Chất lượng âm thanh của bộ khuếch đại loại D: Người mua OEM nên xác minh điều gì trước khi sản xuất hàng loạt

Mô-đun bộ khuếch đại 500 W Lớp D và mô-đun Lớp AB có công suất tương tự được thả vào cùng một loa công suất 12 inch hoạt động rất khác nhau trước khi bất kỳ ai bắt đầu nói về âm thanh. Bảng Loại D chạy ấm sau hai giờ sử dụng tài liệu chương trình; bảng mạch Lớp AB khi chạm vào rất nóng và bộ pin phía sau nó cạn kiệt nhanh hơn đáng kể. Câu hỏi về chất lượng âm thanh Loại D thường xuất hiện sau khi mô-đun được đo đúng cách — và đến thời điểm đó, hầu hết các khiếu nại cũ đã được thu gọn vào danh sách ngắn hơn nhiều.

Danh sách ngắn hơn đó là chủ đề của bài viết này. Nó được viết dành cho các kỹ sư và nhóm mua hàng đang lựa chọn mô-đun bộ khuếch đại cho loa công suất, dàn loa, loa siêu trầm và hệ thống di động — những người cần tách biệt các phần của "Âm thanh Loại D" là sự đánh đổi thiết kế thực sự khỏi các phần được kế thừa đơn giản từ đầu những năm 2000.

Câu trả lời ngắn gọn về chất lượng âm thanh loại D

Mô-đun Loại D được thiết kế tốt đủ trong suốt để bên trong một loa được cấp nguồn hiện đại, rất khó để phân biệt với mô-đun Loại AB tốt có cùng công suất. Nó cũng tốt hơn đáng kể ở những yếu tố mà bộ khuếch đại được đánh giá khi triển khai thực tế: độ ổn định nhiệt, tính nhất quán đầu ra khi tải và hiệu suất lâu dài ở mức âm lượng lớn.

Những khác biệt còn lại không phải do chữ D gây ra. Chúng đến từ bốn quyết định thiết kế:

• Tần số chuyển đổi và bộ lọc đầu ra được xây dựng xung quanh nó.
• Cấu trúc liên kết nguồn điện, cụ thể là mô-đun có sử dụng hiệu chỉnh hệ số công suất và giai đoạn cộng hưởng LLC hay không.
• Chuỗi tín hiệu phía trước bộ khuếch đại, bao gồm DSP, EQ và giới hạn.
• Thiết kế nhiệt và bố trí bảng mạch.

Hậu quả thực tế là việc so sánh "Loại D với Loại AB" ở cấp danh mục hầu như không cho bạn biết điều gì. So sánh nguồn điện, bộ lọc và DSP, câu hỏi về chất lượng âm thanh phần lớn sẽ tự trả lời.

Tại sao Lớp D lại bị mang tiếng xấu về âm thanh

Những lời chỉ trích đã được chứng minh một lần và cần biết chính xác lý do tại sao, bởi vì các chế độ lỗi tương tự vẫn xuất hiện trong các mô-đun rẻ tiền ngày nay.

• Tắt bộ lọc đầu ra. Các mô-đun ban đầu chuyển đổi ở tần số khoảng 50–150 kHz, điều này buộc bộ lọc đầu ra bắt đầu cắt xuống dưới 20 kHz. Kết quả là phần đầu bị cuộn lại mà người nghe mô tả là buồn tẻ hoặc khép kín.
• Biến dạng thời gian chết. Khoảng trống ngăn chặn hiện tượng bắn xuyên qua ở giai đoạn đầu ra gây ra lỗi phi tuyến tính. Nếu không được bù đắp, lỗi đó sẽ rơi vào âm bổng, chính xác là nơi tai nhạy cảm nhất với nó.
• Khả năng từ chối nguồn cung kém trong các thiết kế vòng hở. Khi không có vòng phản hồi, hiện tượng gợn sóng trên đường ray cung cấp xuất hiện trực tiếp ở đầu ra và độ võng của đường ray khi chịu tải chuyển thành nén âm thanh.
• EMI do bố trí chuyển đổi bất cẩn. Tiếng ồn kết hợp với tầng tiền khuếch đại và hệ thống cáp đầu vào, tạo ra tiếng rít và tiếng ồn không liên quan gì đến đường dẫn âm thanh.

