科學角度看音響4:元件與失真關係式,泛談4類放大器原理

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AB類放大器

既然A類太耗費能量,B類又聲音差,是否有折衷方案呢?事實上是有可能的,那就是使用2個放大元件的AB類擴大機,在訊號振幅小於某個程度時,2個元件會同時運作,此時可視為A類擴大器,在這個架構下就不切分訊號。但若振幅大於某個程度時,其中1個元件會鎖死(工作截止),另一支管子的電壓則會再往上或往下拉,在這個基準上,就會變成B類擴大機的工作狀態。

AB類放大器在小訊號時表現很接近A類,但有更好的低頻響應,而在大訊號時又有足夠的推力,但是在A類切換為B類的那一瞬間,仍然會有缺口和放大倍率不同的問題出現,所以在大聲時一樣會粗粗的。幸好大部分的音樂在大聲時都熱鬧非凡,所以比較少人會在意細節的完美。不過,還是有很多金耳朵是可以輕易聽出來的,因為這些細節正好都是表現音場的要素,所以AB類的細膩度在聽慣A類產品的耳朵是完全不能比的。

科學角度看音響4:元件與失真關係式,泛談4類放大器原理

兼具A、B類優點

目前有一些公司,好比Pass  LAB的Nielson Pass大師,正在努力推廣AB類,因為他們常常出一堆200W至1000W的大出力機種,如果做成A類,那麼就算沒訊號都要吃掉上百瓦的電力。

更妙的是,大多數人就算把音量轉到鄰居都要過來吵架了,此時的輸出可能都只有40∼50W,平常大多數時間內這些玩家的放大器根本只有輸出不到10W。超過20W的部分大多備而不用。

在這種情況下,Pass大師會推廣AB類架構是絕對環保又合理的事。一般而言200W的AB類擴大機在輸出15∼20W間都是A類範圍。但水電工要說的是,那干脆就買小瓦數的A類不就得了,水電工平常用的是16W單端A類的機器,音量一調大,照樣是全場震動。

D類放大器

D類放大器的原理是比較有趣的,A類和AB類等放大原理都是將波形直接用元件放大,也就是元件跟著波形走的。但是D類放大器則是利用弦波或鋸齒波取樣原始波形,計算出放大元件應該開啟的時間長度,然後按照這個時間來開啟放大元件。

放大元件一旦開啟就是全力輸出,沒有轉換曲線這種事,當元件全力輸出時,電壓就會由低拉到高或由高往低拉,這原理就有點像電容器充電一樣,當對輸出級的電容、電感元件全力充放電時,電壓的變化不是瞬間就達到最高,而是要花點時間拉上去。若是我們在電壓拉到一個定值時就關了元件,那麼電壓就會短暫停留在那裡後往下掉。所以控制好元件開啟的時間就能夠控制單位時間的輸出電壓,進而複製出原本的波形且放大。

科學角度看音響4:元件與失真關係式,泛談4類放大器原理

▲先使用鋸齒波進行PWM調變,得到如下的PWM波形

科學角度看音響4:元件與失真關係式,泛談4類放大器原理

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▲上圖的PWM波形就是控制輸出晶體開關的時間長度,只要按照圖中為高準位的時間開啟電晶體,即可在輸出端的低通濾波器,重製回原來波形

魯蛇實驗室
作者

戶田惠梨香 新垣結衣 長澤雅美 吉高由里子 志田未來 北川景子 香里奈 竹內結子 北乃紀伊 菅野美穗 黑川智花 宮崎葵 夏帆 貫地谷詩穗梨 石原里美 有村架純 井上真央 真野恵里菜 能年玲奈 深田恭子

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