カー オーディオ アンプのしくみ– クラス D 出力ステージ
カー オーディオ アンプがどのように機能するかを検討し続ける中で、今日の市場で最も人気のある設計になっているもの、つまりクラス D 出力段を使用するアンプについて説明する必要があります。オーディオ愛好家の領域では、クラス D 設計はしばしば不利な評判をもたらします。それらの欠点は利点を上回っていますか?見てみましょう!
クラス D 出力段はどのように機能しますか?
入力ステージで信号処理のニーズが処理されると、オーディオ信号は出力ステージに渡され、電圧と MOSFET は、比較的低インピーダンスのスピーカーを駆動するのに十分な量の電流を供給できます。最新のクラス D アンプでは、MOSFET 出力デバイスは、アナログ信号をパルス幅変調信号に変換するドライバー IC によって供給されます。
パルス幅変調信号とは?
白熱電球を想像してみてください。電球を電源に接続し、コンピューター制御のスイッチを回路と直列に挿入します。スイッチをオフのままにしておくと、ライトはオフのままです。スイッチをオンにすると、ライトが最大の明るさで点灯します。ただし、スイッチのオンとオフを非常にすばやく切り替えると、スイッチがオフになっている間スイッチがオンになっていると、電球は可能な明るさの半分で点灯します.このオン対オフ時間の変動は、デューティ サイクルと呼ばれます。オンとオフの時間が等しい場合、それは 50% のデューティ サイクルです。異なるデューティ サイクルの方形波信号を使用することを、パルス幅変調 (略して PWM) と呼びます。
クラス D ドライバーはオーディオ信号を非常に高速 (800kHz の速度のものもある) で分析し、比較的低電圧の PWM 信号を生成して出力デバイスに供給します。出力デバイスは、オンとオフを非常に迅速に切り替えます。デバイスが部分的にオンの状態にある時間はごくわずかであるため、抵抗がほとんどなく、その結果、エネルギーの消費もほとんどありません。市場で最高のクラス D アンプは、フルパワーで 92% を超える全体的な効率を提供します。この優れた効率は、アンプに供給されるエネルギーの 35% から 50% を熱に変換するクラス AB アンプとは対照的です。
コンパクト ディスクは、出力パルスのデューティ サイクルが 16 ビットのデジタル ワードに格納されるバージョンの PWM を使用します。これにより、65,536 の可能な振幅レベルが得られます。最新のクラス D ドライバーとは異なり、オーディオは毎秒 44,100 サンプルで保存されます。これでも、オーディオ スペクトル全体を再現するには十分です。
クラス D 回路配置
最後に、D 級アンプの出力デバイスは通常、AB 級構成で配置されており、1 つのデバイスが波形の負の部分を駆動し、もう 1 つのデバイスが正の部分を駆動します。そのため、クラス D は、回路内の電気的方向ではなく、出力デバイスがどのように使用されるかを説明します。
クラス D アンプ設計の欠点
BestCarAudio.com の歪みに関する記事を読んだことがあれば、方形波 AC 信号が多数の高周波高調波。いくつかのライトに調光器がある場合、家でこの現象を聞いたことがあるでしょう。調光器のレベルに応じて、ライトのフィラメントが時折鳴ります。オーディオ信号をスピーカーに戻したいだけなので、アンプの設計者は MOSFET の出力にパッシブ フィルター ネットワークを追加します。 This network includes an inductor in series with the load as well as a capacitor and resistor in parallel and acts as a low-pass filter to remove this high-frequency switching noise.
One drawback of a Class D design is that these output filter components interact with the frequency-dependent variations in load impedance to alter the frequency response of the amplifier. While the effect is minute, it can give Class D amps a different overall tonal balance than you’d get from an AB design. Of course, a little manipulation with a digital signal processor (DSP) will get that back in check in a jiffy.
Another issue with all this high-frequency energy is the potential for electrical interference with other systems in the vehicle. Most commonly, AM or FM radio reception can be washed out or dramatically reduced. While the better amplifier manufacturers do everything possible to mitigate radio-frequency interference, problems can still occur — the best plan to keep the amplifier as far away as possible from the radio antenna.
Why Would You Want a Class D Amplifier?
The long and the short of it is that companies have invested in developing Class D amplifiers in an effort to shrink the physical size requirements of amplifiers, supposedly to make it easier for installation technicians to find mounting locations for them. The reality is, heatsinks for amplifiers are one of the more expensive single components in an amplifier. If the size of the heatsink can be reduced, so can the cost of the amplifier. The days of 40- and 50-watts-per-channel stereo amps with a footprint of more than a square foot are long gone, thanks to modern Class D designs. Now, you can get more than 1,000 watts of power from that same physical space.
Class D amplifiers are a good solution for subwoofer systems because they do offer increased efficiency over their Class AB counterparts, and almost all amplifier manufacturers have at least one series of Class D amplifier in their catalog. Your local specialist mobile enhancement retailer can help you choose a solution with the right power level, number of channels and features to make your car stereo sound great.