L'amplificateur audio est un terme général utilisé pour décrire un circuit qui produit et amplifie une version de son signal d'entrée. Cependant, toutes les technologies de convertisseurs ne sont pas identiques car elles sont classées en fonction de leurs configurations et de leurs modes de fonctionnement.
En électronique, les petits amplificateurs sont couramment utilisés car ils sont capables d'amplifier un signal d'entrée relativement petit, comme celui d'un capteur tel qu'un lecteur de musique, en un signal de sortie beaucoup plus grand pour piloter un relais, une lampe ou un haut-parleur, etc.
Il existe de nombreuses formes de circuits électroniques classés comme amplificateurs, des transducteurs opérationnels et de petits signaux aux grands convertisseurs d'impulsions et de puissance. La classification d'un appareil dépend de la taille du signal, grand ou petit, de sa configuration physique et de la manière dont le flux d'entrée est traité, c'est-à-dire de la relation entre le niveau d'entrée et le courant circulant dans la charge.
Anatomie de l'appareil
Les amplificateurs de fréquence audio peuvent être vus comme une simple boîteou un bloc contenant un dispositif, tel qu'un capteur bipolaire, FET ou opérationnel, qui a deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie (la masse est commune). De plus, le signal de sortie est beaucoup plus important en raison de sa conversion sur l'appareil.
Un amplificateur de signal idéal aura trois propriétés principales:
- Impédance d'entrée, ou (R IN).
- Résistance de sortie, ou (R OUT).
- Gain, ou (A).
Quelle que soit la complexité du circuit amplificateur, un modèle de bloc général peut être utilisé pour démontrer la relation entre ces trois propriétés.
Concepts généraux
Les performances des amplificateurs audio de haute qualité peuvent varier. Chaque type a une conversion numérique ou analogique. Des codes sont définis pour les séparer.
La différence accrue entre les signaux d'entrée et de sortie est appelée conversion. Le gain est une mesure de combien un amplificateur "transforme" un signal d'entrée. Par exemple, s'il y a un niveau d'entrée de 1 volt et un niveau de sortie de 50 volts, alors la conversion sera de 50. En d'autres termes, le signal d'entrée a été développé 50 fois. Un amplificateur de fréquence audio fait exactement cela.
Le calcul de conversion est simplement le rapport de la sortie divisée par l'entrée. Ce système n'a pas d'unités comme rapport, mais en électronique, le symbole A est couramment utilisé pour le gain. La conversion est alors simplement calculée comme "la sortie divisée par l'entrée".
Convertisseurs de puissance
Loupe petiteUn amplificateur de signal est communément appelé amplificateur de "tension" car il a tendance à convertir une petite entrée en une tension de sortie beaucoup plus grande. Parfois, un circuit d'appareil est nécessaire pour alimenter un moteur ou un haut-parleur, et pour ces types d'applications, où des courants de commutation élevés sont impliqués, des convertisseurs de puissance sont nécessaires.
Comme son nom l'indique, la tâche principale d'un amplificateur de puissance (également connu sous le nom de grand amplificateur de signal) est d'alimenter une charge. C'est le produit de la tension et du courant appliqués à une charge avec une puissance de sortie supérieure au niveau du signal d'entrée. En d'autres termes, le convertisseur augmente la puissance du haut-parleur, donc ce type de circuit de bloc est utilisé dans les étages externes des convertisseurs audio pour piloter les haut-parleurs.
Principe de fonctionnement
L'amplificateur audio fonctionne sur le principe de la conversion de l'alimentation CC tirée de l'alimentation en un signal de tension CA fourni à la charge. Bien que la conversion soit élevée, l'efficacité de l'alimentation CC au signal de sortie de tension CA est généralement faible.
Un bloc idéal donne à l'appareil une efficacité de 100 % ou au moins la puissance IN sera égale à la puissance OUT.
