Třídy zesilovačů zvuku: klasifikace – D, A, B, C, AB a další. Ultralineární a digitální. Která třída je lepší?

Jistě mnozí slyšeli, že moderní zesilovače mohou patřit do různých tříd. Lidé, kteří mají k akustickým systémům a technickým vlastnostem zvukového zařízení daleko, si však pravděpodobně nedovedou představit, co se skrývá za písmennými označeními.

V naší recenzi si podrobněji povíme, jaké jsou třídy zesilovačů, jaké existují typy a jak si vybrat optimální model.

Klasifikace

Třída zesilovače je velikost výstupního signálu, při které je ve funkčním diagramu během jednoho pracovního cyklu buzen sinusovým vstupním signálem a v důsledku tohoto působení se mění. Klasifikace zesilovačů do tříd závisí na parametrech linearity použitého režimu k zesilování vstupních signálů od kategorií se zvýšenou přesností při poměrně snížené účinnosti až po absolutně nelineární. V tomto případě není přesnost reprodukce zvuku signálu tak velká, ale účinnost je poměrně vysoká. Všechny ostatní třídy zesilovačů jsou jakési mezilehlé modely mezi těmito dvěma skupinami.

První skupina

Všechny třídy zesilovačů lze rozdělit do dvou podskupin. První zahrnuje klasické řízené modely tříd A, B, a také AB a C. Jejich kategorie je určena parametrem jejich vodivosti v určitém úseku výstupního signálu. Činnost vestavěného tranzistoru na výstupu se tedy nachází uprostřed mezi „vypnuto“ a „zapnuto“.

Druhá skupina

Druhá kategorie zařízení zahrnuje modernější modely, které jsou považovány za tzv. přepínací třídy – jedná se o modely D, E, F, stejně jako G, S, H a T.

Tyto zesilovače používají pulzně šířkovou modulaci a digitální obvody k nepřetržitému přepínání signálu mezi „plně vypnutým“ a „plně zapnutým“. V důsledku toho dochází v oblasti saturace k silnému výstupu.

Popis oblíbených kurzů

O různých třídách zesilovačů si povíme podrobněji.

А

Modely třídy A se staly nejrozšířenějšími díky jednoduchosti své konstrukce. To je vysvětleno několika parametry zkreslení vstupního signálu a v důsledku toho vysokou kvalitou zvuku ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi zesilovacích systémů. Modely patřící do této kategorie se vyznačují vysokou linearitou ve srovnání s ostatními.

Zesilovače třídy A obvykle používají při svém provozu jeden typ tranzistoru. Je připojen k základní konfiguraci emitoru pro obě poloviny signálu tak, aby germaniový tranzistor jím vždy procházel, i když fázový signál chybí. To znamená, že na výstupu stupeň plně nepřejde do oblasti omezení a saturace signálu. Má svůj vlastní bod předpětí přibližně ve střední části zatěžovací čáry. Tato konstrukce vede k tomu, že se tranzistor jednoduše neaktivuje – to je považováno za jeden z jeho základních nedostatků.

Aby bylo zařízení zařazeno do této třídy, musí být proud při nulovém zatížení ve výstupním stupni roven nebo dokonce větší než maximální proud zatížení – to umožňuje maximální výstupní signál.

Protože zařízení třídy A jsou jednopólová a pracují v lineární zóně všech daných křivek, jedno výstupní zařízení prochází celých 360 stupňů, v tomto případě je zařízení třídy A plně kompatibilní se zdrojem proudu.

Protože zesilovače této kategorie pracují, jak jsme již řekli, v ultralineární oblasti, musí být stejnosměrný offset nastaven správně. — tím se zajistí správný provoz a zvukový tok 24 W. Vzhledem k tomu, že výstupní zařízení je neustále ve vypnutém stavu, vede jím nepřetržitě proud, což vytváří podmínky pro neustálé ztráty výkonu v celé konstrukci. Tato vlastnost vede k uvolňování velkého množství tepla, zatímco jejich účinnost je poměrně nízká – nepřesahuje 40 %, což je činí nepraktickými, pokud jde o některé výkonné akustické systémy. Kromě toho, Vzhledem ke zvýšenému klidovému proudu jednotky musí mít napájecí zdroj odpovídající rozměry a být maximálně filtrovaný, jinak se nelze vyhnout zvuku zesilovače a cizímu hučení. Právě tyto nedostatky donutily výrobce nadále pracovat na vytváření zesilovačů účinnější kategorie.

