Учет и движение сотрудников по отделу кадров ТЭАКТ

В отличие от аналоговых усилителей, выходной сигнал усилителей класса D представляет собой импульсы прямоугольной формы. Их амплитуда постоянна, а длительность ("ширина") изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. Частота импульсов (частота дискретизации) постоянна и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от нескольких десятков до сотен килогерц. После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме. Преобразование импульсного сигнала в аналоговый происходит в фильтре низких частот на выходе усилителя или непосредственно в нагрузке.

В целом, принцип работы усилителя  класса D очень напоминает принцип  работы импульсного блока питания, но в отличие от него, на выходе, за счет широтно-импульсной модуляции, формируется  не постоянное напряжение, а переменное, по форме соответствующее входному сигналу.

Рисунок 1.11 - График зависимости КПД аналоговых и цифровых усилителей от выходной мощности.

Теоретически, КПД подобных усилителей должен достигать 100%, но, к сожалению, сопротивление канала транзистора хоть и маленькое, но все же ненулевое. Но, тем не менее, в зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать очень маленькие и экономичные усилители. Коэффициент гармонических искажений при грамотном построении выходного фильтра можно довести до 0,01%, что является прекрасным результатом. Искажения возрастают при увеличении частоты сигнала и снижении частоты дискретизации. Косвенным образом от частоты дискретизации зависит и выходная мощность - с ростом частоты уменьшаются индуктивность катушек и снижаются потери в выходном фильтре (рисунок 1.11).

Подобно аналоговым усилителям, импульсные усилители разделяются на подклассы AD и BD (рисунок 1.12), причем их достоинства и недостатки тоже подобны. В усилителях класса AD в отсутствие входного сигнала выходной каскад продолжает работу, выдавая в нагрузку разнополярные импульсы одинаковой длительности. Это позволяет улучшить качество передачи слабых сигналов, но значительно снижает экономичность и порождает ряд технических проблем. В частности, приходится бороться с так называемым сквозным током, который возникает при одновременном переключении выходных транзисторов. Для устранения сквозного тока в выходном каскаде вводится мертвое время между закрыванием одного транзистора и открыванием другого.

Рисунок 1.12 - Форма импульсов на выходе усилителей класса AD и BD (до сглаживающего фильтра).

Практическое применение находят более простые по конструкции: усилители класса BD, выходной каскад которых в отсутствие сигнала генерирует импульсы очень малой длительности или находится в состоянии покоя. Однако в усилителях этого типа наиболее сильно проявляется основной недостаток - зависимость уровня нелинейных искажений от частоты дискретизации и частоты сигнала. Кроме того, искажения возрастают при малых входных сигналах.

Чаще всего, усилители класса D, как и класса АВ, выпускаются в  интегральном исполнении.

В классе D, например, работают усилители PA-624, PCT-610/620 Inter-M. Их КПД превышает 90% при номинальной мощности 240 Вт, коэффициент  гармонических искажений для  усилителей такого класса минимальный  – 0,1%. Данные модели применяются в  системах оповещения и трансляции, в которых, как известно, не уделяется большого внимания вопросам достижения особенного качества звучания. В профессиональных системах звуковоспроизведения в классе D реализуются в основном усилители для сабвуферов, так как на низких частотах ухо наименее чувствительно к нелинейным искажениям сигнала (рисунок 1.13).

Рисунок 1.13 - Графики зависимости уровня нелинейных искажений от выходной мощности для усилителей D и T классов.

Класс T

Данный класс усилителей мощности рожден в лабораториях компании Tripath Technology и отличается присущей импульсным усилителям высокой экономичностью в сочетании с высоким качеством звучания

На графиках видно, что усилители  класса T по своим показателям не уступают лучшим образцам аналоговых усилителей. Уровень искажений минимален, а в спектре выходного сигнала практически отсутствуют высшие гармоники.

Существенное преимущество усилителей класса T как перед аналоговыми, так  и перед традиционными цифровыми, заключается в низком уровне интермодуляционных искажений, которые меньше гармонических. Для усилителей класса AB, например, коэффициент интермодуляционных искажений значительно превосходит коэффициент гармоник; а для усилителей класса A эти величины одного порядка.

