EN
Գրիգ Հղումներ
Ուժեղացուցիչի IC միկրոսխեմաները, ի վերջո, վերցնում են այդ փոքրիկ աուդիո սիգնալները և դարձնում են բավականաչափ ուժեղ՝ պահպանելով ձայնի որակը: Դրանք տարածված են այսօրվա աուդիո սարքավորումներում, և վերածում են միկրոֆոններից կամ DAC-ներից (այն թվային-անալոգային փոխարկիչները, որոնց մասին բոլորս էլ գիտենք և սիրում ենք) ստացված շատ թույլ սիգնալները մի բանի, որը բավականաչափ ուժեղ է այն է, որ կարողանա աշխատել ակուստիկ համակարգերով: Փոխանցե՛ք այսպես. մեր հեռախոսներն ու սթրիմինգային տուփերը չեն արտադրի որևէ արժեքավոր ձայն, եթե ներսում այս փոքրիկ աշխատակիցները չլինեին: Այսօր սպառողական աուդիո սարքերի մոտ 93 տոկոսն այս տեսակի միկրոսխեմաների վրա է կախված: Բայց սա միայն սկիզբն է: Այս միկրոսխեմաները ոչ միայն ձայնը ուժեղացնում են: Նրանք նաև մաքրում են ֆոնային աղմուկը, պահում են լարումը կայուն, և իրականում պաշտպանում են համակարգի մյուս մասերը վնասվածքից, երբ իրավիճակը լարված է լինում:
Այսօրվա մարդիկ ցանկանում են, որ իրենց ամենօրյա աուդիոն ձայնագրական ստուդիայից հատուկ ձայն ունենա, ուստի պետք է խզանակիչի IC-ները պահեն ընդհանուր հարմոնիկ դեֆորմացիան (THD) 20 Հց-ից մինչև 20 կՀց ամբողջ հաճախականության տիրույթում 0,01 %-ի տակ: Թույլատրելի շատ փոքր շումի մակարդակներ՝ ստորև 2 միկրովոլտից և 85 % -ից բարձր էներգաօգտագործման արդյունավետություն պահանջող անլար ականջակալների, տնային ձայնային սյուների և ավտոմեքենայի աուդիոհամակարգերի շուկան իրական խնդիր է ստեղծել արտադրողների համար: Այս պահանջներին համապատասխանելու համար անհրաժեշտ է ներառել այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են հարմարվողական կարգավորումը և ջերմային պաշտպանությունը՝ փոքր փաթեթի չափսերի սահմաններում: Եվ սա ոչ միայն մի միանգամյա միտում է: Արդյունաբերությունը տեսնում է փոքր ձևի աուդիոսարքավորումների շուկայում տարեկան մոտ 18% աճ, ինչը այս փոքր լուծումներին դարձնում է անհրաժեշտ այսօրվա շուկայում մրցունակ մնալու համար:
Օպտիմալ հզորացնող IC կոնստրուկցիան պահպանում է սիգնալի գծայնությունը՝ նվազագույնի հասցնելով ջերմությունը: Հիմնական կատարողականի թիրախները կարևորապես տարբերվում են կիրառությունների միջև.
| Պարամետր | Տնային աուդիոյի թիրախ | Կարողանություն ունեցող սարքի թիրախ |
|---|---|---|
| Արտադրության ուժ | 50–100Վտ | 1–5Վտ |
| THD լի բեռի դեպքում | <0.005% | <0.03% |
| Աշխատանքային լարման չափը | ±15Վ–35Վ | 3.3Վ–5Վ |
Class AB հզորացնող IC-ները հավասարակշռում են ցածր դեֆորմացիան և չափավոր արդյունավետությունը, ինչը դրանք դարձնում է իդեալական տնային աուդիոյի համար: Ընդհակառակը, Class D միկրոսխեմաները գերակշռում են կրկական էլեկտրոնիկայում՝ օգտագործելով իմպուլսային լայնության մոդուլացիա (PWM), որը նվազեցնում է հզորության կորուստը 40–60% -ով համեմատած ավանդական անալոգային տոպոլոգիաների հետ:
Համակարգ համակարգավորելիս սկզբում պետք է որոշել, թե ինչ տեսակի սիգնալներ պետք է մշակի այն և որքան հզորություն պետք է ստացվի ելքում: Ամենօրյա տեսախցիկների համակարգերի համար սովորաբար անհրաժեշտ է առնվազն 50 վատտ մեկ ակուստիկ աղբյուրի համար, սակայն փոքր Բլյութութ ակուստիկ աղբյուրները սովորաբար աշխատում են 10 վատտից պակաս հզորությամբ: Նշանակություն ունի նաև շրջակա միջավայրի վիճակը: Արտաքին տարածքներում տեղադրված ակուստիկ աղբյուրները պետք է դիմադրեն ջերմաստիճանի փոփոխություններին՝ առանց գերտաքանալու, իսկ մարմնին կրվող սարքերը պետք է աշխատեն արհամարհելի ցածր հզորությամբ՝ հաճախ 100 միլիվատտից ցածր: Էլեկտրական պահանջների և հասանելի հզորության աղբյուրների ճիշտ համապատասխանությունը սկզբում կարող է խուսափել արտադրողներին ապագայում ամբողջական շղթաները վերանախագծելու խնդիրներից, երբ պարզվի, որ ինչ-որ բան ճիշտ չի աշխատում:
