中文简体
Главная / Новости / Новости отрасли / Объяснение усилителей класса: как выбрать класс AB, D или H для конструкции динамика
На вашем столе лежат два предложения по одной и той же плате сабвуфера с питанием 2 x 500 Вт. Первый построен на основе сцены класса АБ с радиатором размером примерно с книгу в мягкой обложке. Второй использует сцену класса D на плате размером чуть больше телефона. Оба честны в отношении номинальной мощности. Только один из них подойдет к шкафу, который вы уже оснастили, и только один выдержит термическое испытание в закрытом деревянном корпусе при температуре окружающей среды 40 °C.
Это настоящее решение, лежащее в основе фразы «усилители класса». Класс усилителя описывает, как его выходные устройства проводят ток в течение одного цикла сигнала. Этот единственный выбор определяет, сколько тепла вы должны отвести, какой тип источника питания вы должны купить, какая степень фильтрации и экранирования потребуется плате и сколько алюминия будет помещено в корпус. Он сам по себе не решает, хорошо ли звучит продукт.
Краткая версия: класс AB по-прежнему выигрывает там, где важны линейность и простота питания, класс D выигрывает по эффективности и весу, а класс H существует для того, чтобы высокая выходная мощность не превращала шасси в радиатор. Выбирайте класс после того, как узнаете шкаф, нагрузку и бюджет поставок, а не раньше.
Что на самом деле описывает метка класса
Название класса происходит от одного физического свойства: как долго устройства вывода остаются проводящими в течение одного цикла аудиосигнала. Класс А заставляет их дирижировать все время. Класс B делит цикл между двумя устройствами, каждое из которых обрабатывает половину. В классе AB оба устройства остаются слегка открытыми при пересечении нуля, поэтому передача управления происходит плавно. Класс D полностью отказывается от линейной идеи и переключает устройства вывода на частоту в несколько сотен килогерц, кодируя звук как ширину импульса. Класс H сохраняет линейную звуковую сцену, но заставляет шину питания двигаться вверх и вниз, чтобы следовать огибающей сигнала.
Из этого следует все остальное. Ступень, которая работает все время, тратит большую часть своего запаса в виде тепла. Каскад, который переключается, почти ничего не теряет в устройствах, но перекладывает проблему проектирования на выходной фильтр, привод затвора и бюджет электромагнитных помех. Каскад, который перемещает свои рельсы, снижает напряжение на выходных устройствах, а именно отсюда происходит выделение тепла в линейном усилителе.
О чем не говорит этикетка, так это о качестве сборки. Плохо спроектированный модуль класса D и тщательно спроектированный модуль имеют одно и то же имя и могут различаться на 15 °C по температуре радиатора при одном и том же уровне выходной мощности.
Эффективность, тепло и искажения рядом
В опубликованных ссылках на конструкции указаны широкие диапазоны эффективности, поскольку реальное число зависит от выходного уровня, сопротивления нагрузки и конструкции источника питания. На рисунках ниже показаны диапазоны, которые инженеры обычно используют при сравнении топологий при полной номинальной мощности или близкой к ней.
| Класс | Угол проводимости | Типичная эффективность | Характер искажения | Где это проявляется |
|---|---|---|---|---|
| A | 360° | 20-30% | Очень низкий уровень искажений, очень высокий устойчивый нагрев | Слабосигнальные сцены, аудиофильские и студийные конструкции |
| B | 180° | 70-78% | Выемка кроссовера на низких уровнях | Редко используется отдельно в аудио |
| AB | 180-360° | 50-70% | Низкие искажения при правильной настройке смещения | Аналоговые акустические системы, активные микшеры, бюджетные активные колонки |
| C | Ниже 180° | 75-85% | Высокие искажения с сильными гармониками | Радиочастотные передатчики, а не линейный звук |
| D | Переключение | 80-95% | Низкий, преобладают остатки переключения и качество фильтра. | Активные колонки, сабвуферы, портативные системы |
| H | Железнодорожное отслеживание | 65-85% | Низкий, близкий к хорошо смещенной стадии AB | Мощный линейный массив и усилители для сабвуфера |
Диапазоны эффективности при номинальной мощности или около нее. В реальном использовании ступень класса D простаивает намного ниже своего заводского номера.
Класс AB: за линейность приходится платить теплом
Класс AB существует для устранения перекрытия класса B без полной оплаты стоимости класса A. Небольшой ток смещения удерживает оба выходных устройства в районе пересечения нуля, поэтому переключение между ними остается плавным. Типичный ток покоя в профессиональном аудиомодуле составляет десятки миллиампер на пару устройств, этого достаточно, чтобы не допустить провала за пределы слышимого диапазона, но достаточно мало, чтобы усилитель не перегревался на холостом ходу.
