Minden D-osztály egy kaptafa? Gondolatok a digitális erősítőkről

Minden D-osztály egy kaptafa? Gondolatok a digitális erősítőkről

Néhány zenerajongó számára minden D-osztályú erősítő egy kaptafa, és zsigerből bevágja a sarokba. Felmerül a kérdés, valóban mindegyik egyforma? Vannak különbségek a technológiák között? Érdemes lehet legalább felszínesen megismerni mindet, mert még az is lehet, hogy rendszeresen használja valamelyiket az ellene papolók nagy többsége.

Elsőként tisztázzuk azt, hogy több helyen is lehet használni a D-osztályt. Kezdjük a végerősítéssel, mert ilyenből már mindenki hallott rosszat. Természetesen, ha vette volna a fáradságot, hallhatott volna jót is, mert már sokat fejlődtek ezek az erősítők, viszont most nem ez a tárgya cikkünknek.

A D-osztály egyik rákfenéje az analóg jelek egyforma méretű vezérlés impulzussá alakításának módja, azaz a moduláció. A D-osztályú erősítő mindig úgy dolgozik, ahogy a „csövön kifér”, a kérdés csak az, hogy ezt adott időegység alatt milyen hosszan teszi? Kétféle modulációs módot különböztetünk meg. Az egyik az impulzus szélesség moduláció, amit rendszeresebben használnak, mert egyszerűbb az algoritmusa. A mód nevét PWM-nek rövidítik, mert így elegáns. Ez tápfeszültség méretű, de változó szélességű impulzusokra alakítja az analóg jelet, amit a kimeneti pontra kötött kondenzátor demodulál, azaz analógra alakítja, hogy alkalmas legyen a hangfal meghajtására. A másik mód az impulzus sűrűség moduláció, más néven PDM. Ez a rendszer mindig azonos szélességű impulzusokkal dolgozik, ám ha kell, adott időegység alatt többet állít elő belőle a modulátor.

Mivel az előbbit sokkal gyakrabban szidják, ábránkon a PDM működését szemléltetjük, mivel arról garantáltan kevesebbet hallhatott. A kék színű idősáv mutatja az aktív időegységeket, a fehér pedig azt, hogy mikor pihen az erősítő. (ez az ábra egyébként kiválóan mutatja azt is, hogy mitől olyan rettenetesen hatékony a digitális erősítés) Az erősítő pihenő időszakában a kimenetére kötött kondenzátor a terhelés hatására kiengedi magából a tárolt töltést, azaz kisül.

Szándékosan nem egy túl sűrű grafikont választottunk, mert így sokkal szemléletesebb a dolog. A valóságban ennél sokkal gyakoribb az impulzusok sűrűsége, de az áttekinthetetlen lenne. Az átalakítást szinte minden esetben 1 bites sigma delta modulátor végzi, mert egyszerűen tökéletes a feladatra. A név ismerős lehet máshonnan is, és ígérjük, ezzel még vissza fogunk élni! Erre hivatkozva gázolunk majd bele később a D-osztályt mereven elutasítók lelkébe, de nyugi, ott még nem tartunk.

Először még tisztázzuk, hogy mitől kevésbé folyékony a hangjuk, mint az analógnak. A mintavételezési frekvenciától, és attól, hogy a hangfal gyártók össze-vissza hantáznak az impedanciáról. Ezúton követjük meg a hangfal gyártókat, mert nem csak ők tehetnek róla, hanem a fizika idevágó törvényei, aminek hatásait ők bolondok lennének fertelmesen hangzó adatok formájában megjeleníteni a táblázatokban. Szóval, ha lenne egy állandó terhelés, és egy állandó frekvenciájú analóg jel, amire lehetne kvantálási frekvenciát, és demodulátor kondenzátort méretezni, már évtizedek óta minden erősítő D-osztályú lenne. Ehhez képest a muzsika annak ellenére, hogy nem túl széles spektrumot ölel fel, mindenki elvárja az ennél sokkal terjedelmesebb átviteli tartományt. Bár a hallásunk semmit nem fejlődött az ember néhány évtizednyi evolúciója során, az igényeink annál inkább. Ehhez társul a hangfal folyton változó impedanciája, amely kiszámíthatatlan ritmusban sütögeti ki a demodulátor kondenzátorunkat. Ha a kisütögetés mértéke túl gyors az sem jó, ha túl lassú az sem, mindkét esetben jelentősen megnő a zaj. Lehet ez ellen védekezni? Természetesen! Ennél az erősítés módnál viszont zárt huroknak nevezik, és nem negatív visszacsatolásnak. Ha ez a hurok nem szabályoz elég gyorsan, sajnos az erősen meghallatszik, és digitális ízű lesz a hangzás. Majd ha ezt (is) sikerül a gyártóknak bármi módon megoldani, onnantól csodás lehet a D-osztály hangja akár PDM modulációval is.

Fent tisztáztuk a végerősítőként használt D-osztály sokat becsméret sanyarú sorsát, de minden készülékben van feszültség erősítő is. Itt is egyre nagyobb divat, sőt szinte már követelmény a D-osztály. Feszültség erősítők látják el a bemeneti jelek felerősítését, a hangerő szabályzást, és még a digitális analóg konverterek kimeneti fokozat illesztő funkcióit. Most ugorjon a köszönetnyilvánításra, aki nem akar csúnyán meglepődni.

Bár kevesebbet hallott a PDM-ről, az nem jelenti azt, hogy kevesebbszer is hallgatja. Aki például a DSD egy bites formátumra esküszik, az minden alkalommal részesül a PDM moduláció és demoduláció, azaz a D-osztály áldásából. Innen lehetett ismerős a korábban említett sigma delta kifejezés. Nagy melldöngetéssel emlegeti mindenki, pedig egy D-osztályú PDM erősítőről beszélünk, igaz, ez csak feszültséget erősít és nem hangfalat hajt. Annyival könnyebb a dolga, hogy a hangerő szabályzó fokozat (ami például a kimenetére lehet kötve) bemeneti impedanciája nem változik annyira hektikusan, mint egy hangfalé. De tudja meg, hogy bizony az sem állandó, az is kénye-kedve szerint sütögeti kifelé azt a kimeneten lévő demodulátor kondit, ám ebben az esetben valahogy senkinek nem fáj annyira, ha digitális ízű a hangzás még egy analóg erősítővel hallgatva is.

Az ábráért köszönet a Wikipédiának, a cikk alap ötletéért pedig a Researchgate-nek