В

Zesilovače třídy B byly vytvořeny výrobci, aby řešily problémy spojené s nízkou účinností a zvýšeným přehříváním, které jsou typické pro instalace předchozí kategorie. Modely kategorie B ve svém provozu používají dvojici dalších tranzistorů, obvykle bipolárních. Jejich rozdíl spočívá v tom, že pro obě poloviny signálu je výstupní čelo vytvořeno pomocí push-pull obvodu, takže každé tranzistorové zařízení poskytuje zesílení pouze poloviny výstupního signálu.

Základní proud posunu úrovně stejnosměrného proudu v zesilovačích této třídy chybí, protože jejich klidový proud je nulový, proto jsou výkonové parametry stejnosměrného proudu obvykle malé. Jeho účinnost je tedy mnohem vyšší než u zařízení A. Zároveň Když signál nabývá kladné hodnoty, tranzistor s kladným předpětím jej vede a záporné předpětí zůstává ve vypnutém stavu. Podobně v okamžiku, kdy vstupní signál nabývá záporné hodnoty, se kladný signál vypne a záporně polarizovaný tranzistor se naopak aktivuje a zajišťuje vedení záporné poloviny signálu. V důsledku toho tranzistor během své činnosti vede 1/2 cyklu pouze v kladné nebo záporné poloperiodě vstupního signálu.

V souladu s tím může jakékoli tranzistorové zařízení této kategorie procházet pouze částí výstupního signálu a to v jasném střídání.

Tato push-pull konstrukce je asi o 45–60 % účinnější než zesilovače třídy A. Nicméně. Problém s tímto typem modelů spočívá v tom, že v okamžiku průchodu audio signálu produkují značné zkreslení v důsledku „mrtvé zóny“ tranzistorů v koridoru vstupního napětí s hodnotami od -0,7 V do +0,7 V.

Jak každý ví z fyziky, základnový emitor musí dávat napětí asi 0,7 V, aby bipolární tranzistor zahájil plnohodnotné zapojení. Dokud toto napětí nepřekročí tuto značku, výstupní tranzistor se nepřepne do zapnuté polohy. To znamená, že polovina signálu, který vstupuje do koridoru 0,7 V, se začne reprodukovat nepřesně. To činí zařízení kategorie B prakticky nevhodnými pro použití v přesných akustických instalacích.

na Aby se tato zkreslení překonala, byla vytvořena tzv. kompromisní zařízení třídy AB.

AB

Tento model je jakýmsi tandemem designu kategorie A a kategorie B. V dnešní době jsou zesilovače typu AB považovány za jednu z nejběžnějších konstrukčních možností. Svým principem fungování se do jisté míry podobají produktům kategorie B, s jedinou výjimkou, že obě tranzistorová zařízení mohou současně vést signál v blízkosti průsečíku oscilogramů. Tím se zcela eliminují všechny problémy se zkreslením signálu předchozího zesilovače skupiny B. Rozdíl spočívá v tom, že dvojice tranzistorů má poměrně malé předpětí, obvykle 5 až 10 % parametrů klidového proudu. V tomto případě zůstává vodivé zařízení zapnuté déle než po dobu jedné půlperiody, ale zároveň – to je mnohem méně než celý cyklus vstupního signálu.

Dá se s jistotou říci, že Zařízení typu AB je považováno za vynikající kompromis mezi modely třídy A a třídy B z hlediska účinnosti a linearity.a přitom je účinnost transformace zvukového signálu přibližně 50 %.

С

Konstrukce instalací patřících do třídy C má maximální účinnost, ale zároveň spíše špatnou linearitu ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi. Zesilovač třídy C je značně předpjatý, takže vstupní proud klesá na nulu a zůstává tam po dobu více než 1/2 cyklu vstupního signálu. V tomto okamžiku je tranzistor v režimu čekání na vypnutí.

Tato forma tranzistorového předpětí poskytuje největší účinnost zařízení, jeho účinnost je asi 80 %, ale zároveň vnáší do odchozího signálu poměrně značné zvukové zkreslení.

Takové konstrukční prvky znemožňují použití zesilovačů v akustických systémech. Tyto modely obvykle našly uplatnění ve vysokofrekvenčních generátorech a také v některých verzích radiofrekvenčních zesilovačů, kde se proudové impulsy emitované na výstupu převádějí na sinusové vlny dané frekvence.

D

Zesilovače kategorie D jsou dvoukanálové nelineární pulzní modely, známé také jako PWM zesilovače.

V naprosté většině audio systémů pracují výstupní stupně ve třídách A nebo AB. U integrovaných zesilovačů skupiny D je ztrátový výkon lineárních vstupů značný i v případě jejich nejúplnější, téměř ideální implementace. To dává modelům třídy D značnou výhodu ve většině oblastí použití díky minimálnímu generování tepla, snížené hmotnosti a rozměrům zařízení a v důsledku toho i sníženým nákladům na výrobky, zatímco doba autonomního provozu u těchto modelů je ve srovnání s modely jiných konstrukcí delší.

Obvykle se jedná o modely s vysokým napětím a jsou navrženy pro výkon 10000 XNUMX wattů.

Ostatní

Zesilovač třídy F. Tyto modely poskytují zvýšenou účinnost, jejich účinnost se pohybuje kolem 90 %.

Zesilovač třídy G. Tento zesilovač je v podstatě pokročilou vysoce lineární konstrukcí základního zařízení třídy AB na TDA. Modely patřící do této kategorie dokáží provádět automatické přepínání mezi různými napájecími vedeními v případě změn parametrů vstupního signálu. Takové přepínání mnohonásobně snižuje spotřebu energie a v důsledku toho snižuje spotřebu energie způsobenou tepelnými ztrátami.

Zesilovač třídy I. Tyto modely mají dvojici dalších výstupních zařízení. Před zapnutím jsou uspořádány v konfiguraci push-pull. První zařízení přepíná kladnou část signálu a druhé je zodpovědné za přepínání záporné části, podobně jako zesilovače kategorie B. Pokud na vstupu není žádný audio signál nebo pokud signál dosáhne bodu průniku nulou, přepínací mechanismus se zapíná a vypíná současně s hlavním cyklem.

Zesilovač třídy S. Tato třída zesilovačů je klasifikována jako nelineární spínací mechanismus. Z hlediska svého funkčního mechanismu jsou do jisté míry podobné zesilovačům kategorie D. Takový zesilovač převádí analogové vstupní signály na digitální a mnohonásobně je zesiluje. Aby se tedy zvýšil výstupní výkon, digitální signál spínacího zařízení je obvykle buď plně zapnutý, nebo zcela vypnutý, takže účinnost takových zařízení může být 100 %.

Zesilovač třídy T. Další verze digitálního zesilovače. Dnes si tyto modely získávají stále větší popularitu díky přítomnosti mikroobvodů, které umožňují digitální zpracování vstupního signálu, a také vestavěným vícekanálovým 3D zvukovým zesilovačům. Tento efekt je zajištěn konstrukcí, která umožňuje převod analogových signálů na zvuky se zvýšenou digitální PWM. Konstrukce zařízení třídy C kombinuje parametry signálu se sníženým stupněm zkreslení, podobně jako kategorie AB, a zároveň zachovává účinnost na úrovni modelů třídy D.

Jak zjistit?

Nejprve se podívejme na to, jak zesilovač v principu funguje. Pravděpodobně budete překvapeni, ale ve skutečnosti tovární zesilovač nic nezesiluje. Ve skutečnosti, Mechanismus jeho činnosti se podobá činnosti nejjednoduššího jeřábu: Otočíte klikou a voda z kohoutku začne téct, silněji nebo slaběji, a pokud ji otočíte, průtok se zablokuje. V zesilovačích probíhají všechny procesy stejným způsobem. Z výkonného napájecího modulu prochází proud reproduktorem připojeným k zařízení. V tomto případě funkci odbočky přebírají tranzistory – na výstupu je stupeň jejich sepnutí a sepnutí řízen signálem, který prochází do zesilovače. Třída zesilovačů je určena tím, jak přesně tato odbočka funguje, tedy jak fungují výstupní tranzistory.

Pokud mluvíme o zařízeních AB, pak tranzistory v nich mohou mít nepříjemnou vlastnost otevírat a zavírat se neúměrně k signálům, které k nim přicházejí. Jejich činnost se tak nemění. Vraťme se k analogii s kohoutkem – můžete otočit rukojetí kohoutku, ale voda bude zpočátku téct slabě a pak se průtok náhle zvýší.

Z tohoto důvodu Tranzistory kategorie AB musí být udržovány v mírně otevřeném stavu, i když není signál. To je nezbytné, aby začaly pracovat okamžitě a nečekaly, až signál dosáhne určité úrovně – pouze v tomto případě bude zesilovač schopen reprodukovat zvuk s minimálním zkreslením. V praxi to znamená, že část užitečné energie se plýtvá. Představte si, že otevřete všechny vodovodní kohoutky v bytě a z nich nepřetržitě vytéká malý proud vody. V důsledku toho účinnost těchto modelů nepřesahuje 50-70 %, právě nízká účinnost je hlavní nevýhodou zesilovačů třídy AB.

Pokud mluvíme o zařízeních třídy D, jejich princip fungování je naprosto stejný: Mají vlastní výstupní tranzistory, které jsou schopné zavírat a otevírat. Tím se reguluje tok proudu přes reproduktory, které jsou k nim připojeny, ale jejich otevírání je řízeno signálem, který je ve své konfiguraci velmi vzdálený od vstupního.

Takto je signál odeslán na výstupní tranzistory zařízení třídy D. V tomto případě budou fungovat zcela odlišně: buď zcela uzavřené, nebo otevřené bez jakýchkoli mezilehlých hodnot. To znamená, že účinnost takových modelů se může blížit 100 %.

Samozřejmě je příliš brzy na přenos takových signálů do audio systémů; nejprve by se měly vrátit do standardní konfigurace. To lze provést pomocí výstupní tlumivky a kondenzátoru – po jejich zpracování se na výstupu vytvoří zesílený signál, který ve své formě zcela opakuje vstupní signál. Právě tento signál se přenáší do reproduktorů.

Hlavní výhodou zařízení třídy D je jejich zvýšená účinnost. a v důsledku toho i úspornější spotřebu energie

Dlouho se obecně přijímalo, že Pro připojení vysoce kvalitních akustických systémů budou nejlepším řešením zesilovače ABModely kategorie D převáděly příchozí signál na pulzní signál se sníženou frekvencí, v důsledku čehož poskytovaly dobrý zvuk pouze v režimu subwooferu. V dnešní době technologie udělala velký krok vpřed a dnes již existují vysokorychlostní tranzistory, které se dokáží otevírat a zavírat téměř okamžitě, v obchodech je poměrně dost širokopásmových zařízení třídy D.

Tyto modely jsou určeny pro použití nejen se subwoofery, ale také s moderními akustickými systémy jakéhokoli typu. Pro ty možnosti, kde není vyžadován vysoký výkon, má smysl zakoupit si poměrně kompaktní zesilovač.

Pokud tedy máte dostatek místa pro připojení reproduktorů, můžete si snadno vybrat model třídy AB. Během několika desetiletí existence se obvody těchto modelů dobře vyvinuly, poskytují poměrně dobrou kvalitu zvuku a v případě poruchy je můžete snadno opravit v nejbližším servisním středisku.

Pokud je prostor pro instalaci zvuku omezený, pak stojí za to se blíže podívat na širokopásmové modely skupiny D. Se stejnými výkonovými parametry jako produkty třídy AB jsou mnohem menší a lehčí, generují méně tepla a některé modely dokonce umožňují jejich skrytou instalaci s minimálním zásahem.

Pro připojení subwooferů mají instalace třídy D největší výhodu, protože blok basových tónů představuje energeticky nejnáročnější frekvenční rozsah – v tomto případě má účinnost produktu zásadní význam a v tomto ohledu produkty třídy D jednoduše nemají konkurenci.

V tomto videu lépe porozumíte třídám audio zesilovačů.

Se vší rozmanitostí obvodových řešení používaných ve zvukových zesilovačích lze snadno vysledovat kontinuitu a postupný, evoluční vývoj mezi nimi. Nejprve byla třída A, pak B, pak AB a všechny ty následující, které jsou v podstatě dalším vývojem třídy AB nebo A se všemi výhodami a nevýhodami, které jsou s tím spojené. Ale je tak dobré, že mezi výrobci Hi-Fi jsou skuteční inovátoři, kteří se nebojí zavádět odvážná technologická řešení! Jinak bychom se ani vy ani já o existenci zesilovačů třídy D nikdy nedozvěděli.