Division de classe
Si les utilisateurs ont déjà examiné les spécifications des amplificateurs de puissance audio, ils ont peut-être remarqué les classes d'équipement, généralement désignées par la lettre oudeux. Les types de blocs les plus couramment utilisés dans l'audio domestique grand public sont les valeurs A, A/B, D, G et H.
Ces classes ne sont pas de simples systèmes de classification, mais des descriptions de la topologie des amplificateurs, c'est-à-dire comment ils fonctionnent au niveau du cœur. Bien que chaque type d'amplificateur ait ses propres forces et faiblesses, leurs performances (et la façon dont les caractéristiques finales sont mesurées) restent les mêmes.
Il s'agit de convertir la forme d'onde envoyée par la pré-unité sans introduire d'interférence ou au moins le moins de distorsion possible.
Classe A
Par rapport aux autres classes d'amplificateurs de puissance audio qui seront décrites ci-dessous, les modèles de classe A sont des appareils relativement simples. Le principe de fonctionnement déterminant est que tous les blocs de sortie du transducteur doivent passer par un cycle de signal complet de 360 degrés.
La classe A peut également être divisée en amplificateurs asymétriques et push-pull. Le push/pull diffère de l'explication principale ci-dessus en utilisant des périphériques de sortie par paires. Alors que les deux appareils exécutent un cycle complet de 360 degrés, un appareil supportera la majeure partie de la charge pendant la partie positive du cycle, tandis que l'autre supportera une plus grande partie du cycle négatif.
Le principal avantage de ce circuit est une distorsion réduite par rapport aux conceptions asymétriques, car même les fluctuations d'ordre sont éliminées. De plus, les conceptions push-pull de classe A sont moins sensibles au bruit.
En raison des qualités positives associées aux performances de classe A, il est considéré comme la référence en matière de qualité sonore dans de nombreuses applications acoustiques. Cependant, ces conceptions ont un inconvénient important: l'efficacité.
Exigence pour les amplificateurs audio à transistors de classe A d'avoir tous les périphériques de sortie allumés à tout moment. Cette action entraîne une importante perte d'énergie, qui est finalement convertie en chaleur. Ceci est encore exacerbé par le fait que les conceptions de classe A nécessitent des niveaux de courant de repos relativement élevés, qui correspondent à la quantité de courant circulant dans les dispositifs de sortie lorsque l'amplificateur produit une sortie nulle. Les taux d'efficacité dans le monde réel peuvent être de l'ordre de 15 à 35 %, avec des chiffres à un chiffre possibles en utilisant un matériau source hautement dynamique.
Classe B
Alors que tous les mécanismes de sortie d'un amplificateur audio de classe A prennent 100 % du temps pour fonctionner, les unités de classe B utilisent des circuits push-pull de sorte que seulement la moitié des périphériques de sortie sont conducteurs à tout moment.
Une moitié couvre la partie +180 degrés de la forme d'onde tandis que l'autre moitié couvre la section -180 degrés. En conséquence, les amplificateurs de classe B sont nettement plus efficaces que leurs homologues de classe A, avec un maximum théorique de 78,5 %. Compte tenu de l'efficacité relativement élevée, la classe B a été utilisée dans certains transducteurs de sonorisation professionnels ainsi que dans certains amplificateurs à tube domestiques. Malgré euxForce évidente, les chances d'acquérir un bloc de classe B pour une maison sont pratiquement nulles. Un examen de l'amplificateur audio en a révélé la cause, connue sous le nom de distorsion croisée.
Le problème de latence de transfert entre les appareils traitant les parties positives et négatives de la forme d'onde est considéré comme important. Il va sans dire que cette distorsion est audible en quantité suffisante, et bien que certains modèles de classe B soient meilleurs que d'autres à cet égard, la classe B a reçu peu de reconnaissance de la part des amateurs de sons clairs.
Classe A/B
L'amplificateur audio à tube peut être trouvé dans de nombreuses salles de concert. Il a des performances élevées et ne surchauffe pas. De plus, les modèles sont beaucoup moins chers que de nombreux blocs numériques. Mais il y a aussi des écarts. Un tel module peut ne pas fonctionner avec tous les formats audio. Par conséquent, il est préférable d'utiliser l'équipement dans le cadre d'un complexe général de traitement du signal.
Classe A/B combine le meilleur de chaque type d'appareil pour créer une unité sans les inconvénients de l'un ou l'autre. Avec cette combinaison d'avantages, les amplificateurs de classe A/B dominent largement le marché grand public.
La solution est en fait assez simple dans son concept. Là où la classe B utilise un dispositif push-pull avec chaque moitié de l'étage de sortie conduisant à 180 degrés, les mécanismes de classe A/B l'augmentent à ~ 181-200 degrés. Ainsi, il y abeaucoup moins susceptible d'avoir une "déchirure" dans la boucle, et donc la distorsion de croisement tombe au point où cela n'a pas d'importance.
Les amplificateurs de puissance audio à valve peuvent absorber ces interférences beaucoup plus rapidement. Grâce à cette propriété, le son sort de l'appareil beaucoup plus propre. Des modèles de ces caractéristiques sont souvent utilisés pour transformer le son des guitares acoustiques et électriques.
Il suffit de dire que la classe A/B tient ses promesses, surpassant facilement les constructions pures de classe A à environ 50 à 70 % de performances réelles. Les niveaux réels dépendent bien sûr du degré de décalage de l'amplificateur, ainsi que du matériel du programme et d'autres facteurs. Il convient également de noter que certaines conceptions de classe A/B vont encore plus loin dans leur quête pour éliminer la distorsion de croisement en fonctionnant en mode pur de classe A jusqu'à quelques watts de puissance. Cela donne une certaine efficacité à bas niveau, mais garantit que l'amplificateur ne se transforme pas en four lorsqu'une grande quantité de puissance est appliquée.
Classes G et H
Une autre paire de modèles conçus pour améliorer l'efficacité. D'un point de vue technique, ni les amplificateurs de classe G ni de classe H ne sont officiellement reconnus. Au lieu de cela, ce sont des variations sur le thème de la classe A/B utilisant respectivement la commutation de tension de bus et la modulation de bus. Dans tous les cas, dans des conditions de faible demande, le système utilise une tension de bus inférieure à celle d'un amplificateur de classe A/B similaire, ce quiréduit la consommation d'énergie. Lorsque des conditions de puissance élevée se produisent, le système augmente dynamiquement la tension du bus (c'est-à-dire qu'il passe au bus haute tension) pour gérer les transitoires de forte amplitude.
Il y a aussi des défauts. Le principal d'entre eux est le coût élevé. Les circuits de commutation de réseau d'origine utilisaient des transistors bipolaires pour contrôler les flux de sortie, ce qui ajoutait complexité et coût. Les amplificateurs de fréquence audio à tube de haute qualité de ce type sont courants, bien que le prix commence à 50 000 roubles. Le block est considéré comme une technique professionnelle pour travailler sur scène ou enregistrer en studio. Il y a des problèmes avec les transistors. Sous une charge prolongée, certains d'entre eux peuvent tomber en panne.
Aujourd'hui, le prix est souvent réduit dans une certaine mesure en utilisant des MOSFET à courant élevé pour sélectionner ou changer de guides. L'utilisation de MOSFET améliore non seulement l'efficacité et réduit la chaleur, mais nécessite également moins de pièces (généralement un appareil par thread). Outre le coût de la commutation de bus, la modulation elle-même, il convient également de noter que certains amplificateurs de classe G utilisent plus de dispositifs de sortie qu'une conception typique de classe A/B.
Une paire d'appareils fonctionnera en mode A/B typique, alimentés par les jeux de barres basse tension. Pendant ce temps, l'autre est en veille pour agir comme amplificateur de tension, activé uniquement en fonction de la situation. Ne supporte que les charges élevées des classes G et H,associé à des amplificateurs puissants, où l'efficacité accrue est payante. Les conceptions compactes peuvent également utiliser des topologies de classe G/H par opposition à A/B étant donné que la possibilité de passer en mode basse consommation signifie qu'elles peuvent s'en tirer avec un dissipateur légèrement plus petit.
Classe D
Ce type d'appareil vous permet de créer vos propres systèmes modulaires. Avec l'aide de l'équipement, un traitement de haute qualité de l'ensemble du flux sortant a lieu. Concevoir des amplificateurs de puissance audiofréquence vous permet de créer votre propre système multimédia pour le travail ou le divertissement. Cependant, il y a quelques nuances ici. Souvent appelés à tort amplification numérique, les convertisseurs de classe D sont une garantie d'efficacité unitaire et permettent d'obtenir des gains supérieurs à 90 % en test réel.
Tout d'abord, il convient de se demander pourquoi il s'agit de la classe D si "l'amplification numérique" est incorrecte. Ce n'était que la prochaine lettre de l'alphabet, avec la classe C utilisée dans les systèmes audio. Plus important encore, comment atteindre une efficacité de 90 % et plus. Alors que toutes les classes d'amplificateurs mentionnées précédemment ont un ou plusieurs dispositifs de sortie qui sont constamment actifs même lorsque le convertisseur est en fait en mode veille, les unités de classe D les éteignent et les rallument rapidement. C'est assez pratique et permet de n'utiliser le module qu'aux bons moments.
Par exemple, le calcul des amplificateurs audio de classe T, qui sontL'implémentation de classe D de Tripath, contrairement à l'appareil de base, utilise des fréquences de commutation de l'ordre de 50 MHz. Les dispositifs de sortie sont généralement contrôlés par modulation de largeur d'impulsion. C'est lorsque des ondes carrées de différentes largeurs sont générées par un modulateur qui présente un signal analogique pour la lecture. Avec un contrôle strict des périphériques de sortie de cette manière, une efficacité de 100 % est théoriquement possible (bien qu'évidemment impossible dans le monde réel).
En creusant dans le monde des amplificateurs audio de classe D, vous pouvez également trouver des mentions de modules contrôlés analogiques et numériques. Ces blocs de commande ont un signal d'entrée analogique et un système de commande analogique, généralement avec un certain degré de correction d'erreur de rétroaction. D'autre part, les amplificateurs de classe D à conversion numérique utilisent une commande numérique, qui commute l'étage de puissance sans contrôle d'erreur. Cette décision trouve également approbation, selon les avis de nombreux acheteurs. Cependant, le segment de prix est beaucoup plus élevé ici.
La recherche sur les amplificateurs audio a montré que la classe D pilotée par l'analogique présente un avantage en termes de performances par rapport à l'analogique numérique, car elle offre généralement une impédance de sortie (résistance) plus faible et un profil de distorsion amélioré. Cela élève les valeurs initiales du système à sa charge maximale.
Les paramètres des amplificateurs de fréquence audio sont beaucoup plus élevés que ceux des modèles de base. Il faut comprendre que de tels calculs ne sont nécessaires que pour créer de la musique en studio. Pour les acheteurs ordinaires, cescaractéristiques peuvent être ignorées.
Généralement un circuit en L (inductance et condensateur) placé entre l'amplificateur et les haut-parleurs pour réduire le bruit associé au fonctionnement en classe D. Le filtre est d'une grande importance. Une mauvaise conception peut compromettre l'efficacité, la fiabilité et la qualité sonore. De plus, la rétroaction après le filtre de sortie a ses avantages. Bien que les conceptions qui n'utilisent pas de rétroaction à ce stade puissent régler leur réponse à une impédance spécifique, lorsque de tels amplificateurs ont une charge complexe (c'est-à-dire un haut-parleur plutôt qu'une résistance), la réponse en fréquence peut varier considérablement en fonction de la charge sur le haut-parleur. La rétroaction stabilise ce problème en fournissant une réponse fluide aux charges complexes.
En fin de compte, la complexité des amplificateurs audio de classe D a ses avantages. Efficacité et, par conséquent, moins de poids. Étant donné que relativement peu d'énergie est dépensée pour la chaleur, beaucoup moins d'énergie est nécessaire. Ainsi, de nombreux amplificateurs de classe D sont utilisés conjointement avec des alimentations à découpage (SMPS). Comme l'étage de sortie, l'alimentation elle-même peut être rapidement activée et désactivée pour réguler la tension, ce qui se traduit par des gains d'efficacité supplémentaires et la possibilité de réduire le poids par rapport aux alimentations analogiques/linéaires traditionnelles.
Dans l'ensemble, même les puissants amplificateurs de classe D ne peuvent peser que quelques kilogrammes. L'inconvénient des alimentations SMPS par rapport aux alimentations linéaires traditionnelles estque les premiers n'ont généralement pas beaucoup de marge.
Des tests et de nombreux tests d'amplificateurs audio de classe D avec des alimentations linéaires par rapport aux modules SMPS ont montré que c'est bien le cas. Lorsque deux amplificateurs géraient la puissance nominale, mais qu'un seul avec une alimentation linéaire pouvait produire des niveaux de puissance dynamique plus élevés. Cependant, les conceptions SMPS sont de plus en plus courantes et vous pouvez vous attendre à voir de meilleures unités de classe D de nouvelle génération utilisant des formes similaires dans les magasins.
Comparaison de l'efficacité des classes AB et D
Bien que l'efficacité d'un amplificateur de puissance audio transistorisé de classe A/B augmente à l'approche de la puissance de sortie maximale, les conceptions de classe D maintiennent une efficacité élevée sur la plupart des plages de fonctionnement. En conséquence, l'efficacité et la qualité sonore penchent de plus en plus vers le dernier bloc.
Utiliser un transducteur
Lorsqu'il est correctement implémenté, n'importe lequel des blocs ci-dessus en dehors de la classe B peut constituer la base d'un amplificateur haute fidélité. Mis à part les pièges potentiels des performances (qui sont principalement une décision de conception plutôt que spécifique à la classe), la sélection du type de bloc est en grande partie une question de coût par rapport à l'efficacité.
Sur le marché actuel, le simple amplificateur audio de classe A/B domine, et pour cause. Il fonctionne très bien, est relativement bon marché et sonl'efficacité est tout à fait adéquate pour les applications de faible puissance (>200W). Bien sûr, alors que les fabricants de convertisseurs essaient de repousser les limites avec, par exemple, le monobloc Emotiva XPR-1 de 1000 W, ils se tournent vers les conceptions de classe G/H et D pour éviter de dupliquer leurs amplificateurs en tant que systèmes capables de chauffer rapidement les équipements. Pendant ce temps, de l'autre côté du marché, il y a des fans de classe A qui peuvent pardonner le manque d'efficacité de l'appareil dans l'espoir d'un son plus propre.
Résultat
Après tout, les classes de conversion ne sont pas nécessairement si importantes. Bien sûr, il existe de réelles différences, notamment en termes de coût, d'efficacité de l'amplificateur et donc de poids. Bien sûr, les appareils de classe A de 500 W sont une mauvaise idée, à moins, bien sûr, que l'utilisateur ne dispose d'un système de refroidissement puissant. D'autre part, les différences entre les classes ne déterminent pas la qualité sonore. En fin de compte, il s'agit de développer et de mettre en œuvre vos propres projets. Il est important de comprendre que les transducteurs ne sont qu'un seul appareil faisant partie du système audio.
