที่สเตจเอาต์พุตลดลงเหลือ 0.003–0.05% ที่ขั้วต่อเครื่องขยายเสียง ข้อเสียเปรียบ — ความไม่แน่นอนที่อาจเกิดขึ้นที่ความถี่สูง — ได้รับการจัดการผ่านการออกแบบเครือข่ายการชดเชยอย่างระมัดระวัง

3. การจับคู่ทรานซิสเตอร์สเตจเอาท์พุต

ในเครื่องขยายสัญญาณเสียงสเตอริโอ Class AB คู่ทรานซิสเตอร์ NPN/PNP เสริมในระยะเอาต์พุตจะต้องจับคู่กันอย่างใกล้ชิดสำหรับคุณลักษณะเกน (hFE) และจุดรวม คู่ที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดการจัดการรูปคลื่นที่ไม่สมมาตร - ครึ่งวงจรบวกจะถูกขยายแตกต่างจากครึ่งวงจรเชิงลบ - ทำให้เกิดฮาร์โมนิกลำดับคู่ การเลือกคู่ที่ตรงกันภายใน ความทนทานต่อ hFE 5% เป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานในการสร้างคุณภาพและลดการบิดเบือนฮาร์โมนิกที่สองที่วัดได้

4. คุณภาพแหล่งจ่ายไฟและความแข็งของราง

แอมพลิฟายเออร์จะสะอาดพอๆ กับแหล่งจ่ายไฟเท่านั้น แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงของรางภายใต้โหลดไดนามิก เกิดจากความจุของอ่างเก็บน้ำหรือการควบคุมหม้อแปลงไม่เพียงพอ จะปรับสัญญาณเอาท์พุต โดยเพิ่มความบิดเบี้ยวของอินเทอร์โมดูเลชันที่ด้านบนของเนื้อหาฮาร์มอนิก ใช้เพาเวอร์แอมป์สเตอริโอคลาส AB คุณภาพสูง ความจุรวม 10,000–47,000 µF ต่อราง และหม้อแปลง Toroidal ที่มีการควบคุมต่ำเพื่อรักษารางที่มั่นคงผ่านกระแสไฟกระชากสูง ปัจจัยเดียวนี้สามารถส่งผลให้ THD N ที่วัดได้เพิ่มขึ้น 10–15% ที่กำลังเต็มที่

คลาส AB กับโทโพโลยีอื่นๆ: การเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติสำหรับแอปพลิเคชันเสียง

การเลือกคลาสแอมพลิฟายเออร์ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับการใช้งาน ไม่ใช่แค่ค่าความบิดเบี้ยวเท่านั้น การเปรียบเทียบต่อไปนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยให้วิศวกรและผู้ซื้อมีข้อมูลในการตัดสินใจ:

สำหรับแอปพลิเคชันเสียงที่หลากหลายที่สุด — การติดตั้งแบบตายตัว การเพิ่มคุณภาพเสียงสด ระบบเสียงไฮไฟภายในบ้าน และการตรวจสอบอย่างมืออาชีพ — แอมพลิฟายเออร์ลำโพง Class AB ถือเป็นโซลูชันที่มีความเที่ยงตรงสูงที่ใช้งานได้จริงที่สุด โดยให้ระดับความผิดเพี้ยนที่ไม่สามารถแยกแยะด้วยเสียงจากคลาส A ในการทดสอบการฟังแบบควบคุม ในระดับประสิทธิภาพที่ทำให้การจัดการระบายความร้อนในโลกแห่งความเป็นจริงบรรลุผลสำเร็จ

ความบิดเบี้ยวเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในช่วงกำลัง

จุดที่มักถูกมองข้าม: THD ในเครื่องขยายสัญญาณเสียงคลาส AB ไม่คงที่ตลอดช่วงกำลังเอาท์พุต มันเป็นไปตามเส้นโค้งลักษณะเฉพาะที่สำคัญสำหรับนักออกแบบระบบที่จะเข้าใจ

กราฟนี้อธิบายว่าทำไมเพาเวอร์แอมป์สเตอริโอ Class AB ขนาด 100W ที่ใช้ในระดับการฟังตามบ้านทั่วไป (โดยเฉลี่ย 1–5W) จึงทำงานในบริเวณที่มีความผิดเพี้ยนน้อยที่สุด การเพิ่มขนาดแอมพลิฟายเออร์ให้ใหญ่ขึ้นโดยสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมในการฟังจึงเป็นกลยุทธ์ที่รอบคอบในการลดความผิดเพี้ยน ไม่ใช่วิศวกรรมมากเกินไป

เคล็ดลับการตั้งค่าที่ใช้งานได้จริงเพื่อลดความผิดเพี้ยนสูงสุด

แม้แต่แอมพลิฟายเออร์ Hi Fi Class AB ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีก็ยังมีประสิทธิภาพต่ำกว่าหากระบบโดยรอบทำให้เกิดการบิดเบือนที่ต้นน้ำ หรือยูนิตทำงานนอกสภาวะที่เหมาะสมที่สุด ขั้นตอนการปฏิบัติต่อไปนี้ทำให้แน่ใจได้ถึงศักยภาพในการลดความผิดเพี้ยนอย่างสมบูรณ์:

• จับคู่ความต้านทานให้ถูกต้อง: ขับเคลื่อนอินพุตของเครื่องขยายเสียงด้วยอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแหล่งสัญญาณต่ำกว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของเครื่องขยายเสียงอย่างน้อย 10 เท่า อิมพีแดนซ์แหล่งที่มา-อินพุตที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดสีตอบสนองความถี่ที่เพิ่มความผิดเพี้ยนในการรับรู้
• ปล่อยให้อบอุ่นร่างกายอย่างเพียงพอ: อคติคลาส AB ลอยไปตามอุณหภูมิ อนุญาต 15–30 นาที การอบอุ่นร่างกายก่อนการฟังหรือการวัดอย่างมีวิจารณญาณ แอมพลิฟายเออร์ส่วนใหญ่จะรักษาอคติภายในหน้าต่างนี้
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายอากาศเพียงพอ: การหนีความร้อน — โดยที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเพิ่มความลำเอียง การกระจายตัวที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิที่สูงขึ้น — ถือเป็นโหมดความล้มเหลวหลัก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าฮีทซิงค์ไม่ถูกกีดขวางและอุณหภูมิโดยรอบต่ำกว่าขีดจำกัดการทำงานที่กำหนดของเครื่องขยายเสียง
• ใช้สายเคเบิลเชื่อมต่อคุณภาพสูง: กราวด์ลูปแนะนำฮัม 50/60 Hz ที่เพิ่มพื้นเสียงรบกวน ทำให้การวัด THD N แย่ลงและความสะอาดของการได้ยิน การเชื่อมต่อแบบบาลานซ์ (XLR) ระหว่างแหล่งกำเนิดและแอมพลิฟายเออร์ขจัดเสียงรบกวนในโหมดทั่วไปในการติดตั้งแบบมืออาชีพ
• หลีกเลี่ยงการวิ่งใกล้จุดตัด: รักษาระดับเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงให้ต่ำกว่านี้ 70–80% ของกำลังพิกัด สำหรับเนื้อหาโปรแกรมที่ยั่งยืน ค่า THD ที่เพิ่มขึ้นใกล้กับจุดตัดนั้นสูงชันและไม่ได้ยินเสียง

การใช้งานที่แอมพลิฟายเออร์ลำโพง Class AB ให้ประโยชน์สูงสุด

การผสมผสานระหว่างความผิดเพี้ยนต่ำและค่าใช้จ่ายด้านความร้อนที่จัดการได้ทำให้โทโพโลยี Class AB เป็นตัวเลือกที่ต้องการในสภาพแวดล้อมเสียงที่มีความต้องการหลากหลาย:

• ระบบไฮไฟและออดิโอไฟล์ในบ้าน: โดยที่ THD ต่ำกว่า 0.05% และลักษณะโทนสีที่เป็นธรรมชาติเป็นวัตถุประสงค์หลัก แอมพลิฟายเออร์ Hi Fi Class AB จึงเป็นการใช้งานอ้างอิงมาตรฐาน
• การติดตั้งคงที่ (AV เชิงพาณิชย์, บ้านสักการะ, ห้องประชุม): ระดับประสิทธิภาพของคลาส AB ช่วยให้สามารถจัดการต้นทุนการดำเนินงานได้ในสภาพแวดล้อมตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน ในขณะที่ระดับความผิดเพี้ยนเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความชัดเจนของคำพูดและการสร้างเสียงเพลงตามที่ต้องการ
• การเสริมเสียงสด: แอมพลิฟายเออร์สเตจระดับมืออาชีพใช้สเตจเอาต์พุตคลาส AB สำหรับการส่งกำลังสูงที่เชื่อถือได้โดยมี IMD (ความผิดเพี้ยนระหว่างการปรับสัญญาณ) ต่ำภายใต้วัสดุโปรแกรมไดนามิก
• การตรวจสอบสตูดิโอ: ในกรณีที่การตัดสินใจในการมิกซ์และมาสเตอร์ขึ้นอยู่กับการได้ยินการบันทึกที่แม่นยำ ควรใช้การใช้สีที่ต่ำของวงจรคลาส AB มากกว่าสวิตช์สวิตช์ที่มีอยู่ในการออกแบบคลาส D
• โฮมเธียเตอร์สเตอริโอและหลายช่องสัญญาณ: เพาเวอร์แอมป์สเตอริโอ Class AB ที่ขับเคลื่อนลำโพงความไวสูงสร้างพื้นที่เสียงรบกวนที่เงียบซึ่งจำเป็นสำหรับเพลงประกอบภาพยนตร์ไดนามิก

คำถามที่พบบ่อย