Mỗi vấn đề trong số này đều có câu trả lời kỹ thuật đã biết: tần số chuyển mạch cao hơn, bù thời gian chết, điều chế vòng kín và bố cục EMI có kỷ luật. Điều quan trọng đối với người mua không phải là liệu Loại D có nghe hay hay không - rõ ràng là có thể - mà là liệu mô-đun cụ thể trước mặt bạn có áp dụng những câu trả lời đó hay không.

Bốn điều thực sự quyết định chất lượng âm thanh loại D

Chuyển đổi tần số và bộ lọc đầu ra

Tần số chuyển đổi đặt ra mức độ hoạt động của bộ lọc đầu ra. Các mô-đun Loại D chuyên nghiệp thường chuyển đổi ở đâu đó trong khoảng từ 300 kHz đến 1 MHz. Tần số chuyển đổi càng cao thì góc bộ lọc có thể nằm càng cao, giúp giữ cho hoạt động pha và biên độ luôn ở mức tối đa và hơn 20 kHz. Chi phí là tổn thất chuyển mạch lớn hơn và thiết kế EMI đòi hỏi khắt khe hơn.

Đối với một dự án OEM, việc kiểm tra thực tế rất đơn giản:

• Mô-đun chỉ định tần số chuyển đổi nào?
• Góc của bộ lọc đầu ra nằm ở đâu so với 20 kHz?
• Nhà cung cấp có thể cung cấp đường cong phản hồi đo được ở tần số 20 Hz–20 kHz thay vì tuyên bố "±3 dB" được in ra không?

Cấu trúc liên kết cung cấp điện: PFC, LLC và lý do chúng xuất hiện trong bảng dữ liệu

Tầng đầu ra Loại D lấy dòng điện trong các xung chuyển mạch, do đó bộ khuếch đại bị giới hạn bởi chất lượng của đường ray cấp nguồn cho nó. Hai tính năng cung cấp đáng được biết đến bằng tên.

Hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) giữ cho mô-đun ổn định trong dải điện áp nguồn rộng, điều này quan trọng đối với các sản phẩm xuất khẩu sang các thị trường nơi lưới điện không được quản lý chặt chẽ.

cộng hưởng LLC là một cấu trúc liên kết chuyển mạch mềm. Nó làm giảm tổn hao chuyển mạch và EMI, tạo ra gợn sóng đầu ra sạch hơn và duy trì hiệu suất tốt khi chịu tải nặng. Trong thực tế, cùng một tầng lớp D được cung cấp bởi nguồn cung cấp flyback cơ bản và nguồn cộng hưởng LLC sẽ không hoạt động giống như cùng một bộ khuếch đại — sự khác biệt thể hiện đầu tiên ở khả năng điều khiển âm trầm và cách hệ thống duy trì trong các đoạn lớn.

EON520: LP400W HP100W PFC LLC Mô-đun bộ khuếch đại công suất loại D cộng hưởng điện áp rộng ● Bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao với PFC LLC Cộng hưởng: 800W ● Đầu vào điện áp rộng tự thích ứng: 100V-240V ● Bộ khuếch đại công suất tần số trung và thấp: CLASS D 40... Xem sản phẩm →

Các mô-đun kết hợp cả hai phương pháp — chẳng hạn như thiết kế cộng hưởng PFC plus LLC được xếp hạng LP 400 W / HP 100 W với đầu vào điện áp rộng — tồn tại đặc biệt để giữ chất lượng đầu ra ổn định khi nguồn điện chính di chuyển.

DSP và Chuỗi tín hiệu ở phía trước Bộ khuếch đại

Vào thời điểm loa công suất đến được người nghe, âm thanh là sản phẩm của DSP và bộ khuếch đại cùng nhau chứ không phải riêng bộ khuếch đại. Đó là lý do tại sao các mô-đun DSP được xây dựng trên chip ADAU1701 rất phổ biến trong các loa hoạt động: phân tần, EQ, giới hạn và chuyển đổi cài sẵn, tất cả đều trực tiếp trong một thiết bị.

Ba hành vi DSP chuyển trực tiếp thành chất lượng âm thanh Loại D được cảm nhận:

• Hạn chế. Bộ giới hạn được đặt đúng cách giúp bộ khuếch đại không bị cắt cứng, giúp giảm hiện tượng méo tiếng âm trầm ở âm lượng lớn so với mô-đun dựa vào lớp bảo vệ riêng của bộ khuếch đại.
• Logic bảo vệ. Loa và lớp bảo vệ nhiệt giúp giảm đầu ra thay vì cắt đột ngột để tránh tình trạng mất âm thanh khiến sản phẩm có cảm giác không đáng tin cậy.
• Các cài đặt trước phù hợp với tủ. Các chế độ EQ cài sẵn chỉ hữu ích khi chúng được điều chỉnh cho trình điều khiển và thùng loa cụ thể chứ không phải sao chép từ thiết kế tham chiếu.

DSP1903: 4 Chế độ EQ cài sẵn tùy chỉnh Loa mảng tuyến tính 2.1CH ADAU1701 Chức năng DSP dựa trên ADAU1701 ● Được thiết kế dựa trên hệ thống âm thanh ADAU1701. Sử dụng phần mềm Sigma studio DSP để cấu hình các thông số xử lý tín hiệu. ● Có thể lựa chọn bốn chế độ cài sẵn tùy chỉnh... Xem sản phẩm →

Giao diện người dùng DSP đa kênh cung cấp một số chế độ EQ cài sẵn tùy chỉnh là một ví dụ điển hình: tầng khuếch đại vẫn giống hệt nhau, nhưng hành vi âm sắc của loa hoàn thiện thay đổi hoàn toàn.

Thiết kế tản nhiệt và bố trí bo mạch

Loại D tạo ra nhiệt ít hơn nhiều so với Loại AB nhưng vẫn tạo ra nhiệt. Một mô-đun chuyển sang trạng thái khôi phục nhiệt sau 20 phút sẽ có âm thanh nhẹ và nén cho dù số đo băng ghế của nó trông tốt đến đâu.

Những gì cần xác minh:

• Khu vực tản nhiệt và đường dẫn khí phù hợp với vỏ thật.
• Ngưỡng bảo vệ được đặt với mức dự trữ đủ lớn để tài liệu chương trình thông thường không bao giờ kích hoạt chúng.
• Dữ liệu ghi vào từ quá trình thử nghiệm đầy tải trong thời gian dài, không chỉ là chạy thử nghiệm trong thời gian ngắn.

Đây cũng là phần đánh giá không thể thực hiện được từ biểu dữ liệu. Một nhà cung cấp vận hành các dây chuyền SMT, dây chuyền lắp ráp và phòng kiểm tra âm thanh của riêng mình có thể tạo ra các kết quả kiểm tra tải trở kháng và nhật ký thử nghiệm; một công ty thương mại thường không thể làm được. Thiết lập sản xuất đằng sau mô-đun đáng để tham quan hiện trường trước khi bắt tay vào sản xuất.

Lớp D, Lớp AB và Lớp H cạnh nhau

Sự lựa chọn hiếm khi nằm ở việc lớp nào nghe hay nhất khi bị cô lập. Vấn đề là cái nào phù hợp với đường bao nhiệt, ngân sách pin, mục tiêu trọng lượng và mức giá của sản phẩm.

Khoảng cách về hiệu quả không phải là một con số tiếp thị — đó là lý do khiến loa chạy bằng pin có thể chạy suốt cả buổi tối và lý do khiến tủ loa line array có thể mang nhiều kênh hơn trong một hộp nhỏ hơn. Nếu bạn muốn có hướng dẫn sâu hơn về cách những sự đánh đổi này diễn ra trong các sản phẩm thực tế, thì sự so sánh này về Hiệu suất và chất lượng âm thanh loại D và loại AB bao gồm cùng một nền tảng từ góc độ thiết kế.

Thông số kỹ thuật đáng ghi vào thỏa thuận mua hàng

Các trang danh mục mô-đun có xu hướng liệt kê công suất, trở kháng và một số tính năng. Nếu chất lượng âm thanh là một yêu cầu theo hợp đồng, thay vào đó hãy yêu cầu những điều sau:

1. THD N ở công suất định mức và ở mức 1 W. Con số 1 W là con số thể hiện mức nhiễu nền nhàn rỗi và hành vi phân tần.
2. Đáp ứng tần số được đo tại các cực của loa , không phải ở đầu vào dòng, vì bộ lọc đầu ra và tải tương tác.
3. Trở kháng đầu ra hoặc hệ số giảm chấn trên 20 Hz–20 kHz. Đây chính là điểm khác biệt giữa một mô-đun có âm trầm chặt chẽ và một mô-đun có âm trầm lỏng lẻo.
4. Cấu trúc liên kết cung cấp điện và tần số chuyển mạch. Có hoặc không có PFC, LLC cộng hưởng hoặc chuyển mạch cứng.
5. Ngưỡng bảo vệ và hành vi phục hồi. Yêu cầu các điểm kích hoạt thực tế chứ không chỉ đơn giản là xác nhận rằng sự bảo vệ tồn tại.
6. Dữ liệu thử nghiệm nhiệt ở mức đầy tải trong ít nhất một giờ.

Các nhà cung cấp thiết kế và xây dựng mô-đun của riêng họ thường có thể trả lời những câu hỏi này bằng dữ liệu thử nghiệm. Các nhà cung cấp bán lại thì không thể, và sự khác biệt đó sẽ xuất hiện trên thực địa rất lâu sau khi mẫu được phê duyệt.

Trường hợp mô-đun lớp D có ý nghĩa nhất

Lớp D không còn là sự thỏa hiệp trong mọi ứng dụng mà hiệu suất và kích thước quan trọng hơn khoảng trống nhiệt tuyệt đối và danh sách đó không ngừng tăng lên.

• Loa di động và chạy bằng pin. Hiệu quả là toàn bộ hạn chế của thiết kế. Mô-đun Loại AB sẽ cần bộ pin lớn hơn đáng kể trong cùng thời gian phát.
• Hệ thống mảng dòng hoạt động. Mô-đun đa kênh với nguồn cung cấp cộng hưởng LLC phù hợp với cấu hình kênh 2.1 và 2.2 mà các hệ thống này sử dụng, đồng thời nhiệt lượng tỏa ra thấp cho phép các nhà thiết kế đóng gói nhiều kênh hơn vào một tủ nhỏ hơn.
• Loa siêu trầm được hỗ trợ. Các giai đoạn đầu ra BTL Loại D cung cấp công suất cao cho các tải có trở kháng thấp mà không cần khối lượng tản nhiệt mà thiết kế tuyến tính yêu cầu. Mô-đun loa siêu trầm chuyên dụng được xếp hạng LP 1500 W ở trở kháng 8 ohm minh họa điều đó trông như thế nào trong phần cứng sản xuất.
• Loa cột và âm thanh được lắp đặt. Nhiệt độ thấp có nghĩa là bộ khuếch đại có thể được đặt kín bên trong vỏ mà không cần thông gió bổ sung.

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Âm thanh chuyên nghiệp Mô-đun khuếch đại công suất loa siêu trầm BTL ●LLC Bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao và độ tin cậy cao cộng hưởng: 1800W ●Bộ khuếch đại công suất BTL: LỚP D 1500W-8 Ohm ●Bộ tản nhiệt bằng nhôm hình chữ U, Công suất ổn định ... Xem sản phẩm →

Danh sách kiểm tra đánh giá thực tế cho một dự án sản xuất

Trước khi đóng băng mô-đun Loại D vào danh sách nguyên vật liệu sản xuất, hãy chạy nó theo cùng một trình tự mỗi lần:

1. Xác nhận công suất định mức ở trở kháng tải thực tế của loa chứ không phải trở kháng được sử dụng trong thông số kỹ thuật tiêu đề.
2. Đo đáp ứng tần số tại các đầu nối loa với tải thực được kết nối.
3. Chạy thử nghiệm toàn bộ công suất trong một giờ và ghi lại nhiệt độ tản nhiệt cùng với mọi hoạt động bảo vệ.
4. Phát tài liệu chương trình có nội dung tần số thấp nặng ở mức cao và nghe cụ thể để nén và bơm giới hạn.
5. Kiểm tra tiếng ồn khi không hoạt động khi đầu vào bị chập; đây là nơi các mô-đun rẻ tiền được bộc lộ.
6. Xác minh hoạt động ở đầu thấp của dải điện áp nguồn nếu sản phẩm được vận chuyển đến các thị trường có nguồn cung cấp không ổn định.
7. Xác nhận rằng các chế độ EQ cài sẵn và ngưỡng bảo vệ có thể được tùy chỉnh cho tủ của bạn. Tùy chỉnh là một phần bình thường của hoạt động kinh doanh mô-đun , không phải là ngoại lệ và nhà cung cấp không điều chỉnh cài đặt trước sẽ khó có thể hỗ trợ sản phẩm sau khi ra mắt.

Câu hỏi thường gặp