Дело в том, что тепло постоянно. Модуль класса AB мощностью 400 Вт потребляет значительный ток даже при отсутствии сигнала, а размер радиатора должен быть рассчитан на худший случай: розовый шум при мощности в одну восьмую в течение часа в стойке с плохой вентиляцией. Вот почему аналоговые модули обычно имеют большие экструдированные радиаторы, U-образные алюминиевые кронштейны и иногда вентилятор. Покупатели, которые сравнивают только мощность, указанную на этикетке, часто упускают это из виду, а затем обнаруживают, что для тех же 400 Вт в модуле класса D требуется немного металла.
Положительная сторона хорошо понятна: отсутствие коммутационных остатков, отсутствие выходного фильтра, взаимодействующего с нагрузкой, простые источники питания на основе трансформатора и поведение, которое специалисты по эксплуатации уже знают, как обслуживать.
Класс D: эффективность зависит от источника питания, с которым вы его соединяете
Модули класса D переключаются на частоте в несколько сотен килогерц и восстанавливают звук через выходной LC-фильтр. Устройства большую часть времени проводят либо полностью включенными, либо полностью выключенными, поэтому потери проводимости невелики, а показатели эффективности вполне реальны. Заголовок скрывает то, что преимущество сохраняется только вблизи номинальной мощности. На уровнях фонового прослушивания преобладают потери на переключение и управление затвором, а эффективность резко падает, что имеет большее значение для устройств с батарейным питанием, чем для устройств с питанием от сети.
Остальная часть конструкции имеет равный вес. Слишком короткое мертвое время приводит к прострелу; слишком долго, и искажения возрастают при низкой мощности. Выходной фильтр должен оставаться стабильным при фактической нагрузке, а не на фиктивном резисторе на стенде. И запас мощности должен поддерживаться: каскад класса D в сочетании с мягким нерегулируемым рельсом будет провисать при переходных басах и сводить на нет все преимущества. Вот почему резонансные источники питания LLC и входные каскады с коррекцией коэффициента мощности стали стандартными для серьезных модулей.
EON522SUB Модуль усилителя мощности активного сабвуфера Сочетает резонансный источник LLC мощностью 800 Вт с басовым каскадом класса D мощностью 500 Вт, устраняя провисание направляющих и шум переключения в активных сабвуферах. Посмотреть продукт → В качестве примера схемы можно привести такой модуль, как EON522D-2092, который объединяет низкочастотный каскад мощностью 500 Вт и высокочастотный каскад класса D мощностью 200 Вт с резонансным источником питания LLC, который представляет собой комбинацию, которая позволяет контролировать провисание рельса и шум переключения в корпусе 2.1.
Класс H: коммутация рельсов для максимальной мощности
Класс H сохраняет линейный выходной каскад, но дает ему более одной шины питания. Когда огибающая сигнала пересекает порог, усилитель переключается на более высокий уровень; когда он падает назад, рельс снова падает. Таким образом, выходные устройства получают только несколько вольт вместо полной шины, и тепло, которое могло бы уйти в радиатор, просто никогда не генерируется. На практике модуль класса H обеспечивает мощность гораздо более крупной конструкции класса AB при той же глубине шасси.
Эта эффективность не бесплатна. Схема переключения рельсов требует дополнительных деталей и стоимости, переход может привести к появлению артефактов, если пороговые значения компаратора выбраны неправильно, а трансформатору требуется несколько отводов. Это также делает сервисную документацию более важной, поскольку техник, который обращается с модулем как с простой платой AB, ошибочно диагностирует неисправность шины как неисправность устройства вывода.
AMP400H 7294 Модуль усилителя мощности класса H Сочетает в себе низкочастотный/средний каскад класса H мощностью 400 Вт, высокочастотный каскад класса AB мощностью 100 Вт и U-образный алюминиевый радиатор для стабильной выходной мощности. Посмотреть продукт → Модули этой категории, такие как AMP400H-7294 с U-образным алюминиевым радиатором, обычно предназначены для работы с сабвуфером и линейным массивом, где ожидается непрерывная высокая мощность в течение нескольких часов, а не минут.
Что выбор класса меняет в стеке модулей
Стадия власти — это одна доска в цепочке, а классовое решение распространяется по всем остальным ее частям. Для каскада класса D с быстрым лимитером требуется модуль предусилителя, который может подавать на него чистый, хорошо масштабированный сигнал; каскад класса AB с запасом усиления 20 дБ будет вести себя по-разному с одним и тем же источником. Структура усиления, поведение ограничения, пороги защиты и даже выбор ограничения громкости — все это меняется в зависимости от топологии.
Силовой каскад является последним блоком в цепочке: каждый блок над ним должен соответствовать своему коэффициенту усиления, запасу мощности и защитному поведению.
