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同じ 2 x 500 W 電源サブウーファー ボードに関する 2 つの見積もりが机に届きます。 1 つ目は、ペーパーバック本とほぼ同じサイズのヒートシンクを備えたクラス AB ステージを中心に構築されています。 2 つ目は、電話機よりもわずかに大きいボード上のクラス D ステージを使用します。どちらも定格電力については正直です。すでに製作したキャビネットに適合するのは 1 つだけであり、周囲 40 °C の密閉された木製筐体内での熱テストに合格するのは 1 つだけです。
それが「クラスアンプ」という言葉の背後にある本当の決断です。アンプのクラスは、その出力デバイスが 1 つの信号サイクルにわたってどのように電流を流すかを表します。この 1 つの選択によって、除去する必要がある熱の量、購入する必要がある電源の種類、ボードに必要なフィルタリングとシールドの量、およびシャーシに使用するアルミニウムの量が決まります。製品のサウンドが良いかどうかは、それ自体で決まるわけではありません。
短いバージョン: 線形性とシンプルな電源が重要な場合はクラス AB が依然として勝ち、クラス D は効率と重量で勝ち、クラス H は高出力電力がシャーシをラジエーターに変えるのを防ぐために存在します。キャビネット、負荷、供給予算を把握した後でクラスを選択してください。事前に選択するのではありません。
クラスラベルが実際に説明する内容
クラス名は、オーディオ信号の 1 サイクル中に出力デバイスが導通状態を維持する時間という 1 つの物理的特性に由来しています。クラスAはずっと彼らを指揮し続けます。クラス B は 2 つのデバイス間でサイクルを分割し、それぞれが半分を処理します。クラス AB は両方のデバイスをゼロクロスでわずかに開いた状態に保つため、ハンドオーバーがスムーズになります。クラス D は線形の考え方を完全に放棄し、数百 kHz で出力デバイスを切り替え、オーディオをパルス幅としてエンコードします。クラス H は、リニアなオーディオ ステージを維持しますが、電源レールを信号エンベロープに合わせて上下にステップアップさせます。
他のすべてはそこから導き出されます。常に伝導するステージは、その供給の大部分を熱として無駄にします。スイッチング段階ではデバイスではほとんど何も失われませんが、設計上の問題が出力フィルタ、ゲートドライブ、および電磁干渉バジェットに押し込まれます。ステージがレールを動かすと、出力デバイス間の電圧が低下します。これがまさにリニア アンプの熱の発生源です。
ラベルに記載されていないのは、製造品質です。不適切にレイアウトされたクラス D モジュールと慎重に設計されたクラス D モジュールは同じ名前を共有しており、同じ出力レベルでヒートシンク温度が 15 °C 異なる場合があります。
効率、熱、歪みの隣り合わせ
実際の数値は出力レベル、負荷インピーダンス、電源設計に依存するため、公開されている設計リファレンスでは広い効率帯域を引用しています。以下の図は、エンジニアが最大定格出力またはそれに近い出力でトポロジを比較するときに通常使用する範囲です。
| クラス | 導通角 | 典型的な効率 | ディストーションキャラクター | それが現れる場所 |
|---|---|---|---|---|
| A | 360° | 20-30% | 非常に低い歪み、非常に高い安定した熱 | 小信号ステージ、オーディオファン、スタジオの設計 |
| B | 180° | 70-78% | 低レベルでのクロスオーバーノッチ | オーディオで単独で使用されることはほとんどありません |
| AB | 180～360° | 50-70% | バイアスが正しく設定されている場合の低歪み | アナログ PA、パワード ミキサー、手頃な価格のアクティブ スピーカー |
| C | 180°未満 | 75-85% | 強い高調波による高い歪み | リニアオーディオではなくRFトランスミッター |
| D | スイッチング | 80-95% | 低い、スイッチング残留物とフィルターの品質によって支配される | パワードスピーカー、サブウーファー、ポータブルシステム |
| H | 鉄道追跡 | 65～85% | 低く、よく偏った AB 段階に近い | ハイパワーラインアレイとサブウーファーアンプ |
定格出力またはその付近の効率帯域。実際の使用では、クラス D ステージのアイドリング速度はヘッドラインの数値をはるかに下回ります。
クラス AB: 熱で代償を払う直線性
クラス AB は、クラス A の全額を支払うことなくクラス B のクロスオーバー ノッチを除去するために存在します。小さなバイアス電流により、両方の出力デバイスがゼロクロス付近で導通状態に保たれるため、出力デバイス間のハンドオーバーはスムーズに保たれます。プロオーディオ モジュールの一般的な自己消費電流は、デバイス ペアあたり数十ミリアンペアであり、ノッチを可聴範囲外に保つのに十分ですが、アンプがアイドル時に動作しないほど十分に小さいです。