Příběh

Třída D má ve světě Hi-Fi nejtěžší osud a k jejímu vývoji nedošlo kvůli objektivním výhodám, ale spíše v rozporu s převládajícím názorem. Vše začalo tím, že třída D doslova okamžitě dostala ofenzivní, podle názoru některých audiofilů, označení „digitální zesilovač“. A přestože některé principy jeho fungování skutečně připomínají činnost digitálních obvodů, v jádru se jedná o zcela analogové zařízení.

Další mylnou představou, která třídu D provází, je věk. Předpokládá se, že třída D byla vyvinuta poměrně nedávno a je vedlejším produktem moderní digitální technologie. Ve skutečnosti má třída D bohatou historii a její první implementace byly navrženy již v éře rádiových trubic. Náš krajan Dmitrij Ageev navrhl použít tento typ obvodů k zesílení zvuku (třída D v designu lampy), a to se stalo v roce 1951. Přibližně ve stejné době anglický vědec Alex Reeves pracoval na praktické implementaci takového zařízení a v roce 1955 jejich kolega Roger Charbonnier z Francie, vytvářející podobné schéma, poprvé použil termín „třída D“.

Na samém počátku, kdy se prováděl především teoretický výzkum, se zdál osud třídy D bez mráčku. Jeho vypočítané charakteristiky dosahovaly doslova hranice dokonalosti. První komerční implementace v roce 1964 však odhalila spoustu slabin, tou hlavní byla nemožnost dosáhnout skutečně slušné kvality zvuku s využitím tehdejší elementové základny.

Výrobci se nevzdávali naděje a v sedmdesátých letech proběhly pokusy uvést na trh zesilovače třídy D takovými giganty Hi-Fi průmyslu, jako jsou Infinity a Sony. Oba podniky selhaly ze stejného důvodu jako poprvé. Tranzistory vhodné pro třídu výkonu a přesnosti se začaly sériově vyrábět až v osmdesátých letech, poté se kvalitní implementace zesilovačů třídy D stala skutečností. V dnešní době lze zesilovače třídy D nalézt ve zcela jiných zařízeních: od chytrých telefonů a vybavení domácnosti až po studiové vybavení a High-End systémy.

Princip činnosti

Princip činnosti zesilovačů třídy D a jakýchkoliv jeho modifikací, včetně těch s nezávislým písmenným označením (třídy T, J, Z, TD a další), je založen na principu Pulse Width Modulation neboli zkráceně PWM. Modulace signálu jako metoda existuje poměrně dlouhou dobu a používá se jako metoda ukládání a přenosu informací. Jeho podstatou je modulovat určitou nosnou frekvenci užitečným signálem. Frekvence je zvolena tak, aby bylo vhodné vysílat nebo nahrávat na médium. Proces přehrávání zahrnuje obrácenou sekvenci: oddělení užitečného signálu od modulované nosné frekvence. Na tomto principu funguje digitální technika, radiokomunikace, televizní a rozhlasové vysílání. Jemnost je v tom, že v případě PWM se sleduje úplně jiný cíl. Modulace umožňuje přivést signál do takové podoby, aby jeho zesílení bylo co nejjednodušší a nejefektivnější.

Obvod třídy D je založen na generátoru mikrovlnných pulsů (počítajících se ve stovkách MHz) nosné frekvence a komparátoru – zařízení, které moduluje tyto pulsy podle tvaru příchozího analogového signálu. Vše ostatní je jednoduché. Modulovaný signál má podobu pulsů stejné amplitudy, ale různé doby trvání, které jsou zesilovány pomocí dvojice symetricky zapojených vysokorychlostních tranzistorů MOSFET. Dále obvod používá jednoduchý LC filtr, který demoduluje zesílený signál, stejně jako ořezává nosnou frekvenci a doprovodný vysokofrekvenční šum.

