クラス A 対クラス AB アンプ: バイアス、熱、パワードスピーカーのトレードオフ

ほぼすべてのパワード スピーカー プロジェクトにとって、適切に設計されたクラス AB ステージは、エンジニアリング上も商業的にもより安全な選択です。クラス A が勝つのは、非常に低い聴取レベルで測定された直線性が、熱、重量、電力コストよりも重要な場合のみです。この一文は、紙の上ではクラス A の評判が良いにもかかわらず、クラス AB モジュールが依然としてほとんどの製品スピーカーに搭載されている理由を説明しています。

2 つのクラスは異なるテクノロジではありません。これらは同じ相補型トランジスタ出力段であり、異なる動作点でバイアスされています。ヒートシンクのサイズから出荷時の重量に至るまで、他のすべてはそのバイアス電流に従います。

バイアスポイントがその他すべてを決定する

クラス A 出力ステージでは、デバイスは信号サイクルの 360 度全体にわたって導通します。静止電流は、アンプが負荷に供給するピーク電流よりも高く設定されているため、トランジスタがオフになることはありません。クロスオーバー領域やデバイス間のハンドオフはなく、伝達曲線は数ミリボルト以上では直線のままです。

クラス AB は、クラス B とクラス A の間に位置します。小さな定常バイアスにより、両方のデバイスがサイクルの約 200 度にわたって導通状態を維持します。これは、ゼロ交差でオーバーラップし、純粋なクラス B を悩ませるノッチ歪みを除去するのにちょうど十分な量です。オーバーラップ ウィンドウの外では、各デバイスは半分の時間しか動作せず、そこから効率が向上します。

実際の結果はベンチで簡単に観察できます。クラス A チャネルは、サイレント状態であっても最大出力で動作していても、電源からほぼ同じ電力を消費します。クラス AB チャネルは、アイドル時にはほとんど電力を消費しませんが、出力が上昇するにつれて徐々に電力を消費します。そのため、クラス A シャーシは電源投入後 10 秒間は高温になりますが、AB シャーシはプログラム素材が到着するまで低温のままです。

効率と熱: スイッチを切らないことのコスト

クラス A ステージの理論上の上限は、トランス結合負荷では 50% であり、より一般的なシングルエンド構成では 25% 近くになります。実際のデザインは 15 ～ 30% の範囲に落ち着きます。クラス AB は理論的には約 78.5% に達し、実際には 50 ～ 70% を実現します。これがまさに、クラス AB が高出力アナログ オーディオのデフォルトとなった理由です。

それを購入の決定につなげます。 200W クラス AB モジュールは、フル出力時に主電源から 300 ～ 350W、アイドル時に 20 ～ 30W を消費します。同等のクラス A 設計には、数百ワットの連続消費に耐えるサイズの電源とヒートシンクが必要です。これは、通常、供給ワットあたりの金属、トランス、およびキャビネットの体積が 3 ～ 4 倍になることを意味します。

歪み: 優れたクラス AB は通常、安価なクラス A を上回る

クラス A の評判は 2 つの実際の利点に基づいています。クロスオーバー歪みがないことと、低次の無害な 2 次高調波が大半を占める高調波プロファイルです。どちらも本物です。しかし、製品において重要な比較は、理想と理想が一致することはほとんどありません。

クラス AB のクロスオーバー歪みは、まさに耳が最も敏感な低出力レベルで高次の高調波として現れます。これは、十分なバイアス電流、ヒートシンクが温まるにつれて設定がドリフトしないようにバイアス ネットワークの厳密な熱追跡、および適切なループ ゲインの 3 つの要素によって制御されます。適切に実行された場合、クラス AB モジュールは定格出力での全高調波歪みを 0.01 ～ 0.05% の範囲に抑えますが、これは通常の再生状況では聞こえません。

クラス A が本当に前進しているのは、ミリワット レベルの高感度ドライバーです。あなたの製品がクリティカルリスニング用のニアフィールドモニターである場合、そのマージンは支払う価値があります。ポータブル PA ボックス、コラム スピーカー、またはサブウーファーの場合、その違いは部屋の騒音やプログラム素材の下では消えてしまいます。

クラス A とクラス AB の概要

以下の表は、実際に部品表と熱設計を決定するパラメータの比較をまとめたものです。

これがパワードスピーカーモジュールの設計に何を意味するか

プロフェッショナル向けのパワード スピーカー、ライン アレイ、およびサブウーファーは、クラス AB を中心に構築されており、ますますクラス D およびクラス H を中心に構築されています。その理由は 1 つあります。動作する製品はホット ラック内での長いデューティ サイクルに耐える必要があるからです。上記の熱計算では、システムが要求する電力レベルでクラス A が除外されるだけです。

典型的な AB 設計内では、パワー アンプ モジュールが電圧ゲインと電流供給を処理し、トーン コントロール、マイク入力、リミッターはその前に配置された別個の機能モジュールで動作します。この分割により、アナログ信号チェーンが短く保たれ、1 つのアンプ プラットフォームを複数のキャビネット モデル間で再利用できるようになります。

PL35 クラス AB アンプ用水平アナログ フロントエンド モジュール バランスの取れたマイクとライン入力に加え、5 バンドのグラフィック イコライザーを備えたこの水平モジュールは、クラス AB アンプ プラットフォームのコンパクトなフロントエンドになります。 製品を見る→

PL21 / PL21E リミット保護付き縦型機能モジュール 狭いエンクロージャ向けの垂直フロントエンド オプション。バランス型マイクとライン入力、5 バンド イコライザー、および制限保護を組み合わせています。 PL21E はマイク エコー コントロールを追加します。 製品を見る→

上記の 2 つのフロントエンド モジュールは、そのパターンに従っています。つまり、水平形式の 5 バンド グラフィック イコライザーを備えたバランスの取れたマイクとライン入力、またはエンクロージャが狭い場合は垂直形式の制限保護を備えた同じイコライザーです。どちらもクラス AB アンプ プラットフォーム用に設計されているため、出力段のバイアス動作が主要な変数のままです。

AB 設計の熱バジェットがスケーリングを停止した場合 (通常、コンパクトなキャビネット内のチャンネルあたり数百ワットを超えます)、プロフェッショナル オーディオの次のステップはクラス A に戻るのではなく、信号に合わせて電源レールを切り替えるクラス H に進むことになります。 AMP400H などのモジュールは、リニアトランス電源と U 字型アルミニウム ヒートシンクを維持し、低レベルと中レベルでの消費をカットしながらアナログ出力段を維持します。

AMP400H 7294 クラス H パワーアンプモジュール 400 Wの中低周波出力と100 Wの高周波出力、リニアトランス電源、U字型ヒートシンク、および複数の保護回路を備えたクラスHモジュール。 製品を見る→

コミットする前にファミリー全体のマッピングを行うチーム向けのガイド パワードスピーカーモジュール設計用のアンプクラスA、AB、D、H トポロジごとに同じトレードオフを検討します。現在の状況を閲覧することもできます クラスABラウドスピーカーアンプモジュール 出力レベルと供給オプションを比較します。

新製品としてどちらかを選択する

通常、次の 4 つの質問は、どのリスニング テストよりも早く決定を下します。

1. デューティサイクルとは何ですか?高出力で 8 時間動作するスピーカーには、全時間バイアス電力を消費するステージを設置する余裕はありません。
2. 熱はどこへ行くのでしょう？密閉されたプラスチック筐体では、AB 設計にはプレートへの熱経路がすでに必要です。クラス A には、はるかに大きなものが必要になります。
3. 実際に聞こえる歪みはどのレベルですか?ダミー負荷に 1 W を入力するのではなく、製品が実際に再生するレベルで測定してください。
4. 完成したユニットの重さはどれくらいですか?変圧器とヒートシンクの質量は、一回限りの費用ではなく、定期的に発生する輸送費と設置費です。

これらに正直に答えると、モジュール プラットフォームとともにバイアス ポイントが自動的に選択される傾向があります。

よくある質問