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동일한 2 x 500W 파워 서브우퍼 보드에 대한 두 개의 견적이 책상 위에 놓여 있습니다. 첫 번째는 대략 문고본 크기의 방열판이 있는 클래스 AB 스테이지를 중심으로 구축되었습니다. 두 번째는 전화기보다 약간 큰 보드에 클래스 D 스테이지를 사용합니다. 둘 다 전력 등급에 대해 정직합니다. 그 중 하나만 이미 도구로 제작한 캐비닛에 맞고, 단 하나만 주변 온도 40°C에서 폐쇄된 목재 인클로저의 열 테스트를 통과합니다.
이것이 "클래스 앰프"라는 문구 뒤에 숨겨진 실제 결정입니다. 증폭기 클래스는 출력 장치가 하나의 신호 주기에 걸쳐 전류를 전도하는 방법을 설명합니다. 이 한 가지 선택으로 제거해야 하는 열의 양, 구입해야 하는 전원 공급 장치의 종류, 보드에 필요한 필터링 및 차폐 양, 섀시에 들어가는 알루미늄의 양이 결정됩니다. 자체적으로 제품의 소리가 좋은지 여부는 결정되지 않습니다.
짧은 버전: 클래스 AB는 선형성과 단순한 공급이 중요한 부분에서 여전히 승리하고, 클래스 D는 효율성과 무게에서 승리하며, 클래스 H는 섀시가 라디에이터로 전환되는 것을 방지하기 위해 존재합니다. 이전이 아닌 캐비닛, 부하 및 공급 예산을 알고 난 후에 클래스를 선택하십시오.
클래스 라벨이 실제로 설명하는 것
클래스 이름은 오디오 신호의 단일 주기 동안 출력 장치가 전도성을 유지하는 시간이라는 하나의 물리적 속성에서 유래합니다. A클래스는 내내 지휘를 유지합니다. 클래스 B는 각각 절반을 처리하는 두 장치 간에 주기를 분할합니다. 클래스 AB는 제로 크로싱에서 두 장치를 약간 열어두므로 핸드오버가 원활하게 이루어집니다. 클래스 D는 선형 아이디어를 완전히 버리고 출력 장치를 수백 킬로헤르츠로 전환하여 오디오를 펄스 폭으로 인코딩합니다. 클래스 H는 선형 오디오 스테이지를 유지하지만 신호 엔벨로프를 따르기 위해 공급 레일을 위아래로 만듭니다.
다른 모든 것은 그로부터 이어집니다. 항상 진행되는 스테이지는 공급의 상당 부분을 열로 낭비합니다. 스위치 단계는 장치에서 거의 아무것도 잃지 않지만 설계 문제를 출력 필터, 게이트 드라이브 및 전자기 간섭 예산으로 밀어 넣습니다. 레일을 움직이는 스테이지는 선형 증폭기의 열이 발생하는 출력 장치의 전압을 감소시킵니다.
라벨이 알려주지 않는 것은 빌드 품질입니다. 잘못 배치된 클래스 D 모듈과 신중하게 설계된 클래스 D 모듈은 동일한 이름을 공유하며 동일한 출력 레벨에서 방열판 온도가 15°C만큼 다를 수 있습니다.
효율성, 열 및 왜곡이 나란히 있음
게시된 설계 참고 자료에는 넓은 효율 대역이 인용되어 있습니다. 실제 수치는 출력 레벨, 부하 임피던스 및 전원 설계에 따라 달라지기 때문입니다. 아래 그림은 엔지니어가 최대 정격 출력 또는 그에 가까운 토폴로지를 비교할 때 일반적으로 사용하는 범위입니다.