Zmínka o tranzistorech používaných pro zesílení vyvolává rozumnou otázku: „Nebylo by jednodušší okamžitě zesílit analogový signál bez jakékoli modulace? A právě tato otázka odhaluje podstatu zesilovačů třídy D U běžných zesilovačů tříd A, B, G a jejich dalších derivátů pracuje tranzistor s širokopásmovým signálem, který se neustále mění jak v amplitudě, tak ve frekvenci. Chování i toho nejlepšího tranzistoru při různých amplitudách a frekvencích není 100% stejné, což nevyhnutelně vede ke zkreslení, které známe jako zabarvení nebo „charakter“ zesilovače. Modulovaný signál v zesilovačích třídy D se mění diskrétně a při plné amplitudě. Tím je provozní režim tranzistorů výrazně zjednodušen a stává se mnohem předvídatelnějším. V podstatě fungují jako klíč, který je buď v uzavřeném nebo otevřeném stavu bez mezilehlých hodnot.

Vše, co se od tranzistoru v tomto režimu vyžaduje, je co nejrychleji reagovat na změny v úrovni signálu a na jeho chování při středních hodnotách amplitudy nezáleží. Tento provozní režim tranzistoru má navíc mimořádně pozitivní vliv na energetickou účinnost zesilovače, čímž jeho teoretickou účinnost dosahuje 100 %.

Druhá nejzřejmější otázka se týká podobnosti mezi modulovanými analogovými a digitálními signály. Obvykle to ani není otázka, ale konstatování: „Zesilovač třídy D je digitální, což znamená, že je správné přivádět na jeho vstup digitální signál, nikoli analogový.“ Proces modulace analogového signálu na vstupu zesilovače třídy D je skutečně velmi podobný tomu, co se děje v ADC při digitalizaci zvuku, ale princip modulace je zásadně odlišný od principu používaného ve formátu PCM.

Právě z tohoto důvodu využívají digitální vstupy integrovaných zesilovačů pracujících ve třídě D zcela tradiční obvod DAC, z jehož analogového výstupu je signál přiváděn na vstup desky výkonového zesilovače. Proto je analogový signál primárním a přirozeným vstupním signálem pro zesilovače třídy D.

Existují však výjimky, které, když se na to podíváte podrobněji, na celkovém obrázku nic nemění, pouze doplňují standardní obvody třídy D. Známý Peter Lyngdorf, ještě jako vývojář v NAD, úspěšně implementoval schéma pro přímou konverzi toku PCM přímo do formátu PWM bez tradičního postupu konverze z digitálního na analogový. Tato technologie se nazývá Direct Digital, nebo v ruštině: přímé digitální zesílení signálu.

Tímto způsobem bylo možné zkrátit délku a snížit složitost zvukové cesty a jediný digitálně-analogový převod v takovém obvodu se provádí přímo před akustickými svorkami. Je však třeba poznamenat, že aby takový zesilovač fungoval s analogovým signálem, musí mít také klasický vstupní stupeň, používaný v tradičních zesilovačích třídy D.

V tuto chvíli se technologie přímého digitálního zesílení ještě nestala masovým fenoménem, ​​pravděpodobně proto, že pan Lyngdorf správně podal patentová práva na technologii nebo prostě nechce prozradit všechna tajemství svým kolegům. Ale není to tak dávno, co bylo podobné schéma úspěšně implementováno v přenosných zařízeních, což nám umožňuje doufat v širší distribuci technologie v budoucnu. Je možné, že po nějaké době se z třídy D skutečně stane digitální zesilovač.

Pros

Hlavní výhodou zesilovačů třídy D, kvůli nimž byl příběh s modulací signálu zahájen, je energetická účinnost. Navíc, jak v teoretických výpočtech, tak v reálných číslech, to dává takové zvýšení účinnosti, které lze jen nějak srovnat s přechodem z třídy A do tříd B a AB a všechny úspěchy třídy G a dalších se na jeho pozadí zdají jako dost slabý pokus.

Při provozu v pulzním režimu tráví tranzistor polovinu času ve zcela uzavřeném stavu, což znamená, že má nulový klidový proud a nespotřebovává žádnou energii. Zároveň v okamžiku zapnutí tranzistor pracuje na plný výkon a přesměruje veškerou energii přicházející z napájecího zdroje na výstup zesilovače.