トレードは、熱が継続していることです。 400 W クラス AB モジュールは、信号がなくても大きな電流を消費します。ヒートシンクは、エアフローの悪いラック内で 1 時間 8 分の 1 の電力でピンク ノイズが発生するという最悪のケースに備えたサイズにする必要があります。そのため、アナログ モジュールには、大きな押し出し成形ヒートシンク、U 字型アルミニウム ブラケット、場合によってはファンが搭載される傾向があります。ラベルのワット数だけを比較する購入者は、これを見逃して、クラス D モジュールの同じ 400 W に必要な金属の数分の 1 が必要であることに気づくことがよくあります。
利点はよく理解されています。スイッチング残留物がなく、負荷と相互作用する出力フィルタがなく、シンプルなトランスベースの電源であり、フィールド技術者がサービス方法をすでに知っている動作です。
クラス D: 効率は組み合わせる電源に依存します
クラス D モジュールは数百 kHz でスイッチし、LC 出力フィルターを通じてオーディオを再構築します。デバイスはほとんどの時間を完全にオンまたは完全にオフに費やすため、伝導損失は小さく、効率のヘッドラインは現実的です。見出しが隠しているのは、その利点が定格出力付近でのみ保持されるということです。バックグラウンドリスニングレベルでは、スイッチング損失とゲート駆動損失が支配的となり、効率が急激に低下します。これは、主電源で動作する製品よりもバッテリ駆動の製品の方が重要です。
デザインの残りの部分は同じ重みを持ちます。デッドタイムが短すぎるとシュートスルーが発生します。長すぎると低出力時に歪みが大きくなります。出力フィルタは、ベンチ上のダミー抵抗ではなく、実際の負荷全体にわたって安定している必要があります。そして、供給を維持する必要があります。クラス D ステージと、柔らかく調整されていないレールを組み合わせると、低音のトランジェントが低下し、その利点が台無しになります。そのため、共振LLC電源と力率補正されたフロントエンドが本格的なモジュールの標準となっています。
EON522SUB アクティブサブウーファーパワーアンプモジュール 800 W LLC 共振電源と 500 W クラス D ベースステージを組み合わせて、パワードサブウーファーのレールサグとスイッチングノイズに対処します。 製品を見る→ パターンの例として、EON522D-2092 などのモジュールは、500 W ローパスおよび 200 W ハイパス クラス D ステージと LLC 共振電源を組み合わせています。これは、2.1 エンクロージャ内でレール サグとスイッチング ノイズを制御する組み合わせです。
クラス H: 最高出力範囲のレールスイッチング
クラス H はリニア出力段を維持しますが、複数の電源レールを与えます。信号エンベロープがしきい値を超えると、アンプはより高いレールに切り替わります。後ろに下がると、レールは再び下がります。したがって、出力デバイスにはレール全体ではなく、数ボルトの電圧がかかるだけで、ヒートシンクに入るであろう熱はまったく発生しません。実際には、クラス H モジュールは、同じシャーシ深さではるかに大きなクラス AB 設計のパワーを提供します。
その効率性は無料ではありません。レールスイッチング回路により部品とコストが追加され、コンパレータのしきい値が正しく選択されていない場合、遷移によりアーチファクトが発生する可能性があり、トランスには複数のタップが必要です。また、モジュールを普通の AB ボードのように扱う技術者は、レールの障害を出力デバイスの障害と誤診する可能性があるため、サービス文書の重要性も高まります。
AMP400H 7294 クラス H パワーアンプモジュール 400WクラスHの中低域段、100WクラスAB高周波段、U字型アルミラジエーターを組み合わせ、安定した出力を実現します。 製品を見る→ U 字型アルミニウム ラジエーターを備えた AMP400H-7294 など、このカテゴリのモジュールは通常、数分ではなく数時間にわたる継続的な高出力が期待されるサブウーファーおよびライン アレイの使用向けに仕様化されています。
クラスの選択により、モジュール スタックのさらに下流で何が変わるか
パワーステージはチェーン内の 1 つのボードであり、クラスの決定は残りのボードに波及します。高速リミッターを備えたクラス D ステージには、クリーンで適切にスケールされた信号を供給できるプリアンプ モジュールが必要です。 20 dB のゲインヘッドルームを持つクラス AB ステージは、同じソースに対して異なる動作をします。ゲイン構造、クリップの動作、保護しきい値、さらにはボリュームテーパーの選択もすべてトポロジによって変化します。
パワーステージはチェーンの最後のブロックです。その上にあるすべてのブロックは、そのゲイン、ヘッドルーム、および保護動作と一致する必要があります。
DSP1903 ADAU1701 2.1 システム用 DSP モジュール 4 つのプリセット EQ モード、Bluetooth、および XLR I/O を備えた ADAU1701 ベースの DSP モジュールは、2.1 ライン アレイ システムでのリミッター動作のマッチングに適しています。 製品を見る→ 実際には、モジュール式サプライヤーはここで利益を得ることができます。 ADAU1701 上に構築され、2.1 ライン アレイ システム用の 4 つのプリセット EQ モードを備えた DSP1903 などの DSP モジュールは、その下にあるパワー ステージのリミッター動作に一致させる必要があります。 2 つが独立して指定されている場合、システムは早期にクリップするか、後期に保護します。私たちの A、AB、D、H の設計トレードオフのウォークスルー これらのしきい値がどのように設定されるかについてさらに詳しく説明します。
作成している製品にクラスを一致させる
ほとんどのパワード スピーカー プロジェクトはいくつかのパターンに分類され、それぞれのパターンによってクラスの選択肢がすぐに絞り込まれます。
- ラインアレイおよびカラムシステム。 重量とラック密度によって決まります。共振電源を備えたクラス D がデフォルトであり、クラス H は長期間非常に高い出力で動作する必要があるモジュール用に予約されています。
- サブウーファー。 低インピーダンス負荷への高い連続電力。安定した供給を備えたクラス D がこれに最もよく対応します。通常、制限部分となるのはアンプではなく電源です。
- バッテリー駆動のポータブルスピーカー。 部分負荷時の効率はピーク値よりも重要です。クラス D が唯一の現実的な選択肢であり、アイドル損失は最大出力と同じくらい注意を払う必要があります。
- パワードミキサーとコスト重視のアナログボックス。 リニアトランスを備えたクラス AB は、大型のヒートシンクを犠牲にして、部品表をシンプルにし、サービスストーリーを親しみやすく保ちます。
- ハイパワーツーリングサブウーファー。 設計チームが線形動作を好むか最小重量を好むかに応じて、クラス H またはハイレール クラス D 設計。
コミットする前にモジュールのサプライヤーに確認すべきこと
データシートのワット数は、会話の中で最も役に立たない数値です。現場での使用に耐えられる設計と、再び使用できる設計を分けるポイントは次のとおりです。
- 最大定格出力時だけでなく、8 分の 1 電力での効率とケース温度を、目的の周囲温度の静止空気中で測定します。
- 1 W と 10 W での歪み。クロスオーバーとスイッチングのアーティファクトが実際に存在します。
- 保護動作: 出力の短絡、負荷の不一致、電源低下時に何が起こるか、モジュールが自動的に回復するかどうか。
- 出荷先の市場で力率補正が必要かどうかを含む供給要件。
- EMI およびアイドル ノイズ、特に高効率の圧縮ドライバーを供給するクラス D モジュールの場合。
- プロトタイプと量産の間の一貫性。これはエンジニアリングの問題であると同時に製造の問題でもあります。
非標準構成が必要な購入者の場合、最初にクラスと供給トポロジを決定し、次にモジュールを導入するのが賢明な順序です。 カスタム開発 ゲイン構造、コネクター、プリセット動作について。キャビネットと電源がフリーズした後にクラスを変更すると、コストが高くなります。
クラスアンプに関するよくある質問
どのアンプクラスが最も効率的ですか?
クラスD is the most efficient audio class in normal use, typically 80-95% at rated output. Class C is efficient too but distorts heavily and is used for RF, not audio.
AB級アンプとD級アンプの違いは何ですか?
クラスAB keeps its output devices partially conducting and behaves linearly, at the cost of continuous heat. Class D switches devices on and off at high frequency, which is far more efficient but moves the design challenge to filtering and EMI.
クラス D はプロのオーディオに十分ですか?
はい。適切に設計された出力フィルターと強力な共振電源を備えた最新のクラス D モジュールは、パワード ライン アレイとサブウーファーの標準です。通常、制限要因はトポロジーではなく、電源とリミッターの設定です。
クラスHアンプは何に使用されますか?
クラスH is used where high output power must fit a compact chassis, such as touring subwoofers and high-power line array modules. Rail switching keeps the voltage across the output devices low, so less heat reaches the heatsink.
アンプのクラスは音質に影響しますか?
レイアウト、電源設計、ゲイン構造よりも重要です。よく設計されたクラス D モジュールとよく設計されたクラス AB モジュールはどちらもクリーンなサウンドを実現します。バイアスが不十分な AB ステージやフィルタリングが不十分な D ステージでは、このようなことはありません。
なぜクラスAアンプは非常に高温になるのでしょうか?
出力デバイスは、音楽が再生されていない場合でも、信号サイクル全体にわたって電流を流すためです。この定電流は安定した熱を生成するため、クラス A には適度な出力電力を得るために大きなヒートシンクと十分な換気が必要です。