Երբ խոսքը տանը բարձր ճշգրտության մասին է, այս համակարգերը իրականում կենտրոնանում են 20 Հց-ից մինչև 20 կՀց լիարժեք տիրույթին՝ ընդամենը 0,5 դԲ-ի փոքր տատանումներով: Նրանք նաև փնտրում են ընդհանուր հարմոնիկ դեֆորմացիան 0,01 %-ից ցածր, ինչի պատճառով շատերը դեռևս ընտրում են Class AB հզորացնող միկրոսխեմաներ, չնայած դրանք այդքան էլ արդյունավետ չեն աշխատում: Ընդ որում, փոքր անալար ականջակալների նման կրող սարքերը սովորաբար հիմնված են Class D տեխնոլոգիայի վրա, քանի որ այն շատ ավելի լավ է աշխատում մալուխային սարքերի համար: Այս կառուցվածքները կարող են հասնել 85 %-ից ավելի արդյունավետության՝ գրավելով գրեթե ոչ մի տեղ: Շատ մալուխային արտադրանքներ իրականում հարմարվում են 90 դԲ շատ ավելի ցածր ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցության, ոչ թե տնային համակարգերում հանդիպող 110 դԲ ստանդարտին՝ մալուխի կյանքը երկարաձգելու համար: Նայելով մարդկանց այսօրվա ցանկություններին՝ շուկայական հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ յոթ սպառողներից յոթը ավելի շատ հոգում են այն մասին, որ կարողանան իրենց հետ տանել իրենց աուդիո սարքերը, քան ամենաբարձր հնարավոր ձայնի արտադրությունը, երբ շարժման մեջ են օգտագործում սարքեր:
Ամենավերջին հավելիչները ինտեգրված շրջաններ այժմ առկա են ներդրված թվային սիգնալների պրոցեսորներով և I2C կապի ինտերֆեյսներով՝ անմիջապես սեղման վրա: Այս նվաճումը տպագրված շղթայի համար անհրաժեշտ տարածքը կրճատում է մոտ 40%-ով համեմատած 2018 թվականին հասանելի տարբերակի հետ: Ինչ նշանակում է սա գործնականում: Արտադրողները կարող են ստեղծել ամբողջական ինտելեկտուալ աուդիոհամակարգեր՝ օգտագործելով միայն մեկ միկրոսխեմա, որը կատարում է բոլոր գործառույթները՝ սկսած ձայնի մշակումից մինչև հզորության հավելում և անալցակապ կապ: Սակայն այստեղ կա մեկ կետ, որը արժանի է հիշատակման: Քանի որ այս բաղադրիչները ավելի խիտ են տեղադրվում, էլեկտրամագնիսական միջամտությունը ավելի մեծ խնդիր է դառնում: Ուշադրություն է դարձրել նաև ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը. մոտ երկու երրորդ ավտոմեքենաների աուդիոհամակարգերի արտադրողներ ընտրում են հատուկ էկրանավորված հավելիչների մոդուլներ՝ համոզված լինելու համար, որ նրանց արտադրանքները վստահելիորեն աշխատում են ավտոմեքենաների ներսում առկա էլեկտրոնային աղմուկի պայմաններում:
Ըստ վերջերս կատարված ուսումնասիրությունների՝ աուդիո սխեմաների 63% խնդիրները առաջանում են սխալ ընտրված մուտքային տիրույթների պատճառով։ Ձայնի վրա կենտրոնացած սարքերին անհրաժեշտ է միայն 300Հց-3,5ԿՀց շառավիղ, իսկ caբարձրորակ համակարգերին անհրաժեշտ է լիարժեք 20Հց-20ԿՀց ծածկույթ՝ բարձր որակի կոնտենտը ճշգրիտ վերարտադրելու համար։
Լարման խզումը (չափվում է դԲ-ով) որոշում է, թե որքանով է սիգնալը ուժեղանում, իսկ հզորության խզումը ազդում է աղմուկարարի վարող կարողության վրա։ Այն հարվածային սարքերը, որոնք ունեն 40–60դԲ խզում, բավարարում են սպառողական աուդիո 89% կիրառությունների պահանջները։ Class D IC-ները հասնում են 90%-ից ավելի արդյունավետության կարիքներում՝ օգտագործելով օպտիմալ խզման ստեյջինգ և PWM տեխնիկաներ։