Výsledkem je, že stejná teoretická 100% účinnost, když je implementována v praxi, poskytuje skutečně vynikající hodnoty v řádu 90–95 %. A protože se na ohřev tranzistorů spotřebuje pouze několik procent energie, lze radiátory použít v mizivě malých velikostech. Pro získání výkonu 100–200 W na kanál musí mít zesilovač třídy AB zářiče zabírající jednu nebo obě boční stěny skříně a zesilovač třídy D si vystačí s kusem hliníku o velikosti jedné nebo dvou krabiček od zápalek.

Mimochodem, totéž lze říci o velikosti desky výkonového zesilovače: ve třídě D se ukazuje, že je mnohonásobně kompaktnější, i když není sestavena na mikroobvodech, ale na diskrétních prvcích. No a ke všemu zesilovače třídy D mají nižší cenu než modely jiných tříd srovnatelného výkonu. To druhé však platí spíše pro kutilské projekty – ušetřené peníze výrobci raději investují do zlepšení kvality zvuku a dalších vylepšení, tím spíše, že ve třídě D je opravdu co zlepšovat.

Zápory

Třída D, která má naprosto zabijácké přednosti, nedobyla trh Hi-Fi úplně jen proto, že má své slabiny, které pro mnohé znalce kvalitního zvuku vypadají mnohem významněji než energetická účinnost. Přítomnost vysokofrekvenčního generátoru v obvodu je sama o sobě potenciálním zdrojem elektromagnetického rušení, které negativně ovlivňuje zvuk samotného zesilovače a činnost s ním sousedících komponentů zvukové cesty.

Netrénovaný posluchač si tohoto efektu nemusí všimnout nebo mu nepřikládat žádnou důležitost, ale v Hi-Fi a High End průmyslu, kde záleží na každé maličkosti, není taková blízkost vítána a nutí inženýry vylepšovat filtrační obvody a jít na jiné triky, jak eliminovat vliv škodlivého mikrovlnného generátoru nosné frekvence na reprodukovaný zvukový signál.

Vysoká účinnost zesilovačů třídy D je důvodem jedné specifické vlastnosti: vysoké závislosti kvality a charakteru zvuku na napájecím zdroji. Pokud se výrobce rozhodne použít spínaný zdroj a nebude se trápit dostatečným počtem filtračních obvodů, nějaký ten hluk do reproduktorů určitě pronikne a zkazí zvukový dojem. Špatné napájení samozřejmě třídě AB neprospěje, ale právě ve třídě D se tento problém projevuje nejpalčivěji.

Vlastnosti

Popisy kladů a záporů obvodů třídy D naprosto jednoznačně napovídají, co by měli především dělat vývojáři, kteří se snaží o maximální kvalitu zvuku ze zesilovačů.

Vývojáři řeší problém napájení zesilovačů třídy D dvěma způsoby. Někteří jdou osvědčenou cestou, používají klasické lineární zdroje s obrovskými toroidními transformátory a další klasická řešení. Je tu ale ještě jedna cesta, kterou se menšina vývojářů vydává. Při správné zručnosti je docela možné vytvořit nízkošumový spínaný zdroj vhodný pro instalaci do zesilovačů nejvyšší kvalitativní třídy. A právě ony jsou schopny poskytnout náskok nejvýkonnějším a nejuznávanějším lineárním napájecím zdrojům díky lepší účinnosti a výkonu a ve výsledku lepší dynamice zvuku a okamžité odezvě zesilovače na velké rozdíly v úrovních signálu.

Pokud jde o specifika provozu samotného zesilovače třídy D, jeho obvodová konstrukce poskytuje výrazně vyšší koeficient tlumení ve srovnání s třídou AB a jinými obvodovými řešeními. To zaručuje nejen stabilní provoz se složitou zátěží, rychlé, čisté basy a velký dynamický rozsah, ale zajišťuje i nižší úroveň zkreslení, absenci musu, pomalého náběhu či rozmazaných front a hlavně schopnost zesilovače rovnoměrně vyrovnat se s naprosto různorodou hudbou.

Praxe

Čestná povinnost hájit čest zesilovačů třídy D v naší studii připadla zesilovači Marantz PM-KI RUBY. Toto zařízení má příkladné uspořádání, které ukazuje, jak by měly být vytvořeny moderní zesilovače. Dva moduly Hypex NCore 500 pracující ve třídě D jsou napájeny speciálním nízkošumovým spínaným zdrojem. Konstrukce zesilovače zároveň obsahuje klasický předstupeň, postavený na diskrétních prvcích, podle patentované technologie HDAM společnosti Marantz, která byla použita i v tradičních zesilovačích třídy AB.

