Poprzedni
Następny

Fakty i mity o klasie D wzmacniaczy

Wokół wzmacniaczy pracujących w klasie D narosło wiele mitów i przekłamań, które w poniższym artykule postaramy się obnażyć i odpowiedzieć sobie na pytanie, dlaczego wzmacniacze impulsowe są otoczone ostracyzmem fanów konstrukcji z klas A i AB.

Wzmacniacz zintegrowany Yamaha MusicCast WXA-50 z funkcjami sieciowymi i systemem MusicCast

Przeciętnemu odbiorcy klasa D bardzo często kojarzy się z angielskim słowem Digital. Niestety, nic bardziej mylnego, bowiem wzmacniacze w klasie D ze swej natury wcale nie są cyfrowe. W klasycznej konstrukcji tego typu nie ma sygnałów cyfrowych w postaci zero-jedynkowej. Natomiast można je nazwać wzmacniaczami impulsowymi (z ang. switching power amplifiers). Dość często spotyka się też określenie PWM amplifier, gdzie tajemniczy skrót PWM oznacza z ang. Pulse Width Modulation, czyli modulacja szerokości impulsu.

Co to właściwie oznacza?

Na początek, aby zobrazować istotę działania klasy D, posłużymy się bardzo dużym, acz plastycznym uproszczeniem. Otóż wyobraźcie sobie, że jeździcie na hulajnodze – to świetny przykład działania zasilacza impulsowego. Odpychacie się, czyli wykonujecie pracę, dzięki której hulajnoga jedzie. Potem przechodzicie w stan spoczynku, a hulajnoga siłą rozpędu jedzie dalej siłą bezwładności, aczkolwiek zwalnia, aż do następnego odepchnięcia (impulsu). Teraz kluczowa informacja: żeby jechać ze stałą prędkością musielibyście odpychać się z określoną częstotliwością i starannie odmierzoną siłą. Z grubsza tak działa zasilacz impulsowy dla wzmacniaczy w klasie D, tylko zamiast prędkości na hulajnodze chodzi o moc dostarczaną do głośników. Teraz przygotujcie się na trochę trudnego technicznego języka, którym przedstawiona jest ta sama idea.

Definicja

Dążenie konstruktorów do stworzenia tzw. „zimnego” wzmacniacza zaowocowało koncepcją wzmacniaczy przełączanych (kluczujących). Jednym z możliwych rozwiązań jest klasa D. Tranzystory są cyklicznie (impulsowo) włączane i wyłączane. Ponieważ straty cieplne występują wówczas, gdy tranzystory pracują w stanie częściowego nasycenia, dąży się do jego uniknięcia, czyli działają zerojedynkowo – albo są maksymalnie nasycone, albo puste.  Gdy tranzystory są maksymalnie nasycone, cała moc prądu stałego jest oddawana do obciążenia, gdy zaś są całkowicie wyłączone (stan zatkania) wtedy moc w ogóle nie jest oddawana.

W obydwu przypadkach w tranzystorach występują jedynie znikome straty mocy. Częstotliwość przełączania musi być dużo większa od największej częstotliwości występującej w sygnale audio. Pojawia się tu pytanie: Jaki związek ma taki poszatkowany przebieg elektryczny z pełnym sygnałem akustycznym?

Otóż wykorzystuje się tu znane zjawisko fizyczne. Głośniki dynamiczne mają pewną bezwładność jak hulajnoga, ponadto pole magnetyczne w cewce głośnika nie znika natychmiast w chwili przejścia tranzystorów mocy w stan wyłączenia. W związku z tym pracujący głośnik sam interpoluje, czyli uzupełnia brakujące części sygnału w tych momentach, gdy tranzystory są wyłączone. Z tego faktu wynika główny zarzut konserwatywnego środowiska audiofilskiego – że sygnał w klasie D w przeciwieństwie do klasy A i AB nie jest przekazywany w sposób ciągły.

NAD M10

Konstrukcja takiego wzmacniacza jest bardzo złożona, a wymagania, którym muszą sprostać same elementy są kluczowe. Wysoka częstotliwość przełączania może powodować generowanie zakłóceń. Stąd wyłania się wiele praktycznych problemów, które do niedawna uniemożliwiały upowszechnienie tego pomysłu.

Zmiana popularności klasy D na przestrzeni lat

Choć wzmacniacze klasy D na dobre zagościły już w branży, to jednak nie od samego początku cieszyły się dobrą opinią. Przyczyn takiego stanu rzeczy było kilka. Choć założenia teoretyczne były bardzo atrakcyjne, to jednak stan postępu w technologii półprzewodników pozostawiał wciąż wiele do życzenia. Pierwsze próby zbudowania wzmacniacza pracującego w klasie D miały miejsce pół wieku temu. Niestety dostępne wówczas półprzewodniki (bipolarne tranzystory mocy) były zbyt powolne do takich zastosowań. Miały po prostu zbyt małą częstotliwość graniczną.

Dopiero dwie dekady później pojawiły się odpowiednie tranzystory typu MOSFET, które nie dość że były relatywnie niedrogie i niezawodne, to jeszcze miały odpowiednie parametry. Pierwsze konstrukcje komercyjne wzmacniaczy pracujących w klasie D do zastosowań domowych o wysokiej jakości można było zobaczyć i posłuchać pod koniec lat 90. ubiegłego stulecia. Niestety, technika ta była nielicznie reprezentowana i na domiar złego wzmacniacze klasy D z reguły były dużo droższe niż ich klasyczne odpowiedniki. Również od strony brzmieniowej nie były zbyt wyrafinowane.

Trzeba było czekać zatem kolejną dekadę, na przełom. Dopiero w 2009 roku firma NAD zaprezentowała wzmacniacz Master M2, będący wynikiem ścisłej współpracy z brytyjskim producentem półprzewodników – firmą Zetex.

Innowacja polegała na zaaplikowaniu cyfrowej pętli sprzężenia zwrotnego, dzięki czemu udało się radykalnie poprawić parametry mierzalne i nie było to wcale ostatnie słowo tej firmy. Wkrótce potem zrealizowano koncept DDFA (Direct Digital Feedback Amplifier) w kolejnym wzmacniaczu. Tym razem adresowanym do szerszego grona odbiorców – modelu C390DD.

Niestety audiofile wciąż nie byli gotowi na tak rewolucyjne rozwiązanie, jak na wzmacniacz dysponujący wyłącznie wejściami cyfrowymi. Dopiero w wyniku dalszych intensywnych prac (firmy Philips i Hypex), opracowano i wdrożono do produkcji skuteczną i bardzo dobrą technologię wytwarzania takich układów (wzmacniaczy klasy D i dedykowanych im zasilaczy impulsowych). Co więcej, uczyniono tę technikę bardziej przystępną cenową. Wszystko wskazuje na to, że przyszłość tej technologii wydaje się rysować bardzo interesująco.

Peachtree Audio amp500

Postrzeganie wzmacniaczy klasy D

Mimo, że urządzenia takie są od dawna obecnie i chwalone na rynku pro, jak również od dawna obecne w masowym sprzęcie czy kinie domowym, to jakoś audiofile ich na razie nie pokochali.

Przyczyn tego zjawiska jest kilka:

  • Po pierwsze, audiofile z natury są osobami o konserwatywnych poglądach i do nowości podchodzą niestety z dystansem. Technologia jest stosunkowo nowa, jeśli chodzi o udane jej wykorzystanie w sprzęcie hi-fi.
  • Po drugie, istnieje grupa audiofilów, którzy preferują pewien rodzaj zniekształceń, na przykład obecny w układach lampowych. Nie akceptują brzmienia wzmacniaczy tranzystorowych i chcą tym samym uniknąć zniekształceń innego typu, niż te występujące w urządzeniach lampowych.
  • Po trzecie, sytuacja dotyczy głównie tych osób, które wskutek swoich uprzedzeń do tej techniki po prostu nie chcą spróbować posłuchać dobrych wzmacniaczy w klasie D.

Pula producentów korzystających z klasy D z roku na rok powiększa się. I wszystko wskazuje na to, że bariery „wizerunkowe” zostaną wkrótce przełamane. 

Phantom REACTOR

Fakty i mity o klasie D

Wzmacniacze pracujące w klasie D i ich zasilacze impulsowe, są gorsze od klasycznych rozwiązań.

Nieprawda. Wiele doskonałych wzmacniaczy (w klasach D i A/B) używa zasilania impulsowego, a rezultat jest tak dobry, że wymiana tego ostatniego na liniowy może tylko popsuć fabrycznie uzyskany rezultat brzmieniowy.

Ponadto, klasa D i zasilacze impulsowe to trudna technologia, więc nietrudno jest znaleźć zły przykład. A gdy taki zostanie już podany, to bardzo łatwo o uogólnienie, że dobry wzmacniacz klasy D czy zasilacz impulsowy jest niemożliwy do zbudowania. To zwykłe nadużycie. Warto pamiętać, że jest też wiele kiepskich klasycznych wzmacniaczy z liniowymi zasilaczami, co wcale nie oznacza, że taka technologia jest w ogóle zła.

Klasa D jest jedyną słuszną przyszłością dla wzmacniaczy audio.

Prawda. Wszystko wskazuje na to, że tak będzie już niedługo. Skoro można mieć wzmacniacz w klasie D, który jest równie dobry, jak najlepsze konstrukcje klasyczne w klasie AB, a nawet w klasie A, to nie ma powodu, aby decydować się na starą technologię. I nie chodzi wcale o wyższość klasy D, tylko o stan rozwoju technologii i wielce obiecujące jej efekty.

Wzmacniacze w klasie D nie współpracują dobrze ze wszystkimi zespołami głośnikowymi.

Nie do końca jest to prawdą. Na wyjściu każdego wzmacniacza klasy D pracuje pasywny filtr (LC), na którego charakterystykę dość silnie wpływa rodzaj obciążenia, czyli impedancja zespołów głośnikowych. Ze zrozumiałych względów nie jest możliwe zoptymalizowanie filtru wyjściowego pod kątem setek różnych zespołów głośnikowych. Jednak w ostatnich latach wiele uwagi poświęcono konstrukcji pętli sprzężenia zwrotnego, które odpowiada za minimalizację zniekształceń tego typu.

Wzmacniacze pracujące w klasie D mają szereg specyficznych cech i związanych z nimi problemów konstrukcyjnych.

Obecnie nie jest to już prawdą. Miało to znaczenie we wczesnej fazie rozwoju tej techniki. Chodziło tu głównie między innymi o pasożytnicze zjawiska występujące w trakcie przełączania, interferencje elektromagnetyczne, czy wpływ filtrów wyjściowych na pracę wzmacniacza. Obecnie pojawiły się różne rozwiązania i i zaawansowane techniki mające na celu radzenie sobie z tego typu problemami.

Wzmacniacze klasy D są droższe i gorsze od klasycznych konstrukcji.

Nieprawda. Początkowo była to bardzo trudna i skomplikowana technika. Uzyskanie dobrych osiągów audio jest ogromnym technicznym wyzwaniem, które wymaga dobrych zdolności matematycznych, połączonych z nadzwyczajnie dobrym projektowaniem obwodów analogowych i płytek drukowanych. Obecnie jakość najlepszych wzmacniaczy klasy D jest porównywalna z większością high-endowych wzmacniaczy w klasie A, a przy tym nie kosztują przysłowiowych "oczu z głowy".

Najbardziej udane konstrukcje w klasie D z oferty THF

W portfolio naszej firmy znajdziecie Państwo konstrukcje uznanych producentów, takich jak: Devialet, ELAC, NAD, Peachtree Audio, TEAC czy Yamaha. Szczególnie godne polecenia są wyrafinowane konstrukcje Devialeta, łączące w sobie rozwiązania typu „State-of-the-Art.” z wyrafinowanym wzornictwem. Osobom szukającym niebanalnego wzornictwa polecamy urządzenia firmy Peachtree Audio, będące konstrukcjami hybrydowymi łączącymi tę najnowszą technikę wzmacniaczy impulsowych z technologią lampową, co zaowocowało bardzo muzykalnym brzmieniem. Najlepszą relacją jakości do ceny charakteryzują się, zresztą nie od dziś, niepozornie wyglądające urządzenia spod znaku NAD (seria Classic) albo bardziej zaawansowane modele z serii Masters. Do wyboru jest kilka modeli różniących się funkcjonalnością i mocą wyjściową. Interesującym rozwiązaniem jest wzmacniacz Yamahy WXA-50, będący elementem firmowego, bardzo elastycznego w impelementacji systemu MusicCast.

Podsumowanie

Wzmacniacze w klasie D mają dużą sprawność, dzięki czemu są wyborem przyjaznym dla środowiska. Ta sprawność oznacza mniej marnowanego ciepła, a w związku z tym także brak konieczności stosowania niezbyt „fotogenicznych” radiatorów. Dlatego też wzmacniacz może być sporo mniejszy niż porównywalny mocowo w klasie A. A przy tym będzie zdecydowanie ładniejszy. Wszystko wskazuje na to, że jest to już „ten czas”, aby przesiąść się z tradycyjnego wzmacniacza na nowy, pracujący w klasie D.

Pracownicy salonów Top Hi-Fi & Video Design mają na co dzień styczność ze wzmacniaczami pracującymi w klasie D. Mogą szczerze potwierdzić wysoką jakość tych wyrobów. W razie jakichkolwiek pytań zapraszamy do kontaktu z naszymi ekspertami, którzy zawsze służą radą i pomocą. Z przyjemnością pokażą Wam na żywym przykładzie, jak brzmią poszczególne modele. Zapraszamy zatem na odsłuch.

Poprzedni
Powrót do aktualności
Następny

Polecane

  1. MusicCast WXA-50 (czarny)
    Cena promocyjna 2 395 zł Normalna cena 2 495 zł
  2. Phantom Reactor 900 black

    Phantom Reactor 900 black

    Devialet
    Głośniki multiroom
    6 299 zł
  3. Bestseller
    M10

    M10

    NAD
    Odtwarzacze sieciowe
    12 999 zł
  4. Phantom Reactor 900

    Phantom Reactor 900

    Devialet
    Głośniki multiroom
    Cena promocyjna 5 999 zł Normalna cena 6 299 zł
  5. Phantom Reactor 900 Gold Opera

    Phantom Reactor 900 Gold Opera

    Devialet
    Głośniki multiroom
    7 599 zł

Polecane

Umów się na prezentację w salonie

W każdym z naszych salonów znajduje się sala odsłuchowa, w której w miłej atmosferze zaprezentujemy Ci brzmienie wybranego przez Ciebie sprzętu audio.

Umów się na spotkanie

Zobacz listę salonów

Umów

Top Hi-Fi & Video Design

Salony firmowe

Salony firmowe

Top Hi-Fi & Video Design: