מגבר שמע הוא מונח כללי המשמש לתיאור מעגל שמייצר ומגביר גרסה של אות הקלט שלו. עם זאת, לא כל טכנולוגיות הממיר זהות מכיוון שהן מסווגות לפי התצורות ודרכי הפעולה שלהן.
באלקטרוניקה, מגברים קטנים משמשים בדרך כלל מכיוון שהם מסוגלים להגביר אות כניסה קטן יחסית, כגון מחישן כגון נגן מוזיקה, לאות פלט גדול בהרבה כדי להניע ממסר, מנורה או רמקול וכו'
ישנן צורות רבות של מעגלים אלקטרוניים המסווגים כמגברים, החל מממירי אותות תפעוליים ומתמרי אותות קטנים ועד ממירי דופק והספק גדולים. הסיווג של התקן תלוי בגודל האות, גדול או קטן, התצורה הפיזית שלו, ואופן עיבוד זרם הקלט, כלומר הקשר בין רמת הקלט לזרם הזורם בעומס.
Device Anatomy
ניתן לראות במגברי תדר אודיו קופסה פשוטהאו בלוק המכיל התקן, כגון חיישן דו-קוטבי, FET, או חיישן תפעולי, שיש לו שני מסופי כניסה ושני יציאות (הארקה נפוצה). יתרה מכך, אות הפלט גדול בהרבה בגלל ההמרה שלו במכשיר.
למגבר אות אידיאלי יהיו שלושה מאפיינים עיקריים:
- עכבת קלט, או (R IN).
- התנגדות פלט, או (R OUT).
- Gain, or (A).
לא משנה כמה מורכב מעגל המגבר, ניתן להשתמש במודל בלוק כללי כדי להדגים את הקשר בין שלושת המאפיינים הללו.
מושגים כלליים
מגברי שמע באיכות גבוהה עשויים להשתנות בביצועים. לכל סוג המרה דיגיטלית או אנלוגית. קודים מוגדרים להפריד ביניהם.
ההבדל המוגדל בין אותות קלט ומוצא נקרא המרה. רווח הוא מדד לכמה מגבר "הופך" אות כניסה. לדוגמה, אם יש רמת כניסה של 1 וולט ורמת פלט של 50 וולט, אז ההמרה תהיה 50. במילים אחרות, אות הכניסה פותח 50 פעמים. מגבר תדר שמע עושה בדיוק את זה.
חישוב ההמרה הוא פשוט היחס בין הפלט חלקי הקלט. למערכת זו אין יחידות כיחס שלה, אבל באלקטרוניקה משתמשים בדרך כלל בסמל A לרווח. לאחר מכן, ההמרה מחושבת בפשטות כ"פלט חלקי קלט".
ממירי כוח
מגדיל קטןמגבר אות מכונה בדרך כלל מגבר "מתח" מכיוון שהוא נוטה להמיר קלט קטן למתח מוצא גדול בהרבה. לפעמים נדרש מעגל התקן להנעת כוח מנוע או רמקול, ועבור סוגים אלה של יישומים, שבהם מעורבים זרמי מיתוג גבוהים, יש צורך בממירי הספק.
כפי שהשם מרמז, המשימה העיקרית של מגבר הספק (המכונה גם מגבר אות גדול) היא לספק מתח לעומס. זהו תוצר של מתח וזרם המופעלים על עומס עם הספק מוצא גדול מרמת אות הכניסה. במילים אחרות, הממיר מגביר את הספק של הרמקול, ולכן סוג זה של מעגל בלוק משמש בשלבים החיצוניים של ממירי אודיו כדי להניע את הרמקולים.
עקרון הפעולה
מגבר האודיו פועל על פי העיקרון של המרת הספק ה-DC הנלקח מאספקת החשמל לאות מתח AC המסופק לעומס. למרות שההמרה גבוהה, היעילות מאספקת החשמל DC לאות המוצא של מתח AC היא בדרך כלל נמוכה.
בלוק אידיאלי נותן למכשיר יעילות של 100% או שלפחות ה-power IN יהיה שווה ל-power OUT.
חלוקת המעמדות
אם משתמשים אי פעם הסתכלו על המפרט של מגברי כוח אודיו, ייתכן שהם שמו לב לשיעורי ציוד, בדרך כלל מסומנים באות אושתיים. סוגי הבלוק הנפוצים ביותר המשמשים כיום באודיו ביתי לצרכן הם ערכי A, A/B, D, G ו-H.
מחלקות אלו אינן מערכות סיווג פשוטות, אלא תיאורים של טופולוגיית מגבר, כלומר כיצד הם פועלים ברמת הליבה. בעוד שלכל סוג של מגבר יש קבוצה משלו של חוזקות וחולשות, הביצועים שלהם (ואיך מודדים את המאפיינים הסופיים) נשארים זהים.
זה להמיר את צורת הגל שנשלחת על ידי היחידה המוקדמת מבלי להכניס הפרעות או לפחות עיוות קטן ככל האפשר.
Class A
בהשוואה למחלקות אחרות של מגברי כוח שמע שיתוארו להלן, דגמי Class A הם מכשירים פשוטים יחסית. העיקרון המגדיר של הפעולה הוא שכל בלוקי הפלט של המתמר חייבים לעבור מחזור אות שלם של 360 מעלות.
Class A ניתן גם לחלק למגברים עם קצה בודד ו-push-pull. דחיפה/משיכה שונה מההסבר העיקרי לעיל על ידי שימוש בהתקני פלט בזוגות. בעוד ששני המכשירים פועלים מחזור שלם של 360 מעלות, מכשיר אחד ישא את רוב העומס במהלך החלק החיובי של המחזור, בעוד שהשני ישא יותר מהמחזור השלילי.
היתרון העיקרי של מעגל זה הוא עיוות מופחת בהשוואה לעיצובים עם קצה בודד, מכיוון שאפילו תנודות הסדר מתבטלות. בנוסף, עיצובי דחיפה מסוג A הם פחות רגישים לרעש.
בגלל התכונות החיוביות הקשורות לביצועים מסוג Class A, הוא נחשב לסטנדרט הזהב לאיכות צליל ביישומים אקוסטיים רבים. עם זאת, לעיצובים הללו יש חיסרון חשוב אחד - יעילות.
דרישה שלמגברי שמע טרנזיסטור מסוג Class A יהיו כל התקני הפלט מופעלים בכל עת. פעולה זו מובילה לאובדן משמעותי של אנרגיה, אשר בסופו של דבר מומרת לחום. הדבר מחמיר עוד יותר על ידי העובדה שתכנוני Class A דורשים רמות גבוהות יחסית של זרם שקט, שהוא כמות הזרם הזורמת דרך התקני המוצא כאשר המגבר מייצר פלט אפס. שיעורי היעילות האמיתיים בעולם יכולים להיות בסדר גודל של 15-35%, עם ספרות בודדות אפשריות באמצעות חומר מקור דינמי במיוחד.
Class B
בעוד שלכל מנגנוני הפלט במגבר שמע מסוג A לוקח 100% מהזמן לפעול, יחידות Class B משתמשות במעגלי דחיפה כך שרק מחצית מהתקני הפלט מוליכים בכל עת.
חצי אחד מכסה את החלק של +180 מעלות של צורת הגל בעוד החצי השני מכסה את החלק של -180 מעלות. כתוצאה מכך, מגברי Class B יעילים יותר באופן משמעותי ממקבילותיהם Class A, עם מקסימום תיאורטי של 78.5%. בהתחשב ביעילות הגבוהה יחסית, נעשה שימוש ב-Class B בחלק מתמרי PA מקצועיים וכן בחלק ממגברי צינורות ביתיים. למרותםחוזק ברור, הסיכוי לרכוש בלוק מסוג B לבית הוא כמעט אפסי. בדיקה של מגבר השמע הראתה את הסיבה לכך, המכונה עיוות מוצלב.
הבעיה עם חביון במסירה בין מכשירים המעבדים את החלקים החיוביים והשליליים של צורת הגל נחשבת משמעותית. מובן מאליו שהעיוות הזה נשמע בכמויות מספיקות, ולמרות שחלק מהעיצובים של Class B היו טובים יותר מאחרים בהקשר זה, ה-Class B זכה להכרה מועטה מחובבי צליל נקי.
Class A/B
ניתן למצוא את מגבר האודיו הצינור במקומות קונצרטים רבים. יש לו ביצועים גבוהים ואינו מתחמם יתר על המידה. בנוסף, הדגמים זולים בהרבה מבלוקים דיגיטליים רבים. אבל יש גם סטיות. ייתכן שמודול כזה לא יעבוד עם כל פורמטי האודיו. לכן, עדיף להשתמש בציוד כחלק ממכלול עיבוד אותות כללי.
Class A/B משלבת את הטוב ביותר מכל סוג מכשיר כדי ליצור יחידה ללא החסרונות של אף אחד מהם. עם שילוב זה של יתרונות, מגברים מסוג A/B שולטים במידה רבה בשוק הצרכנים.
הפתרון הוא למעשה די פשוט בקונספט. כאשר Class B משתמש בהתקן push-pull כאשר כל חצי של שלב הפלט מוליך 180 מעלות, מנגנוני Class A/B מגדילים אותו ל-~181-200 מעלות. לפיכך, ישהרבה פחות סיכוי שיהיה "קרע" בלופ, ולכן העיוות המוצלב יורד לנקודה שבה זה לא משנה.
מגברי כוח שמע של Valve יכולים לספוג את ההפרעה הזו הרבה יותר מהר. הודות לתכונה זו, הצליל יוצא מהמכשיר הרבה יותר נקי. מודלים של מאפיינים אלה משמשים לעתים קרובות כדי לשנות את הצליל של גיטרות אקוסטיות וחשמליות.
די לומר ש-Class A/B מקיים את ההבטחה שלו, ועולה בקלות על מבנים טהורים של Class A ב-50-70% של ביצועים בעולם האמיתי. הרמות בפועל, כמובן, תלויות במידת היסט של המגבר, כמו גם בחומר התוכנית ובגורמים אחרים. ראוי גם לציין שחלק מתכנוני Class A/B הולכים צעד אחד קדימה במסע שלהם לחסל עיוות מוצלב על ידי הפעלה במצב Class A טהור עד כמה וואטים של הספק. זה נותן יעילות מסוימת ברמות נמוכות, אבל מבטיח שהמגבר לא יהפוך לכבשן כאשר מופעלת כמות גדולה של כוח.
מחלקות G ו-H
עוד זוג עיצובים שנועד לשפר את היעילות. מנקודת מבט טכנית, מגברים מסוג G או Class H אינם מוכרים רשמית. במקום זאת, הם וריאציות על נושא Class A/B באמצעות מיתוג מתח אפיק ואפנון אפיק, בהתאמה. בכל מקרה, בתנאי ביקוש נמוך, המערכת משתמשת במתח אוטובוס נמוך יותר מאשר מגבר מסוג A/B דומה, מה שבאופן משמעותימפחית את צריכת החשמל. כאשר מתרחשים תנאי הספק גבוה, המערכת מגדילה באופן דינמי את מתח האוטובוס (כלומר עוברת לאפיק המתח הגבוה) כדי להתמודד עם אבני אמפליטודה גבוהה.
יש גם פגמים. העיקרי שבהם הוא העלות הגבוהה. מעגלי מיתוג הרשת המקוריים השתמשו בטרנזיסטורים דו-קוטביים כדי לשלוט בזרמי הפלט, והוסיפו מורכבות ועלות. מגברי תדר שמע באיכות גבוהה מסוג זה נפוצים, אם כי המחיר מתחיל ב-50 אלף רובל. הבלוק נחשב לטכניקה מקצועית לעבודה על במה או הקלטה באולפן. יש בעיות עם טרנזיסטורים. תחת עומס ממושך, חלקם עלולים להיכשל.
היום, המחיר מופחת לעתים קרובות במידה מסוימת על ידי שימוש ב-MOSFET עם זרם גבוה לבחירה או שינוי של מדריכים. השימוש ב-MOSFET לא רק משפר את היעילות ומפחית את החום, אלא גם דורש פחות חלקים (בדרך כלל מכשיר אחד לכל חוט). בנוסף לעלות מיתוג האוטובוס, המודולציה עצמה, ראוי גם לציין שחלק ממגברי Class G משתמשים ביותר התקני פלט מאשר עיצוב טיפוסי של Class A/B.
זוג התקנים אחד יפעל במצב A/B טיפוסי, המופעל על ידי פסי המתח הנמוך. בינתיים, השני נמצא בהמתנה כדי לשמש כמגבר מתח, המופעל רק בהתאם למצב. לעמוד בעומסים גבוהים רק בדרגות G ו-H,הקשורים למגברים חזקים, שבהם היעילות המוגברת משתלמת. עיצובים קומפקטיים עשויים להשתמש גם בטופולוגיות מסוג G/H בניגוד ל-A/B בהתחשב בכך שהיכולת לעבור למצב צריכת חשמל נמוכה פירושה שהם יכולים לברוח עם גוף קירור מעט קטן יותר.
Class D
מכשיר מסוג זה מאפשר לך ליצור מערכות מודולריות משלך. בעזרת הציוד מתבצע עיבוד איכותי של כל הזרם היוצא. עיצוב מגברי כוח בתדר שמע מאפשר לך ליצור מערכת מולטימדיה משלך לעבודה או לבידור. עם זאת, יש כאן כמה ניואנסים. מכונים לעתים קרובות בטעות כהגברה דיגיטלית, ממירי Class D הם ערובה ליעילות היחידה ומשיגים רווחים העולה על 90% בבדיקה בפועל.
קודם כל כדאי לשקול מדוע זה סוג D אם "הגברה דיגיטלית" אינה נכונה. זו הייתה רק האות הבאה באלפבית, עם מחלקת C בשימוש במערכות שמע. חשוב מכך, כיצד ניתן להגיע ליעילות של 90%+. בעוד שלכל מחלקות המגברים שהוזכרו קודם יש התקן פלט אחד או יותר הפעילים כל הזמן גם כשהממיר נמצא למעשה במצב המתנה, יחידות Class D מכבות ומדליקות אותם במהירות. זה די נוח ומאפשר להשתמש במודול רק ברגעים הנכונים.
לדוגמה, החישוב של מגברי שמע Class T, שהםהיישום Class D של Tripath, בניגוד למכשיר הבסיסי, משתמש בתדרי מיתוג בסדר גודל של 50 מגה-הרץ. התקני פלט נשלטים בדרך כלל על ידי אפנון רוחב דופק. זה כאשר גלים מרובעים ברוחב שונה נוצרים על ידי אפנן המציג אות אנלוגי להשמעה. עם שליטה קפדנית על התקני פלט בדרך זו, יעילות של 100% אפשרית תיאורטית (אם כי ברור שלא ניתן להשיג בעולם האמיתי).
כדי לחפור לתוך העולם של מגברי שמע מסוג D, אתה יכול למצוא גם אזכור של מודולים מבוקרים אנלוגיים ודיגיטליים. לבלוקים אלה יש אות כניסה אנלוגי ומערכת בקרה אנלוגית, בדרך כלל עם מידה מסוימת של תיקון שגיאות משוב. מצד שני, מגברי המרה דיגיטלית מסוג D משתמשים בשליטה דיגיטלית, המחליפה את שלב ההספק ללא בקרת שגיאות. גם החלטה זו מוצאת אישור, על פי ביקורות של קונים רבים. עם זאת, פלח המחירים גבוה בהרבה כאן.
מחקר מגבר אודיו הראה של Class D מונע אנלוגי יש יתרון ביצועים על פני אנלוגי דיגיטלי, מכיוון שהוא מציע בדרך כלל עכבת יציאה נמוכה יותר (התנגדות) ופרופיל עיוות משופר. זה מעלה את הערכים ההתחלתיים של המערכת בעומס המרבי שלה.
הפרמטרים של מגברי תדר האודיו גבוהים בהרבה מאלה של הדגמים הבסיסיים. יש להבין כי חישובים כאלה נדרשים רק ליצירת מוזיקה באולפן. עבור קונים רגילים, אלהניתן לדלג על מאפיינים.
בדרך כלל מעגל L (משרן וקבל) המוצב בין המגבר והרמקולים כדי להפחית את הרעש הקשור לפעולת Class D. לפילטר יש חשיבות רבה. עיצוב לקוי עלול לפגוע ביעילות, באמינות ובאיכות הצליל. בנוסף, למשוב לאחר מסנן הפלט יש את היתרונות שלו. למרות שתכנונים שאינם משתמשים במשוב בשלב זה יכולים לכוון את התגובה שלהם לעכבה ספציפית, כאשר למגברים כאלה יש עומס מורכב (כלומר רמקול ולא נגד), תגובת התדר יכולה להשתנות באופן משמעותי בהתאם לעומס על הרמקול. משוב מייצב בעיה זו על ידי מתן תגובה חלקה לעומסים מורכבים.
בסופו של דבר, למורכבות של מגברי שמע Class D יש את היתרונות שלה. יעילות וכתוצאה מכך פחות משקל. מכיוון שמבזבזים מעט אנרגיה יחסית על חום, נדרשת הרבה פחות אנרגיה. ככזה, מגברים מסוג D רבים משמשים בשילוב עם ספקי כוח מסוג Switched Mode (SMPS). כמו שלב הפלט, ניתן להפעיל ולכבות במהירות את ספק הכוח עצמו כדי לווסת את המתח, וכתוצאה מכך לשיפורי יעילות נוספים וליכולת להפחית משקל בהשוואה לספקי כוח אנלוגיים/לינארים מסורתיים.
במצטבר, אפילו מגברים מסוג D חזקים יכולים לשקול רק כמה קילוגרמים. החיסרון של ספקי כוח SMPS בהשוואה לספקים ליניאריים מסורתיים הואשלראשונים בדרך כלל אין הרבה מרווח ראש.
בדיקות ובדיקות רבות של מגברי שמע מסוג D עם ספקי כוח ליניאריים בהשוואה למודולי SMPS הראו שזה אכן כך. כאשר שני מגברים טיפלו בהספק מדורג, אבל אחד עם ספק כוח ליניארי יכול לייצר רמות הספק דינמיות גבוהות יותר. עם זאת, עיצובי SMPS הופכים שכיחים יותר ותוכלו לצפות לראות יחידות מסוג Class D טובות יותר מהדור הבא המשתמשות בצורות דומות בחנויות.
השוואת היעילות של מחלקות AB ו-D
למרות שהיעילות של מגבר כוח אודיו טרנזיסטורי מסוג Class A/B עולה ככל שמתקרבים להספק המוצא המקסימלי, עיצובי Class D שומרים על יעילות גבוהה ברוב טווחי הפעולה. כתוצאה מכך, היעילות ואיכות הסאונד נוטות יותר ויותר לעבר הבלוק האחרון.
השתמש במתמר אחד
כאשר מיושם כהלכה, כל אחד מהבלוקים לעיל מחוץ ל-class B יכול להוות בסיס למגבר נאמנות גבוהה. מלבד מלכודות ביצועים פוטנציאליות (שהן בעיקר החלטה עיצובית ולא ספציפית לכיתה), בחירת סוג הבלוק היא במידה רבה עניין של עלות מול יעילות.
בשוק של היום, מגבר השמע הפשוט Class A/B שולט, ולא בכדי. זה עובד טוב מאוד, הוא זול יחסית, וזההיעילות מספיקה למדי עבור יישומי הספק נמוך (>200W). כמובן, כאשר יצרני הממירים מנסים לדחוף את המעטפת עם, למשל, מונובלוק Emotiva XPR-1 1000W, הם פונים לעיצובים מסוג G/H ו-D כדי להימנע משכפול המגברים שלהם כמערכות המסוגלות לחמם ציוד במהירות. בינתיים, בצד השני של השוק, יש מאווררים מסוג A שיכולים לסלוח על חוסר היעילות של המכשיר בתקווה לצליל נקי יותר.
Result
אחרי הכל, שיעורי הממירים אינם בהכרח כל כך חשובים. כמובן שיש הבדלים בפועל, במיוחד בכל הנוגע לעלות, יעילות המגבר ולכן משקל. כמובן, מכשירי 500W Class A הם רעיון גרוע, אלא אם כן, כמובן, למשתמש יש מערכת קירור חזקה. מצד שני, הבדלים בין המחלקות לא קובעים את איכות הצליל. בסופו של דבר, זה מסתכם בפיתוח ויישום פרויקטים משלך. חשוב להבין שמתמרים הם רק מכשיר אחד שמהווה חלק ממערכת השמע.