| Շառավիղի մակարդակ | Կիրառման դեպք | THD 1կՀց-ում |
|---|---|---|
| 50Հց–15կՀց | Հիմնական PA համակարգեր | <0.5% |
| 10Հց–25կՀց | Hi-Fi աուդիո | <0.01% |
Խզտվող թվով հարվածային միկրոսխեմաներ այժմ գերազանցում են 25 կՀց լայնաշերտը, որը ապահովում է բարձր լուծաչափության աուդիո ձևաչափերի աջակցություն: Այս միտումը արտացոլում է սպառողների սպասելիքների զարգացումը և անալոգային միկրոսխեմաների նախագծման մեջ ձեռք բերված առաջընթացը:
Այսօրվա ենթա-2 մմ² հարվածային միկրոսխեմաները հասնում են մինչև 100 դԲ եկամտաբերության՝ օգտագործելով ներդրված հետադարձ կապի օղակներ և միկրոսխեմայի վրա տեղադրված համակցված ցանցեր: 2024 թ. նախագծերում ճկուն էլեկտրամատակարարման վերահսկման նորարարությունները կայուն անջատման վստահելիությունը բարելավել են 40%-ով՝ թույլատրելով կայուն բարձր ելքային աշխատանք՝ առանց տատանումների ռիսկի:
THD-ն չափում է հարվածային միկրոսխեմայի ընթացքում առաջացած անցանկալի հարմոնիկները: Բարձր հավաստիության վերարտադրման համար հարվածային միկրոսխեմաները պետք է պահպանեն THD-ն ստորև 0,01%: Audio Precision-ի 2023 թ. համեմատական վերլուծությունը ցույց տվեց, որ <0,005% THD ցուցանիշ ունեցող նախագծերը կուր լսողական փորձարկումների ընթացքում 42%-ով կրճատեցին ընկալվող դեֆորմացիան 0,03% ցուցանիշ ունեցող նախագծերի համեմատ:
SNR-ը ցույց է տալիս, թե ինչպես է հարվածային համակարգը ճնշում ֆոնային աղմուկը: Բարձրակարգ սարքավորումների համար պահանջվում է 110 դԲ SNR՝ բարձր որակի ձայնագրություններում նրբերանգները բացահայտելու համար: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ լսողների նախընտրությունները 27%-ով աճում են, երբ SNR-ը բարձրանում է 105 դԲ-ից մինչև 112 դԲ, ինչը ցույց է տալիս դրա ազդեցությունը ընկալվող աուդիո որակի վրա:
Համապատասխանեցնելով հարվածային համակարգի ելքային դիմադրությունը (սովորաբար 2–8 Օմ) ակուստիկ համակարգերի բեռի հետ՝ ապահովվում է հաճախականության հարթ պատասխանը: Չհամապատասխանությունը կարող է հանգեցնել միջին հաճախականություններում մինչև 3 դԲ կորուստի, ինչը վատացնում է պարզությունն ու հավասարակշռությունը՝ ինչպես հաստատվել է 2024 թվականին 120 սպառողական համակարգերի վերլուծության ընթացքում:
Առաջատար հարվածային համակարգերի IC-ները այժմ հասնում են THD-ի 0,00008% ցածր մակարդակի, որը մրցում է առանձին բաղադրիչների կառուցվածքների հետ: Այս մոդելները նաև ապահովում են 130 դԲ SNR՝ սպառելով նախորդ սերնդի սարքերի էներգիայի միայն մեկ երրորդը՝ թույլ տալով իրական բարձր որակի աուդիո ստանալ փոքր չափսերով, մատուցիչային սարքերում:
Աղյուսակ՝ Հիմնական աուդիո ճշգրտության շեմեր
| Մետրիկ | Մուտքային մակարդակ | Բարձրակարգ | Վերաբերող ստանդարտ |
|---|---|---|---|
| THD | <0.1% | <0.005% | <0.001% |
| SNR | 90DB | 110դԲ | 120դԲ |
| Էլեկտրական հոսք | 10Վ@10% THD | 50Վ@0.1% THD | 100Վ@0.01% THD |
(Տվյալներ՝ IEC 60268-3 2023 աուդիո կատարողականության ստանդարտներ)
Օպտիմալ հզորացուցիչի IC-ի ընտրությունը պահանջում է տեխնիկական հնարավորությունների համաձայնեցում կիրառման առաջնահերթությունների հետ: Ստորև ներկայացված են ինժեներների համար երեք հիմնական համար դատողություններ:
Հզորացուցիչի դասերի ընտրությունը ներառում է արդյունավետության, ջերմության և ճշգրտության հավասարակշռում.