| 수업 | 전도 각도 | 일반적인 효율성 | 왜곡 문자 | 나타나는 곳 |
|---|---|---|---|---|
| A | 360° | 20-30% | 매우 낮은 왜곡, 매우 높은 꾸준한 열 | 소신호 스테이지, 오디오 애호가 및 스튜디오 디자인 |
| B | 180° | 70-78% | 낮은 수준의 크로스오버 노치 | 오디오에서 단독으로 사용되는 경우는 거의 없음 |
| AB | 180-360° | 50-70% | 바이어스가 올바르게 설정되면 왜곡이 줄어듭니다. | 아날로그 PA, 파워드 믹서, 저가형 액티브 스피커 |
| C | 180° 이하 | 75-85% | 강한 고조파로 인한 높은 왜곡 | 선형 오디오가 아닌 RF 송신기 |
| D | 스위칭 | 80-95% | 낮음, 전환 잔여물 및 필터 품질이 지배적임 | 파워 스피커, 서브우퍼, 휴대용 시스템 |
| H | 철도 추적 | 65-85% | 낮음, 잘 편향된 AB 단계에 가깝습니다. | 고전력 라인 어레이 및 서브우퍼 증폭기 |
정격 출력 또는 그 근처의 효율 대역. 실제 사용에서 클래스 D 스테이지는 헤드라인 번호보다 훨씬 낮은 상태로 유휴 상태입니다.
클래스 AB: 열에 대한 대가를 치르는 선형성
클래스 AB는 클래스 A의 전체 비용을 지불하지 않고 클래스 B의 크로스오버 노치를 제거하기 위해 존재합니다. 작은 바이어스 전류는 두 출력 장치가 제로 크로싱 주변에서 작동하도록 유지하므로 둘 사이의 핸드오버가 원활하게 유지됩니다. 프로 오디오 모듈의 일반적인 대기 전류는 장치 쌍당 수십 밀리암페어 수준으로, 노치가 가청 범위를 벗어나는 것을 유지하기에 충분하지만 증폭기가 유휴 상태에서 작동하지 않을 만큼 작습니다.
무역은 열이 계속된다는 것입니다. 400W 클래스 AB 모듈은 신호가 없어도 의미 있는 전류를 소비하며 방열판의 크기는 최악의 경우(공기 흐름이 좋지 않은 랙에서 1시간 동안 1/8 전력의 핑크 노이즈)에 맞게 조정되어야 합니다. 이것이 바로 아날로그 모듈이 대형 압출 방열판, U자형 알루미늄 브래킷, 때로는 팬을 탑재하는 경향이 있는 이유입니다. 라벨에 표시된 전력량만 비교하는 구매자는 종종 이를 놓치고 클래스 D 모듈의 동일한 400W에 금속의 일부만 필요하다는 사실을 발견합니다.
장점은 잘 알려져 있습니다. 스위칭 잔여물 없음, 부하와 상호 작용하는 출력 필터 없음, 단순한 변압기 기반 공급 장치, 현장 기술자가 이미 서비스 방법을 알고 있는 동작 등입니다.
클래스 D: 효율성은 함께 사용하는 공급 장치에 따라 달라집니다.
클래스 D 모듈은 수백 킬로헤르츠에서 전환하고 LC 출력 필터를 통해 오디오를 재구성합니다. 장치는 대부분의 시간을 완전히 켜거나 완전히 끄는 데 소비하므로 전도 손실이 적고 효율성 헤드라인이 실제적입니다. 헤드라인이 숨기는 것은 장점이 정격 전력 근처에만 있다는 것입니다. 배경 청취 수준에서는 스위칭 및 게이트 드라이브 손실이 지배적이고 효율성이 급격하게 떨어지며, 이는 주 전원 제품보다 배터리 전원 제품에 더 중요합니다.
나머지 디자인은 동일한 무게를 지닙니다. 데드타임이 너무 짧으면 슛스루가 발생합니다. 너무 길면 낮은 출력에서 왜곡이 증가합니다. 출력 필터는 벤치의 더미 저항이 아닌 실제 부하 전체에서 안정적으로 유지되어야 합니다. 그리고 공급은 계속 유지되어야 합니다. 부드럽고 조절되지 않은 레일과 쌍을 이루는 클래스 D 스테이지는 저음 과도 현상이 저하되어 이점이 취소됩니다. 이것이 바로 공진 LLC 공급 장치와 역률 보정 프런트 엔드가 심각한 모듈의 표준이 된 이유입니다.
EON522SUB 액티브 서브우퍼 전력 증폭기 모듈 800W LLC 공진 공급 장치를 500W 클래스 D 베이스 스테이지와 결합하여 파워드 서브우퍼의 레일 처짐 및 스위칭 소음을 해결합니다. 제품보기 → 패턴의 예로서, EON522D-2092와 같은 모듈은 500W 저역 통과 및 200W 고역 통과 클래스 D 스테이지를 LLC 공진 공급 장치와 결합합니다. 이는 2.1 인클로저에서 레일 처짐 및 스위칭 소음을 제어하는 조합입니다.
클래스 H: 최고 전력 범위를 위한 레일 스위칭
클래스 H는 선형 출력단을 유지하지만 하나 이상의 공급 레일을 제공합니다. 신호 포락선이 임계값을 넘으면 증폭기는 더 높은 레일로 전환됩니다. 뒤로 떨어지면 레일이 다시 떨어집니다. 따라서 출력 장치는 전체 레일 대신 몇 볼트만 볼 수 있으며 방열판으로 들어간 열은 결코 생성되지 않습니다. 실제로 클래스 H 모듈은 동일한 섀시 깊이에서 훨씬 더 큰 클래스 AB 설계의 성능을 제공합니다.
그 효율성은 공짜가 아닙니다. 레일 스위칭 회로는 부품과 비용을 추가하고, 비교기 임계값을 잘못 선택한 경우 전환으로 인해 아티팩트가 발생할 수 있으며, 변압기에 다중 탭이 필요합니다. 또한 모듈을 일반 AB 보드처럼 취급하는 기술자가 레일 결함을 출력 장치 결함으로 잘못 진단할 수 있기 때문에 서비스 문서가 더욱 중요해집니다.
AMP400H 7294 클래스 H 전력 증폭기 모듈 400W 클래스 H 저/중단 스테이지와 100W 클래스 AB 고주파 스테이지 및 U자형 알루미늄 라디에이터를 결합하여 안정적인 출력을 제공합니다. 제품보기 → U자형 알루미늄 라디에이터가 장착된 AMP400H-7294와 같은 이 카테고리의 모듈은 일반적으로 몇 분이 아닌 몇 시간 동안 지속적인 고출력이 예상되는 서브우퍼 및 라인 어레이 용도로 지정됩니다.
모듈 스택 아래에서 클래스 선택이 변경되는 사항
전력 단계는 체인의 하나의 보드이며, 집단 결정은 나머지 부분에 파급됩니다. 고속 리미터가 있는 클래스 D 스테이지에는 깨끗하고 스케일이 잘 잡힌 신호를 공급할 수 있는 프리앰프 모듈이 필요합니다. 게인 헤드룸이 20dB인 클래스 AB 스테이지는 동일한 소스에서 다르게 작동합니다. 게인 구조, 클립 동작, 보호 임계값, 볼륨 테이퍼 선택까지 모두 토폴로지에 따라 변경됩니다.
전력단은 체인의 마지막 블록입니다. 그 위의 모든 블록은 이득, 헤드룸 및 보호 동작과 일치해야 합니다.
2.1 시스템용 DSP1903 ADAU1701 DSP 모듈 4개의 사전 설정된 EQ 모드, Bluetooth 및 XLR I/O를 갖춘 ADAU1701 기반 DSP 모듈은 2.1 라인 어레이 시스템의 리미터 동작 일치에 적합합니다. 제품보기 → 실제로 이것은 모듈 공급업체가 수익을 얻는 곳입니다. ADAU1701을 기반으로 구축되고 2.1 라인 어레이 시스템을 위한 4개의 사전 설정된 EQ 모드를 제공하는 DSP1903과 같은 DSP 모듈은 그 아래에 있는 모든 전력 스테이지의 리미터 동작과 일치해야 합니다. 두 가지가 독립적으로 지정되면 시스템은 일찍 클립하거나 늦게 보호합니다. 우리의 A, AB, D 및 H 디자인 절충안 연습 이러한 임계값을 설정하는 방법에 대해 자세히 알아봅니다.
당신이 만들고 있는 제품에 클래스를 맞추는 것
대부분의 파워드 스피커 프로젝트는 몇 가지 패턴으로 나뉘며 각 패턴은 클래스 선택 범위를 빠르게 좁힙니다.
- 라인 어레이 및 컬럼 시스템. 무게와 랙 밀도가 결정됩니다. 공진 공급 장치가 있는 클래스 D가 기본값이고, 클래스 H는 장기간 매우 높은 출력에서 실행해야 하는 모듈용으로 예약되어 있습니다.
- 서브우퍼. 낮은 임피던스 부하에 대한 높은 연속 전력. 강력한 공급 장치를 갖춘 클래스 D가 이를 가장 잘 처리합니다. 일반적으로 증폭기가 아닌 공급 장치가 제한적인 부분입니다.