Все преимущества усилителей данного класса являются результатом применения патентованной технологии Digital Power Processing (TM). Необходимо отметить, что компания Tripath Technology прекратила свое существование в связи с последним мировым финансовым кризисом и, возможно, ранее содержащийся в тайне принцип обработки сигнала станет доступен для других компаний и найдет свое развитие в новых устройствах. По сути все сводится к двум взаимосвязанным процессам - "предсказанию"(Predictive processing) и "адаптивному преобразованию" (Adaptive Signal Conditioning Processing).

Предсказание заключается в  отслеживании скорости изменения сигнала (производной) и расчете этого  значения на основании амплитуды  сигнала в следующий момент времени. Отчасти за счет этого динамический диапазон подобных усилителей превышает 100 дБ.

Амплитуда сигнала и скорость ее изменения служат исходными данными  для реализации алгоритма "адаптивного  преобразования". В усилителях класса T нет фиксированной частоты дискретизации - она непрерывно изменяется в полосе до 1,5 МГц в соответствии с этим алгоритмом. Причем, увеличение частоты дискретизации существенно улучшает качество звучания и позволяет упростить конструкцию выходного фильтра.

Относительно алгоритма обработки  сигнала Digital Power Processing (TM) можно предположить, что в его основе лежит одна из разновидностей дельта – модуляции, которая отличается от широтно-импульсной тем, что в ней используется не абсолютная величина сигнала, а ее изменение относительно предыдущего состояния.

Усилители класса T получили распространение в виде встраиваемых модулей в элементы линейных массивов акустических систем. Такое решение обеспечивает очень высокую надежность работы концертного оборудования, малый вес, простоту и быстроту инсталляции. Примером является линейный массив серии DVA компании dB Technologies.

Если раньше от усилителя требовалась  просто надежная работа и гарантированное  качество звука, то современные модели дополняются рядом сервисных  функций, таких как компьютерное управление усилителем, программирование встроенного лимитера, а также наличие цифрового входа. С удешевлением цифровых интерфейсов для передачи аудиосигналов можно ожидать рост рынка усилителей с дистанционно управляемыми параметрами и автоматической диагностикой, что, безусловно, расширит возможности в создании звукоусилительных комплексов. Учитывая стремительное развитие цифровой техники и элементной базы сложно даже предположить, к каким вершинам приведет нас дальнейшее совершенствование принципов построения усилителей мощности.

В зависимости от используемых усилительных элементов, усилители мощности звуковой частоты подразделяются на:

1. Ламповые;
2. Транзисторные;
3. Гибридные;
4. Интегральные.

Содержимое ламповых и транзисторных  усилителей вполне понятно из названия. Относительно гибридных тоже можно  догадаться – в усилительных каскадах используется комбинация полупроводниковых элементов и ламп. Интегральные усилители (как правило, классы AB, D и T) выполняются на основе микросхем.

По количеству независимых каналов  звукоусиления можно выделить:

1. Моноусилители (одноканальные);
2. Стереоусилители (двухканальные);
3. Усилители систем объемного звука (многоканальные).
4. Интегральные.

Подавляющее большинство усилителей имеют 2 канала, то есть, рассчитаны на применение в стерео-системах звуковоспроизведения. Однако многие из них имеют мостовой режим подключения к нагрузке и могут использоваться как одноканальные. Выходная мощность при этом увеличивается примерно в 2 раза.

Моноусилители используются в трансляционных системах или, например, в многоканальных системах для воспроизведения отдельных сигналов.

Многоканальная звуковая технология делает доступной реализацию собственного домашнего кинотеатра, даёт возможность  построить по своему усмотрению систему  объёмного высококачественного  звука. Это позволяет ощутить  тончайшие детали звуковой картины разных концертных залов при прослушивании аудиозаписей выполненных в многоканальном формате. Главной трудностью проектирования таких систем является сложность обеспечения одинаково точной локализации источников звука воспринимаемых слушателем во время воспроизведения по отношению к реальному расположению этих источников звука при записи. Данный эффект проявляется тем сильнее, чем дальше от центра зоны прослушивания удаляется слушатель.

Многоканальные системы используются не только для реализации звуковых эффектов и расширения стереобазы. Многие театры и концертные комплексы строились без учета современных требований к архитектурной акустике и имеют сложную многоярусную структуру, объемом более 10 куб.м на человека. Реализация стереосистемы в таких помещениях неизбежно приведет к тому, что отраженные от ярусных перекрытий, потолка и стен волны будут действовать локально, появятся участки с неравномерным распределением звукового поля. Дополнительная неприятность заключается в том, что на разных частотах эта неравномерность проявляется по-разному.

Решить подобную задачу способна только многоканальная система. Сигнал с помощью  кроссоверов, входящих в состав оборудования профессиональной системы, разделяется  на несколько частотных диапазонов, которые отдельно усиливаются и воспроизводятся. Добиться ровного звукового поля во всем диапазоне воспроизводимых частот удается только при использовании множества правильно подобранных и расположенных узкополосных акустических систем. Направленное действие акустических систем приводит к существенному уменьшению реверберации, увеличению звукового давления и минимизации фазовых искажений в озвучиваемом участке помещения. Следует отметить, что ошибка в 1 градус при ориентировании акустических систем линейного массива (вследствие низкого качества проекта и/или монтажа) может свести на нет все преимущества многоканальной системы. Как правило, каждый элемент устанавливаемых кластеров питается от собственного цифрового усилителя D или T класса, который настраивается для получения оптимальных характеристик звукового поля с учетом типа применяемых динамиков и твиттеров, объема и материала корпуса. Цифровой усилитель может содержать звуковой процессор, способный вносить в сигнал частотные и временные предыскажения.

Многоканальные системы также  могут использоваться при необходимости  разделить помещения на несколько  независимых зон, в которых воспроизводятся  различные музыкальные программы. Этот прием используется, например, в развлекательных комплексах, состоящих  из множества залов. Достоинство такой системы заключается в возможности централизованного управления.

По функциональному назначению усилители мощности звуковой частоты  можно разделить только условно. По сути, они устроены практически  одинаково, отличия вызваны только определенными (повышенными или, наоборот, пониженными) требованиями к техническим характеристикам. Тем не менее, можно выделить:

1. Бытовые усилители;
2. Автомобильные усилители;
3. Концертные усилители;
4. Студийные усилители;
5. Трансляционные усилители;
6. Специальные усилители.

К бытовым усилителям в основном предъявляется только одно требование – низкая цена. Учитывая, что их выходная мощность невелика и выполнены они  на основе интегральных схем, то различия между бытовыми усилителями стоит  искать в их конструкции, а не в схемотехнике выходных каскадов…

Большую часть автомобильных усилителей можно отнести к категории  бытовых. Однако, в силу естественного  ограничения размеров, напряжения питания  и потребляемой мощности, их схемотехника имеет существенные отличия.

Концертные и студийные усилители  – основа профессиональных систем звуковоспроизведения. К ним предъявляются  повышенные требования к воспроизведению  звукового сигнала (минимум гармонических  и интермодуляционных искажений). К  концертным усилителям дополнительно предъявляются завышенные эксплуатационные требования, - большая мощность, крайне высокая надежность, всепогодное исполнение и др. Часто цифровые концертные усилители совмещены в одном корпусе с акустическими системами, которые являются частью линейного массива.

Трансляционные усилители используются для передачи мощности на большие  расстояния и распределения ее на множество громкоговорителей. Чтобы  избежать существенной потери мощности на акустическом кабеле в таких усилителях специально, как правило, с помощью трансформатора, повышается выходное напряжение. Акустические системы также оснащаются трансформаторами, но уже понижающими. В итоге, в такой системе та же мощность передается при меньшем токе. При этом рассеиваемая на проводах мощность уменьшается. Системы трансляции предназначены для доведения до людей важной служебной или аварийной информации, и, иногда, для создания уютного музыкального фона. В связи с этим, особых требований к качеству к трансляционным усилителям не предъявляется. Вполне допустимым считается коэффициент гармонических искажений до 1-2%.