Направления работы
Цифровые усилители мощности
Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ), обычно называемый просто «усилитель» - это прибор, который превращает линейный звуковой сигнал (например, из выхода микшерного пульта) в электрический ток, который «раскачивает» громкоговорители в акустических системах. Ламповые усилители в настоящее время в профессиональном звукоусилении не применяются. Производимые сейчас транзисторные усилители мощности можно разделить на 2 основных группы: классы AB и H (будем называть их аналоговыми) и классы D и TD (их, соответственно, назовём цифровыми). Несмотря на то, что результат работы обоих групп усилителей одинаков, у них есть ряд важных отличий.
Аналоговые усилители массово производятся с 70-х годов прошлого века. Основные отличительные особенности усилителей этого класса - сравнительно болшие габариты и вес, и сравнительно низкий КПД (идеальный КПД усилителя класса AB - 78%, реальный может опускаться до 40% в зависимости от условий работы). В основном этим и обусловлены размеры корпуса аналоговых усилителей - система охлаждения в них может занимать до половины объёма корпуса. Вкратце, принцип работы аналогового усилителя сводится к тому, что выходной ток усилителя регулируется полупроводниковым прибором - биполярным транзистором (в реальных усилителях как правило, несколькими транзисторами, включенными параллельно). Потери электрической мощности при прохождении тока через биполярные транзисторы и являются причиной низкого КПД и большого тепловыделения усилителей этого класса.
Усилители класса D, называемые также «цифровые усилители», используют принципиально другой принцип работы. Выходной каскад из этих усилителей сформирован из полевых транзисторов, работающих в режиме широтно-импульсной модуляции - то есть, транзисторы либо полностью открыты (тогда их сопротивление составляет сотые доли ома), либо полностью закрыты. В результате потери электрической мощности в выходном каскаде практически отсутствуют, и КПД реальных серийно производимых цифровых усилителей может составлять до 95%. Соответственно, отсутствует необходимость в громоздкой системе охлаждения, и цифровые усилители получаются в несколько раз более компактными и лёгкими, чем их аналоговые собратья такой же мощности. Например, аналоговый усилитель Crown XLi 3500 занимает 2 рэковых высоты и весит 19,5 кг, цифровой усилитель KONANlabs DA-1000 занимает 1 рэковую высоту и весит всего 3,8 кг, при одинаковой мощности - 2х1000 Вт на 8-омной нагрузке.
Строго говоря, называть все усилители класса D цифровыми - не совсем корректно, поскольку технически возможно реализовать усилитель мощности на основе широтно-импульсной модуляции полностью аналоговым способом. Бюджетные модели усилителей D-класса обычно полностью аналоговые, а в дорогих сериях для формирования высокочастотных импульсов, которые управляют выходным каскадом, применяется система цифровой обработки сигнала (DSP). То есть, не все усилители класса D являются цифровыми, но все цифровые усилители являются усилителями D-класса (или одним из его вариантов - класса T, J, TD и т. д.). Основная разница между аналоговыми и цифровыми усилителями класса D состоит в том, что аналоговая схема вносит несколько больше нелинейных искажений, с использованием же цифровой обработки получается добиться искажений не больших, чем в самых качественных усилителях класса AB при существенно меньших габаритах и весе, и большей энергоэффективности.
Существует распространёное мнение, что аналоговые усилители безусловно «лучше звучат», чем цифровые, однако, объективности в этой точке зрения не больше, чем в обожествлении «тёплого лампового звука». Во-первых, если говорить не о высоких материях, а о реально существующих приборах - в обоих группах существуют как низкобюджетные, при разработке и производстве которых основным критерием была экономия, так и устройства Hi-End, бескомпромиссные как по звучанию, так и по стоимости. Во-вторых, обсуждать «качество звучания» усилителя не имеет смысла в отрыве от всей системы звукоусиления, каждый из элементов которой - начиная от микрофонов и заканчивая отделкой помещения - представляет собой компромисс между пожеланиями заказчика и его финансовыми возможностями. Таким образом, даже если на лабораторном стенде отдельные параметры какого-то конкретного аналогового усилителя окажутся «лучше», чем параметры какого-то конкретного цифрового усилителя - в реальных условиях это различие скорее всего не будет заметно на слух. Основные же преимущества цифровых усилителей - высокий КПД и малые габариты и вес - очевидны каждому.
Ещё одной перспективной разработкой являются усилители класса TD. Если не вдаваться в технические детали - усилители этого класса используют «аналоговый» выходной каскад класса AB, питание которого осуществляет отдельная подсистема, работающая по принципу усилителя класса D. В результате получилось создать усилитель, обеспечивающий «аналоговое» качество звучания при КПД и массогабаритных показателях, близких к цифровым УМЗЧ.
