Penjelasan Amplifier Kelas: Cara Memilih Kelas AB, D atau H untuk Desain Speaker

Dua kutipan muncul di meja Anda untuk papan subwoofer bertenaga 2 x 500 W yang sama. Yang pertama dibangun di sekitar panggung Kelas AB dengan heatsink kira-kira seukuran buku bersampul tipis. Yang kedua menggunakan panggung Kelas D pada papan yang ukurannya sedikit lebih besar dari telepon. Keduanya jujur ​​​​tentang peringkat kekuatannya. Hanya satu yang cocok dengan kabinet yang telah Anda perkakas, dan hanya satu yang akan lulus uji termal dalam wadah kayu tertutup pada suhu sekitar 40 °C.

Itulah keputusan sebenarnya di balik ungkapan "penguat kelas". Kelas penguat menjelaskan bagaimana perangkat keluarannya menghantarkan arus dalam satu siklus sinyal. Pilihan tunggal tersebut menentukan berapa banyak panas yang harus Anda hilangkan, jenis catu daya apa yang harus Anda beli, berapa banyak penyaringan dan pelindung yang dibutuhkan papan, dan berapa banyak aluminium yang masuk ke dalam sasis. Itu tidak dengan sendirinya memutuskan apakah suatu produk terdengar bagus.

Apa yang sebenarnya dijelaskan oleh label kelas

Nama kelas berasal dari satu properti fisik: berapa lama perangkat keluaran tetap konduktif selama satu siklus sinyal audio. Kelas A membuat mereka tetap memimpin sepanjang waktu. Kelas B membagi siklus antara dua perangkat, masing-masing menangani setengahnya. Kelas AB menjaga kedua perangkat sedikit terbuka pada titik persimpangan nol sehingga penyerahannya lancar. Kelas D meninggalkan gagasan linier sepenuhnya dan mengganti perangkat keluaran pada beberapa ratus kilohertz, mengkodekan audio sebagai lebar pulsa. Kelas H mempertahankan tahap audio linier tetapi membuat rel suplai naik dan turun mengikuti selubung sinyal.

Segala sesuatu yang lain mengikuti dari itu. Suatu tahapan yang berjalan sepanjang waktu akan membuang sebagian besar pasokannya sebagai panas. Tahap peralihan hampir tidak kehilangan apa pun pada perangkat tetapi mendorong masalah desain ke dalam filter keluaran, penggerak gerbang, dan anggaran interferensi elektromagnetik. Tahap yang menggerakkan relnya mengurangi tegangan pada perangkat keluaran, yang merupakan asal panas dalam penguat linier.

Apa yang tidak diberitahukan oleh label kepada Anda adalah kualitas pembuatannya. Modul Kelas D yang ditata dengan buruk dan modul yang dirancang dengan cermat memiliki nama yang sama dan dapat berbeda suhu heatsink sebesar 15 °C pada tingkat keluaran yang sama.

Efisiensi, panas, dan distorsi berdampingan

Referensi desain yang dipublikasikan mengutip pita efisiensi yang lebar, karena angka sebenarnya bergantung pada tingkat keluaran, impedansi beban, dan desain pasokan. Gambar di bawah ini adalah rentang yang biasanya digunakan para insinyur ketika membandingkan topologi pada atau mendekati keluaran terukur penuh.

Kelas AB: linearitas yang Anda bayar dalam panas

Kelas AB hadir untuk menghilangkan takik persilangan Kelas B tanpa membayar seluruh biaya Kelas A. Arus bias yang kecil membuat kedua perangkat keluaran tetap mengalir di sekitar persilangan nol, sehingga serah terima di antara keduanya tetap lancar. Arus diam pada modul pro-audio berada pada angka puluhan miliampere per pasangan perangkat, cukup untuk menjaga takik di luar jangkauan suara namun cukup kecil sehingga amplifier tidak memasak saat idle.

Keuntungannya adalah panas terus menerus. Modul Kelas AB 400 W menarik arus yang berarti bahkan tanpa sinyal, dan ukuran heatsink harus disesuaikan untuk kasus terburuk: kebisingan merah muda pada daya seperdelapan selama satu jam di rak dengan aliran udara yang buruk. Itulah sebabnya modul analog cenderung membawa heatsink ekstrusi besar, braket aluminium berbentuk U, dan terkadang kipas angin. Pembeli yang hanya membandingkan watt pada label sering kali melewatkan hal ini, kemudian menemukan bahwa 400 W yang sama pada modul Kelas D memerlukan sedikit logam.

Keuntungannya telah dipahami dengan baik: tidak ada residu peralihan, tidak ada filter keluaran yang berinteraksi dengan beban, pasokan berbasis transformator sederhana, dan perilaku yang sudah diketahui oleh teknisi lapangan tentang cara melakukan servis.

Kelas D: efisiensi tergantung pada pasokan yang Anda pasangkan

Modul Kelas D beralih pada beberapa ratus kilohertz dan merekonstruksi audio melalui filter keluaran LC. Perangkat menghabiskan sebagian besar waktunya dalam keadaan hidup atau mati sepenuhnya, sehingga kerugian konduksi kecil dan tingkat efisiensinya nyata. Apa yang disembunyikan oleh judul tersebut adalah bahwa keunggulan tersebut hanya mendekati kekuatan yang diperingkat. Pada tingkat pendengaran di latar belakang, kerugian peralihan dan penggerak gerbang mendominasi dan efisiensi menurun tajam, yang lebih penting bagi produk bertenaga baterai dibandingkan produk bertenaga listrik.

Desain lainnya memiliki bobot yang sama. Dead time yang terlalu pendek menyebabkan terjadinya shoot-through; terlalu lama dan distorsi meningkat pada output rendah. Filter keluaran harus tetap stabil pada beban sebenarnya, bukan pada resistor tiruan di bangku cadangan. Dan pasokannya harus tetap mencukupi: panggung Kelas D yang dipasangkan dengan rel yang lembut dan tidak diatur akan melorot pada transien bass dan membatalkan manfaatnya. Itulah sebabnya pasokan LLC yang beresonansi dan ujung depan yang dikoreksi faktor daya telah menjadi standar dalam modul yang serius.

Modul Penguat Daya Subwoofer Aktif EON522SUB Pasangkan pasokan resonansi 800 W LLC dengan tahap bass Kelas D 500 W, mengatasi kendurnya rel dan peralihan kebisingan pada subwoofer bertenaga. Lihat Produk →

Sebagai contoh polanya, modul seperti EON522D-2092 memasangkan tahap Kelas D low-pass 500 W dan high-pass 200 W dengan pasokan resonansi LLC, yang merupakan kombinasi yang menjaga rel melorot dan kebisingan peralihan tetap terkendali dalam enclosure 2.1.

Kelas H: peralihan rel untuk rentang daya tertinggi

Kelas H mempertahankan tahap keluaran linier tetapi memberikannya lebih dari satu rel suplai. Ketika selubung sinyal melewati ambang batas, amplifier beralih ke rel yang lebih tinggi; ketika jatuh kembali, relnya jatuh lagi. Oleh karena itu, perangkat keluaran hanya melihat beberapa volt saja, bukan seluruh rel, dan panas yang seharusnya masuk ke heatsink tidak pernah dihasilkan. Dalam praktiknya, modul Kelas H menghadirkan kekuatan desain Kelas AB yang jauh lebih besar dengan kedalaman sasis yang sama.

Efisiensi itu tidak gratis. Sirkuit peralihan rel menambah suku cadang dan biaya, transisi dapat menghasilkan artefak jika ambang batas komparator dipilih dengan buruk, dan trafo memerlukan banyak ketukan. Hal ini juga membuat dokumentasi servis menjadi lebih penting, karena teknisi yang memperlakukan modul seperti papan AB biasa akan salah mendiagnosis kesalahan rel sebagai kegagalan perangkat keluaran.

Modul Penguat Daya AMP400H 7294 Kelas H Menggabungkan tahap rendah/menengah Kelas H 400 W dengan tahap frekuensi tinggi Kelas AB 100 W dan radiator aluminium berbentuk U untuk output yang stabil. Lihat Produk →

Modul dalam kategori ini, seperti AMP400H-7294 dengan radiator aluminium berbentuk U, biasanya ditentukan untuk tugas subwoofer dan line array di mana output tinggi terus menerus diharapkan selama berjam-jam, bukan menit.

Apa yang diubah oleh pilihan kelas di bagian bawah tumpukan modul

Tahapan kekuasaan adalah satu kesatuan dalam sebuah rantai, dan keputusan kelas mempengaruhi seluruh bagian lainnya. Tahap Kelas D dengan pembatas cepat memerlukan modul preamp yang dapat memberikan sinyal yang bersih dan berskala baik; Tahap Kelas AB dengan ruang kepala penguatan 20 dB akan berperilaku berbeda dengan sumber yang sama. Struktur penguatan, perilaku klip, ambang batas perlindungan, dan bahkan pilihan volume lancip semuanya berubah seiring dengan topologi.

Modul DSP DSP1903 ADAU1701 untuk Sistem 2.1 Modul DSP berbasis ADAU1701 dengan empat mode EQ preset, Bluetooth, dan XLR I/O, cocok untuk mencocokkan perilaku limiter dalam sistem line array 2.1. Lihat Produk →

Dalam praktiknya, di sinilah pemasok modular memperoleh penghasilan. Modul DSP seperti DSP1903, yang dibangun di atas ADAU1701 dan membawa empat mode EQ preset untuk sistem line array 2.1, harus disesuaikan dengan perilaku pembatas tingkat daya apa pun yang berada di bawahnya. Jika keduanya ditentukan secara independen, sistem akan melakukan kliping lebih awal atau melakukan perlindungan terlambat. Kami panduan trade-off desain A, AB, D dan H membahas lebih dalam bagaimana ambang batas tersebut ditetapkan.

Mencocokkan kelas dengan produk yang Anda buat

Sebagian besar proyek speaker bertenaga terbagi dalam beberapa pola, dan masing-masing pola mempersempit pilihan kelas dengan cepat:

• Sistem susunan garis dan kolom. Berat dan kepadatan rak menentukan. Kelas D dengan pasokan resonansi adalah defaultnya, dengan Kelas H dicadangkan untuk modul yang harus dijalankan pada output sangat tinggi untuk jangka waktu lama.
• Subwoofer. Daya kontinu tinggi menjadi beban impedansi rendah. Kelas D dengan persediaan yang kuat dapat menangani hal ini dengan baik; suplai, bukan amplifier, biasanya merupakan bagian pembatas.
• Speaker portabel dan bertenaga baterai. Efisiensi pada beban sebagian lebih penting daripada angka puncak. Kelas D adalah satu-satunya pilihan yang realistis, dan kerugian yang menganggur memerlukan perhatian yang sama besarnya dengan keluaran maksimum.
• Mixer bertenaga dan kotak analog yang sensitif terhadap biaya. Kelas AB dengan trafo linier menjaga tagihan bahan tetap sederhana dan kisah layanan tetap familiar, dengan biaya heatsink yang lebih besar.
• Subwoofer tur berdaya tinggi. Desain Kelas H atau Kelas D rel tinggi, bergantung pada apakah tim desain lebih menyukai perilaku linier atau bobot minimum.

Apa yang harus diperiksa dengan pemasok modul sebelum Anda berkomitmen

Watt datasheet adalah angka yang paling tidak berguna dalam percakapan. Inilah poin-poin yang membedakan desain yang bertahan saat digunakan di lapangan dengan desain yang sudah ada sebelumnya:

1. Efisiensi dan suhu casing pada daya seperdelapan, tidak hanya pada output terukur penuh, diukur dalam udara diam pada suhu ambien yang Anda inginkan.
2. Distorsi pada 1 W dan 10 W, tempat artefak crossover dan switching benar-benar hidup.
3. Perilaku perlindungan: apa yang terjadi pada output yang mengalami korsleting, beban yang tidak sesuai, atau pasokan yang menurun, dan apakah modul dapat pulih dengan sendirinya.
4. Persyaratan pasokan, termasuk apakah koreksi faktor daya diperlukan untuk pasar tujuan pengiriman Anda.
5. EMI dan kebisingan idle, terutama untuk modul Kelas D yang menyalurkan driver kompresi efisiensi tinggi.
6. Konsistensi antara prototipe dan produksi massal, yang merupakan pertanyaan manufaktur dan juga teknik.

Untuk pembeli yang memerlukan konfigurasi non-standar, urutan yang masuk akal adalah menyelesaikan kelas dan topologi pasokan terlebih dahulu, kemudian mengambil modul melalui pengembangan adat untuk struktur penguatan, konektor dan perilaku preset. Mengubah kelas setelah kabinet dan catu daya dibekukan membutuhkan biaya yang mahal.

Pertanyaan yang sering diajukan tentang amplifier kelas