- 휴대용 및 배터리 구동 스피커. 부분 부하에서의 효율성은 최대치보다 더 중요합니다. 클래스 D는 유일한 현실적인 옵션이며 유휴 손실은 최대 출력만큼 많은 관심을 받을 가치가 있습니다.
- 파워드 믹서와 비용에 민감한 아날로그 박스. 선형 변압기가 포함된 클래스 AB는 더 큰 방열판을 사용하는 대신 자재 명세서를 단순하게 유지하고 서비스 스토리를 친숙하게 유지합니다.
- 고출력 투어링 서브우퍼. 설계팀이 선형 동작을 선호하는지 최소 중량을 선호하는지에 따라 클래스 H 또는 하이 레일 클래스 D 설계가 제공됩니다.
커밋하기 전에 모듈 공급업체에 확인해야 할 사항
데이터시트 와트수는 대화에서 가장 유용하지 않은 숫자입니다. 현장 사용 후에도 살아남는 디자인과 다시 돌아오는 디자인을 구분하는 점은 다음과 같습니다.
- 전체 정격 출력뿐만 아니라 1/8 전력에서의 효율성 및 케이스 온도는 의도한 주변의 정체된 공기에서 측정됩니다.
- 크로스오버 및 스위칭 아티팩트가 실제로 존재하는 1W 및 10W에서의 왜곡.
- 보호 동작: 출력 단락, 부하 불일치 또는 공급 저하 시 발생하는 상황과 모듈이 자체적으로 복구되는지 여부.
- 배송하는 시장에 역률 보정이 필요한지 여부를 포함한 공급 요구 사항.
- 특히 고효율 압축 드라이버를 공급하는 클래스 D 모듈의 경우 EMI 및 유휴 소음.
- 프로토타입과 대량 생산 사이의 일관성은 엔지니어링 문제만큼이나 제조 문제이기도 합니다.
비표준 구성이 필요한 구매자의 경우 클래스와 공급 토폴로지를 먼저 정한 다음 모듈을 통과하는 것이 합리적인 순서입니다. 맞춤형 개발 게인 구조, 커넥터 및 사전 설정 동작. 캐비닛과 전원 공급 장치가 동결된 후 클래스를 변경하는 데 비용이 많이 듭니다.
클래스 증폭기에 대해 자주 묻는 질문
어떤 증폭기 클래스가 가장 효율적입니까?
클래스 D is the most efficient audio class in normal use, typically 80-95% at rated output. Class C is efficient too but distorts heavily and is used for RF, not audio.
클래스 AB와 클래스 D 증폭기의 차이점은 무엇입니까?
클래스 AB keeps its output devices partially conducting and behaves linearly, at the cost of continuous heat. Class D switches devices on and off at high frequency, which is far more efficient but moves the design challenge to filtering and EMI.
클래스 D가 전문 오디오에 충분합니까?
예. 잘 설계된 출력 필터와 견고한 공진 공급 장치를 갖춘 최신 클래스 D 모듈은 전력선 어레이 및 서브우퍼의 표준입니다. 제한 요소는 일반적으로 토폴로지가 아니라 공급 및 제한기 설정입니다.
클래스 H 증폭기는 무엇을 위해 사용됩니까?
클래스 H is used where high output power must fit a compact chassis, such as touring subwoofers and high-power line array modules. Rail switching keeps the voltage across the output devices low, so less heat reaches the heatsink.
앰프 등급이 음질에 영향을 미치나요?
레이아웃보다 공급 설계 및 이득 구조가 적습니다. 잘 설계된 클래스 D 모듈과 잘 설계된 클래스 AB 모듈은 모두 깨끗한 소리를 낼 수 있습니다. 잘못 편향된 AB 단계 또는 잘못 필터링된 D 단계는 그렇지 않습니다.
클래스 A 앰프는 왜 그렇게 뜨거워지나요?
출력 장치는 음악이 재생되지 않는 동안에도 전체 신호 주기 동안 전류를 전도하기 때문입니다. 이러한 정전류는 꾸준한 열을 발생시키므로 클래스 A에는 적절한 출력 전력을 위한 대형 방열판과 넉넉한 환기가 필요합니다.