DSP1903 ADAU1701 Модуль DSP для систем 2.1 Модуль DSP на базе ADAU1701 с четырьмя предустановленными режимами эквалайзера, Bluetooth и входом/выходом XLR, подходящий для согласования поведения лимитера в системах линейных массивов 2.1. Посмотреть продукт → На практике именно здесь поставщики модулей зарабатывают на жизнь. Модуль DSP, такой как DSP1903, построенный на ADAU1701 и несущий четыре предустановленных режима эквалайзера для системы линейного массива 2.1, должен быть согласован с поведением лимитера любого каскада мощности, расположенного ниже него. Если оба параметра указаны независимо, система либо отсекает раньше, либо защищает позже. Наш пошаговое описание компромиссов конструкции A, AB, D и H углубляется в то, как устанавливаются эти пороговые значения.
Соответствие класса продукту, который вы создаете
Большинство проектов активных акустических систем можно разделить на несколько моделей, и каждая из них быстро сужает выбор класса:
- Линейные массивы и колонные системы. Решают вес и плотность стойки. Класс D с резонансным питанием используется по умолчанию, а класс H зарезервирован для модулей, которые должны работать с очень высокой выходной мощностью в течение длительного времени.
- Сабвуферы. Высокая непрерывная мощность при низкоомной нагрузке. Класс D с надежным источником питания справляется с этой задачей лучше всего; обычно ограничивающим фактором является источник питания, а не усилитель.
- Портативные колонки с батарейным питанием. Эффективность при частичной нагрузке имеет большее значение, чем пиковое число. Класс D — единственный реалистичный вариант, и потери на холостом ходу заслуживают такого же внимания, как и максимальная мощность.
- Мощные микшеры и недорогие аналоговые устройства. Класс AB с линейным трансформатором обеспечивает простоту спецификации и привычную историю обслуживания за счет увеличения радиатора.
- Мощные туристические сабвуферы. Класс H или конструкция класса D с высокими направляющими, в зависимости от того, предпочитает ли команда разработчиков линейное поведение или минимальный вес.
Что следует уточнить у поставщика модулей перед принятием решения
Мощность в таблице данных — наименее полезное число в разговоре. Вот моменты, которые отличают конструкцию, которая выдерживает использование в полевых условиях, от конструкции, которая возвращается обратно:
- Эффективность и температура корпуса при мощности в одну восьмую, а не только при полной номинальной мощности, измерены в неподвижном воздухе при предполагаемой температуре окружающей среды.
- Искажения на 1 Вт и на 10 Вт, где собственно и живут артефакты кроссовера и переключения.
- Поведение защиты: что происходит при коротком замыкании выхода, несогласованной нагрузке или провале питания, а также восстанавливается ли модуль самостоятельно.
- Требования к поставке, включая необходимость коррекции коэффициента мощности для рынков, на которые вы осуществляете поставку.
- ЭМП и шум холостого хода, особенно для модулей класса D, питающих высокоэффективные драйверы сжатия.
- Согласованность между прототипом и массовым производством — вопрос не только инженерный, но и производственный.
Для покупателей, которым нужна нестандартная конфигурация, разумной последовательностью будет сначала определить класс и топологию питания, а затем провести модуль через индивидуальная разработка для структуры усиления, разъемов и предустановленного поведения. Смена класса после зависания шкафа и блока питания обходится дорого.
Часто задаваемые вопросы об усилителях класса
Какой класс усилителей является наиболее эффективным?
Класс Д is the most efficient audio class in normal use, typically 80-95% at rated output. Class C is efficient too but distorts heavily and is used for RF, not audio.
В чем разница между усилителями класса AB и класса D?
Класс АB keeps its output devices partially conducting and behaves linearly, at the cost of continuous heat. Class D switches devices on and off at high frequency, which is far more efficient but moves the design challenge to filtering and EMI.
Достаточно ли класса D для профессионального звука?
Да. Современные модули класса D с хорошо продуманными выходными фильтрами и жесткими резонансными источниками являются стандартными для активных линейных массивов и сабвуферов. Ограничивающим фактором обычно являются параметры питания и ограничителя, а не топология.
Для чего нужен усилитель класса H?
Класс Н is used where high output power must fit a compact chassis, such as touring subwoofers and high-power line array modules. Rail switching keeps the voltage across the output devices low, so less heat reaches the heatsink.
Влияют ли классы усилителей на качество звука?
Меньше, чем планировка, дизайн снабжения и структура усиления. Хорошо спроектированный модуль класса D и хорошо спроектированный модуль класса AB могут звучать чисто; плохо смещенная ступень AB или плохо отфильтрованная ступень D не будут.
Почему усилители класса А так сильно нагреваются?
Потому что устройства вывода проводят ток в течение всего цикла сигнала, даже при отсутствии музыки. Этот постоянный ток обеспечивает постоянный нагрев, поэтому для класса A требуются большие радиаторы и хорошая вентиляция для умеренной выходной мощности.
