超小型アンプ、小さなパッケージで大きなパワー

ほぼすべての評判の良いカー オーディオ メーカーが、いくつかの超小型アンプ ソリューションを提供していることに気付かないわけにはいきません。これらのアンプは、ジーンズのポケットに収まるほど小さく、スペースが狭い場合でも簡単に設置できます。小さいながらも、信号を工場出荷時のスピーカーにアップグレードしたり、アフターマーケットのスピーカーでモバイルサウンドシステムを素晴らしいリスニング体験に変えたりするために、驚くべき量の電力を供給することができます。この記事では、企業がいかに多くの電力をこのような小さなパッケージに詰め込むことができるかについて説明し、これらのアンプが従来のサイズのソリューションとどのように異なるかを見ていきます.

超小型アンプとは?

Sony、Soundstream、Rockford Fosgate、Linear Power などの企業の小型アンプは何十年も前から存在していますが、これらの初期のソリューションのほとんどは、チャネルあたり約 20 ワットの電力に制限されていました.

業界で名を馳せた最初の最新のハイパワー コンパクト アンプの 1 つは、アルパイン パワー パック KTP-455U でした。 .サイズは約 8 x 2.5 x 1.5 インチで、この 4 チャンネルのアンプは、4 オームの負荷に対してチャンネルあたり 45 ワットを実際に供給することができます。 Alpine は、このアンプを、工場またはアフターマーケットのラジオをアップグレードし、スピーカーにほぼ 3 倍の電力を供給するための簡単に統合できるソリューションとして販売しました。

数年後、Rockford Fosgate は Boosted Rail Technology シリーズのアンプを発表しました。これらのアンプは、市場に出回っている他のすべてのソリューションとは異なる、ユニークで創造的な電源設計を使用しています。電力生産の観点から、4 チャンネルの PBR300X4 は 75 ワットの電力を 4 オームの負荷に供給することができ、設置面積はわずか 6.75 x 4.25 インチでした。

5 年ほど経つと、小型で高出力のアンプを提供する企業が何十社も出てきます。サウンド システムをアップグレードするには、4 チャンネルまたは 5 チャンネルのソリューションから選択できます。ほとんどの場合、約 300 ワットのサブウーファー アンプが提供されており、場所を取らずに大きな低音を追加できます。いくつかのモデルには防水設計が含まれており、船舶、オートバイ、パワースポーツのアプリケーションに最適です.

驚くほど小さなパッケージに大きなパワー

アンプのサイズは、2 つの要因によって決まります。アンプを動作させるために必要なコンポーネントを収容するために必要なスペースと、あらゆる条件下で熱を確実に放散するために設計に必要なヒートシンクの量です。

アンプの小型化を可能にした最大の技術的進歩の 1 つは、表面実装デバイスです。超小型の抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、およびマイクロコントローラのおかげで、回路とそのコンポーネントは、以前必要だったスペースの半分または 3 分の 1 に収まります。スマートフォンを考えてみてください。10 年前のデスクトップ コンピューターよりも処理能力が高く、手のひらやシャツのポケットにすっぽりと収まります。比較すると、スペースシャトルを軌道に乗せたコンピューターは、毎秒約 120 万命令 (MIPS) で実行され、総メモリは数メガバイトでした。 iPhone X に搭載されている Apple A11 プロセッサは、毎秒 6,000 億という驚異的な命令を処理できます。 With that said, the Apple CPU isn’t designed to handle the rigors of outer space and prolonged exposure to radiation — so keep that in mind if you’re planning a trip to Mars with our buddy Elon Musk.

The surface-mount Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) used in the power supplies of these ultra-compact amplifiers have also allowed the amps to shrink in size dramatically. You can fit four of these devices on the end of your finger, and each one is capable of passing 50 amps of current. Thirty years ago, a single 50-amp transistor would have been bigger than all four of these modern devices.

Another technology that has reduced amplifier sizes is multilayered circuit boards. Four-layer boards provide significantly more options for connectivity among the devices in the circuit and reduce the space required for signal traces.

Finally, high-speed Class-D amplifier designs help to reduce current consumption in the output stage of the amp. Class-D audio amplifiers operate by switching the output devices on and off at extremely high speeds, and varying the duty cycle (on vs. off periods) recreates the original audio waveform. Because the devices are either on or off, they spend less time acting as a resistor and, subsequently, waste less energy as heat.

Are Compact Amplifiers the Perfect Solution?

With any benefit, there are often drawbacks. For ultra-compact amplifiers, three limitations need to be considered:cooling capacity, features and noise. As we mentioned earlier, fitting lots of parts into a small package is much easier, thanks to surface-mount devices and multilayered circuit boards. The drawback of a small amp is that it still needs a heat sink to the cool the switching devices. If we reduce the heat-sink area for a given power level, the amp will be more prone to overheating when pushed hard. You might be fine for one or two songs, but you likely won’t be able to jam on these at full-blast on a hot summer’s day in Arizona or Texas without them going into protection.

The features included with an amplifier are often based on the space available for controls and switches. If you want high- and low-level inputs, adjustable high-, low- and bandpass crossovers, infrasonic filters, signal summing, individual sensitivity controls, bass-boost circuits and remote level controls, you need lots of space. In an ultra-compact amplifier, that space simply doesn’t exist. As such, most of those features won’t be found on this class of amplifiers.

Finally, we need to talk about noise. Noise, or more specifically, signal-to-noise ratio (S/N Ratio) describes how much background noise (heard as hiss) is added to an audio signal when it passes through a device. The power supply and Class-D output stage of an amplifier produce a lot of high-frequency electrical noise. In a conventional and physically large amplifier design, these noisy circuits can be located physically and electrically far away from the sensitive input and signal gain stages of the amp. When we shrink an amplifier’s size by 30 percent, everything is much closer and thus more of this noise is added to the output signal.

Let’s look at five different four-channel Class-D amplifiers to compare noise levels relative each amplifier’s physical size.

Comparison of Four-channel Amplifier S/N Ratio

Amplifier Footprint Power / Channel S/N Ratio at 1 Watt
Square Inches Watts A-Weighted

Amp 1 26.76 50>68 dB

Amp 2 41.99 70>70.4 dB

Amp 3 60.41 75>84 dB

Amp 4 68.07 75>84 dB

Amp 5 89.03 150>88.2 dB

As you can see, larger amplifiers add less noise to the output signal. While none of these specifications is atrocious, you will be able to hear a little hiss from the first two amps between songs and likely won’t on the top three amps. Of course, the third amp has a 50 percent larger footprint (length times width) than the second amp, so pick your poison appropriately.

Ultra-Compact Amplifiers Offer Unique Installation Solutions

If you are trying to add an amplifier to a motorcycle or a side-by-side and finding space for the amplifier is a concern, then, by all means, choose one of the many ultra-compact amps that are available. With that said, if you have a little extra space, larger amps offer better noise performance and more features. In this case, you get an audible improvement in performance by investing a little more money.

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