Předstupeň je napájen lineárním zdrojem, jehož toroidní transformátor má, soudě podle velikosti, mnohonásobnou výkonovou rezervu, aby nijak neovlivňoval dynamiku a čistotu zvuku. Jinými slovy, v jednom pouzdře se kombinují dva přístupy: klasický pro předzesilovač a moderní pro koncový zesilovač.

To vše je bohatě okořeněno pro High-End modely typickým citem pro detail, jako je poměděné šasi, vylepšená izolace vibrací, kratší signálové cesty, symetrická topologie desky, přísný výběr dílů podle parametrů atd.

Díky tomu máme z technického hlediska snad nejpokročilejší zařízení s tlumícím faktorem 500, zkreslením menším než 0,005 % a spotřebou 130 W s výstupním výkonem až 200 W na kanál při 4 Ohm zatížení. Jakýkoli nárok na dokonalost ve světě zvuku však musí být ověřen praxí.

znít

Zesilovač produkuje velmi svobodný, krásný zvuk s vynikajícími detaily, bohatými tóny a dlouhými přirozenými dozvuky živých nástrojů. Scéna je postavena co nejpřesněji a co největší, se spolehlivým znázorněním proporcí a umístění virtuálních zdrojů zvuku v prostoru. Vše je zcela v souladu s myšlenkou, jak by měl hrát dobrý High End zesilovač. Neexistuje žádná syntetika, drsnost nebo „diskrétnost“, kterou někteří přívrženci staré školy nacházejí ve zvuku třídy D. Naopak, Marantz PM-KI RUBY úspěšně kombinuje nejlepší objektivní vlastnosti s charakteristickou sofistikovanou a nenucenou prezentací hudebního materiálu.

Tento typicky „marantzovský“ zvuk se projevuje především přehnanou inteligencí při hraní metalu a hard rocku. Přitom klasika jakéhokoli složení, jazz i zpěv zní velmi živě a přirozeně. Velmi podobný, možná ještě o něco krásnější a cukrivější zvukový charakter vykázaly zesilovače Marantz minulých let pracující ve třídě AB, což umožňuje usuzovat, že zvuk koncových zesilovačů třídy D je neutrální.

Připojení akustiky různého výkonu, s různou citlivostí a různou impedancí k zesilovači Marantz PM-KI RUBY přineslo celkem očekávaný výsledek: absenci jakékoli výrazné reakce na změny těchto parametrů. Zesilovač si stejně suverénně poradil s jakýmkoli stereo párem.

I při nejtěžší zátěži a při vysoké hlasitosti byly spodní tóny kontrabasu překvapivě důsledně reprodukovány – zněly naprosto čistě, bez brumu, s přirozeným přenosem vjemu kmitající struny a ozvučnice nástroje reagující na tuto vibraci. Stručně řečeno, vše se stalo přesně tak, jak má být se zesilovačem, který má deklarovanou kombinaci výkonu a tlumícího faktoru.

Závěry

Všechny hlavní přednosti třídy D plně potvrzuje praxe. Pokud je ale z hlediska spotřeby energie a dalších naměřených charakteristik situace naprosto zřejmá a nesporná, zůstává zvuk stále diskutabilní záležitostí. Třída D ve své čisté podobě poskytuje nejvyšší kvalitu a ve výsledku neutrální, nezabarvený zvuk. To nebude po chuti každému a nejméně pravděpodobně potěší ty, jejichž preference vznikly poslechem lampy a dalšího retro vybavení. Z tohoto pohledu vývojáři Marantz prokázali světskou moudrost tím, že dali jejich zesilovači jejich charakteristický zvukový charakter instalací originálních modulů předzesilovačů. Přitom jsou i další výrobci, včetně vyznavačů co nejpřesnějšího a neutrálního zvuku, kteří využívají potenciál třídy D, podle svých představ o kráse.

Obecně je závěr takový: pokud výrobce nešetřil na klíčových prvcích obvodu, výsledkem je zesilovač, který se co nejvíce blíží dokonalosti. Zbytek je věcí vkusu.