| Դասընթաց | Արդյունավետություն | THD կատարողականություն | Ջերմության առաջացում | Սովորական կիրառման դեպք |
|---|---|---|---|---|
| Ա | <40% | Ամենացածր (0.01%) | Բարձրություն | Բարձրակարգ աուդիոֆիլ |
| Աբ | 50–70% | Ցածր (0.03%) | Միջավոր | Տնային կինոթատրոնի համակարգեր |
| D | 90% | Միջին (0.1%) | Առավելագույն | Կրճաղային Bluetooth |
A դասը ապահովում է մաքուր ձայն, սակայն առաջացնում է զգալի տաքացում և անարդյունավետություն, ինչը սահմանափակում է դրա օգտագործումը մատուցման վրա աշխատող սարքերում: AB դասը ապահովում է հավասարակշռված համրավորում՝ հարմար լինելով շատ տնային աուդիոհամակարգերի համար: Ինչպես ցույց են տալիս համեմատությունները համարժեք դասերի միջև, D դասը գերակշռում է ժամանակակից կրճաղային և ավտոմոբիլային կիրառություններում՝ իր գերազանց էներգաարդյունավետության շնորհիվ:
D դասի միկրոսխեմաները հպարտանում են 90%-ից ավելի արդյունավետությամբ, ինչը նշանակում է զգալիորեն երկարացված մատուցման կյանք անօդաչու ակուստիկների և լսողական ապարատների նման սարքերի համար: Այս միկրոսխեմաները իրենց հրաշքը կատարում են իմպուլսային լայնության մոդուլյացիայի միջոցով՝ արագ անջատելով տրանսիստորներ աշխատում է և անջատվում հրաշք արագություններով: Այս արագ անջատումը կտրուկ կրճատում է էներգիայի կորուստը՝ ջերմության արտադրությունը իջեցնելով մոտ 70%-ով համեմատած հին կլասս AB տեխնոլոգիայի հետ: Որպես արդյունք, արտադրողները կարող են ստեղծել ավելի նուրբ և թեթև արտադրանքներ՝ առանց էական կերպով վատթարացնելու լիցքավորման միջև տևողությունը: Նախկինում Class D-ն կապված էր աուդիո դեֆորմացիայի հետ, սակայն վերջերս կատարված առաջընթացը հանգեցրել է ընդհանուր հարմոնիկ դեֆորմացիայի 0,1%-ից ցածր իջեցման: Այս մակարդակի արդյունքավայնությունը ներկայումս բավարարում է շուկայի բարձրորակ սպառողական էլեկտրոնիկայի բոլոր անհրաժեշտ պահանջներին:
Այնպիսի անալոգային հզորացուցիչի IC-ները, ինչպիսիք են A և AB դասերը, ազդանշանները անընդհատ հոսքով պահում են, ինչը բացատրում է դրանց հայտնիությունը ստուդիայի հսկման կառույցներում և caորակյալ աուդիո սարքավորումներում: Նույնիսկ փոքրագույն դեֆորմացիաները կարող են խանգարել ձայնային պատկերների ձևավորմանը և տարածական տեղակայմանը: Այնուհետև կան թվային հզորացուցիչները՝ PWM տեխնոլոգիայի վրա հիմնված: Այս կառույցները կորցնում են գծայնության փոքր մասը, սակայն զգալիորեն բարելավվում է հզորության օգտագործման արդյունավետությունը: Ուստի շատ ավտոմեքենաների աուդիո համակարգեր երկու մոտեցումներն էլ միասին են օգտագործում: Սովորաբար AB դասը սպասարկում է առջևի աուդիո խոսափողները, որտեղ ամենակարևորը մանրամասների ճշգրտությունն է, իսկ D դասը սպասարկում է այն խոշոր սաբվուֆերները, որոնք մեծ հզորություն են պահանջում՝ ցածր հաճախականության օդը շարժելու համար: Այս հիբրիդային կառույցը լավ աշխատում է՝ ապահովելով հնարավորինս լավ ձայնային որակ՝ առանց շատ արագ լիցքը սպառելու: