avagy, minden „D”-osztály egy kaptafa?
Néhány zenerajongó számára minden „D”-osztályú erősítő ugyanazt a megoldást jelenti és zsigerből bevágja a sarokba. Felmerül a kérdés, valóban mindegyik egyforma? Vannak különbségek a technológiák között? Érdemes, legalább felszínesen megismerni mindent, mert még az is lehet, hogy ellene papolók nagy többsége rendszeresen használja valamelyiket.
Elsőként tisztázzuk azt, hogy több helyen is lehet használni a „D”-osztályú erősítés-technikát. 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 alakulásának 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 hangszórók meghajtására. A másik mód az impulzus sűrűség moduláció, más néven PDM. Ez a rendszer mindig azonos szélességű impulzusok azzal 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 idő egységeket, 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 erre a feladatra. A név ismerős lehet máshonnan is, és ígérjük, ezzel még vissza fogunk élni! Erre hivatkozva gázolunk majd bele később a „D”-osztályú erősítőt mereven elutasítók lelkébe, de nyugi, ott még nem tartunk.
Először még tisztázzuk, hogy mitől kevésbé folyékony a hangjuk, mint az analóg erősítőknek. A mintavételezési frekvenciától, és attól, hogy a hangsugárzó-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 specifikációk között 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. Ahhoz képest, hogy 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 az elmúlt néhány évtizednyi evolúciója során, az igényeink annál inkább nőttek.
Ehhez társul a hangfal folyton változó impedanciája, amely kiszámíthatatlan ritmusban sütögeti ki a demodulátor kondenzátorunkat. Ha a kisütögetés mértéke túl gyors az nem jó, ha túl lassú az sem, mindkét esetben jelentősen megnő a zaj. Lehet ez ellen védekezni? Természetesen! A „védekezést” ennél az erősítés módnál 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 egy „D”-osztályú erősítő hangja, akár PDM modulációval is.
Fent tisztáztuk a végerősítőként használt „D”-osztály sokat becsmérelt 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 hallani a PDM-ről, az nem jelenti azt, hogy kevesebbszer is hallgatjuk. 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 kimenetre lehet kötve) bemeneti impedanciája nem változik annyira hektikusan, mint egy hangsugárzónak. De, hogy bizony az sem állandó, az is kénye-kedve szerint sütögeti kifelé azt a kimeneten lévő demodulátor kondenzátort, ám ebben az esetben valahogy senkinek nem fáj annyira, ha digitális ízű a hangzás – még egy analóg erősítővel hallgatva is.
A cikk alap ötletéért köszönet a Researchgate-nek.
