Терри Медален рассказывает о технологиях усилителей D-класса Primare
Изобретенные более полувека назад, схемы класса D с трудом пробивались на рынок высококачественных усилителей звуковой частоты, ограничиваясь смелыми попытками отдельных инженеров совершить прорыв в этом направлении. Область Hi-Fi вообще на редкость консервативна, как правило, она с трудом принимает что-то новое. Зато «винтаж» держится с удивительной стойкостью, вспомним хотя бы вакуумную лампу, повсеместно забытую в «народном хозяйстве», кроме рынка звуковых усилителей, или те же проигрыватели виниловых пластинок, неожиданно снова вошедшие в моду. Тем более у усилителей D-класса были свои трудно изживаемые детские болезни: например, рост шумов и искажений на высоких частотах, а также зависимость усиления от импеданса нагрузки. Но высокая эффективность D-класса была для инженеров слишком лакомой целью, поэтому технологию не забросили, постепенно улучшая. В 90-ых годах на рынке были единицы Hi-Fi усилителей D-класса, в начале нового века ‒ десятки, а сегодня ими уже никого не удивишь. И в среде специалистов все реже можно услышать «звон мечей и треск ломающихся копий» по поводу адекватности этой технологии для «высокого» аудио. В общем, технологию признали. Между тем большинство производителей высококачественных компонентов D-класса предпочитают заказывать усилительные модули на стороне у нескольких популярных разработчиков. Лишь немногие бренды держат в своих руках все стадии разработки и изготовления таких усилителей, Primare ‒ один из них. Об усилителях D-класса и фирменной технологии UFPD (Ultra Fast Power Device ‒ Сверхбыстрое Устройство Мощности) мы поговорим с директором по маркетингу шведской компании Терри Медаленом (Terry Medalen).
AVREPORT.ru: расскажите, пожалуйста, нашим читателям о фирменных усилителях D-класса Primare и особенностях технологии UFPD?
Терри Медален: термин «класс D» часто понимают неправильно, считая его обозначением цифровых усилителей (от английского слова «digital»). В то время как некоторые усилители D-класса могут действительно контролироваться цифровыми схемами или использовать цифровую обработку сигнала, усилительные модули UFPD от Primare работают исключительно в аналоговой области, относясь к группе усилителей с импульсным блоком питания и аналоговым управлением. По существу аналоговый синус на входе UFPD-модуля преобразуется в высокочастотный прямоугольный сигнал, модулированный по ширине импульса. А на выходе прямоугольный сигнал прогоняется через аналоговый фильтр, снова превращаясь в синус, но уже усиленный.
Не секрет, что главным преимуществом усилителей D-класса всегда считалась эффективность преобразования мощности в музыкальный сигнал: класс А имеет эффективность 20%, класс В ‒ 50%, класс АВ ‒ 75%, класс D ‒ 90-95%.
Взяв за основу высокую эффективность усилителей D-класса, Primare разработала схему UFPD, одинаково трактующую все сигналы, независимо от частоты или скорости нарастания напряжения, что позволило полностью подавить резонанс выходного фильтра и тем самым удержать на низком уровне коэффициент нелинейных искажений (THD) на всех частотах. Обладая широкой частотной полосой и нечувствительностью к импедансу нагрузки, модули UFPD способны работать буквально с любыми колонками, демонстрируя отличный контроль и точность воспроизведения.
Вместо того чтобы разнести усиление и фильтрацию сигнала в разные части схемы, в UFPD эти стадии объединены в одном модуле, позволяя лучше контролировать контур обратной связи. Сохраняя стабильность усиления, модуль UFPD активно подстраивает коэффициент обратной связи при включении устройства, искажениях или достижении предельного тока. Фиксируя изменения сигнала, система обратной связи чувствует выход усилителя за пределы нормального режима работы, и компенсирует уровень сигнала. Такой адаптивный контроль добавляет несколько децибел к глубине обратной связи по всему рабочему диапазону, поддерживая качество воспроизведения, не обращая внимания на вариации импеданса подключенных к усилителю АС.
AVREPORT.ru: расскажите немного об истории создания технологии UFPD. Почему Primare решила разрабатывать технологию самостоятельно, а не воспользоваться уже существующими решениями или сотрудничать с другими производителями?
Терри Медален: повторим, что главная причина продвижения усилителей D-класса ‒ их высокая эффективность. Потерянная мощность усилителей уходит в тепло. Если нагрев сильный, он уменьшает надежность устройства, укорачивает срок его службы, усложняет конструкцию. Избыточное тепло ограничивает владельца в способах установки усилителя, вынуждая пользователя устанавливать его в открытой стойке, и т.д. Усилители D-класса заметно экономичнее других схем: сравните 50% потерь АВ-класса и <10% потерь D-класса, не говоря уже об «олдскульных» усилителях А-класса, 80% мощности которых уходит в тепло. Кроме того, экономичность усилителей D-класса позволяет сделать их очень компактными. Некоторым производителям усилителей D-класса не удается полностью реализовать заключенный в этой технологии потенциал, у нас же это получилось, воплотив самые современные разработки в лучшую эффективность и очень высокое качество воспроизведения.
В модельном ряду Primare усилители D-класса впервые появились в двух небольших интегрированных устройствах, укомплектованных сторонними модулями усиления. Одно устройство включало CD-проигрыватель, а другое было оснащено DVD-приводом (прим. речь идет о моделях CDI10 (2007 г.) и DVDI10 (2008 г.)). Кроме того, в оба устройства были интегрированы секции ЦАП, тюнера, предусилителя и усилителя мощности. Мы изначально хотели, чтобы устройства подходили к самой разной жилой обстановке, а значит, были максимально компактными и экономичными. Поэтому схемы D-класса сразу рассматривались как главные претенденты на использование. Поначалу мы ожидали каких-то компромиссов в качестве воспроизведения как естественных последствий применения D-класса (как представлялось в те годы), но результаты оказались даже лучше, чем мы могли вообразить.
Первый опыт работы со сторонними модулями D-класса привел нас к двум выводам:
1) Мы оценили преимущества и очень большой потенциал технологии.
2) Мы поняли, что можем реализовать этот потенциал, доработав существующие на тот момент решения.
Результатом стала технология UFPD, а в скором времени будет представлена новая технология UFPD 2, объединяющая весь наш более чем 10-летний опыт в разработке и производстве усилителей D-класса.
AVREPORT.ru: есть ли какие-то значимые отличия технологии Primare UFPD от других популярных модулей D-класса, таких как Hypex или Ice Power?
Терри Медален: мы придаем очень большое значение экстремально короткому пути сигнала и минимально возможному количеству элементов схемы. В наших усилителях используется только один операционный усилитель в цепи коррекции, в то время как конкуренты могут задействовать 5 или 6 операционных усилителей, стремясь показать впечатляющие показатели THD на низких частотах, где этого легко добиться. Мы же фокусируемся на минимизации THD во всем аудиоспектре. Другие отличия UFPD ‒ широкий частотный диапазон и малый фазовый сдвиг, получаемые за счет грамотного дизайна петли обратной связи.
Однако Вы справедливо отметили, что и другие компании разрабатывают заслуживающие внимания модули D-класса. Поэтому легко представить, что в будущем Primare, как очень практичная компания, может воспользоваться в своих схемах удачными решениями других разработчиков.
AVREPORT.ru: какие ключевые моменты технологии UFPD можно упомянуть, помимо сверхбыстрого переключения транзисторов (>300 кГц) и адаптивной обратной связи?
Терри Медален: обе технологии (UFPD и UFPD 2) используют принцип автоколебательного усилителя. Имея очень низкий выходной импеданс и малый фазовый сдвиг, по сравнению с другими конструкциями D-класса, огромную ширину частотной полосы, автоколебательный усилитель проигрывает в линейности воспроизведения. В технологии UFPD этот недостаток корректируется дополнительной петлей с усилителем сигнала рассогласования (error amplifier), дающим некоторое ограничение полосы пропускания.
Для технологии UFPD 2 мы разработали новую схему коррекции, которая не влияет на частотную зависимость усиления в акустическом спектре. Схема использует фильтр 2-го порядка, вместо 1-го порядка первой версии, с тем же коэффициентом усиления, что позволяет четко контролировать обратную связь, удерживая ее постоянной. В действительности коэффициент усиления UFPD 2 на низких частотах оказывается чуть меньше, чем у схемы UFPD, зато заметно выигрывает на высоких частотах. В результате схема UFPD 2 демонстрирует более линейное усиление и настолько малый шум, что фон звукового воспроизведения становится абсолютно «черным», а музыка приобретает реалистичный характер с голографической, трехмерной сценой.
AVREPORT.ru: насколько важен фактор блока питания APFC (Активная Компенсация Коэффициента Мощности)?
Терри Медален: жизненно важен, поскольку мы уверены, что блок питания является базовым элементом любого хорошего аудио-компонента. Блок питания AFPC контролирует ток, полученный из общей электросети, производя чистый синус с корректной частотой и фазой. Даже если потребление электроэнергии составит 1000 Ватт, это никак не отразится на работе другого оборудования в доме. Усилитель с блоком питания AFPC становится практически неощутимым для электросети! Преобразователь напряжения работает в ZVS-режиме (с переключением при нулевом напряжении, его еще называют мягким режимом переключения), поэтому фронты импульсов содержат меньше паразитных гармоник, подавая меньше электромагнитных помех в схему усилителя.
AVREPORT.ru: теперь усилителям Primare не нужен стабилизатор напряжения электросети?
Терри Медален: возможно, слово «нужен» ‒ не совсем верное. Мы уверены, что любой системе будут полезны хорошие условия эксплуатации и оптимальные настройки. Например, наши усилители будут звучать лучше в связке с акустическими системами, которые установлены идеально в соответствии с акустикой конкретного помещения. Так и с питанием, чем чище и стабильнее напряжение электросети, подаваемое на блок питания нашего усилителя, тем лучше будет качество усиления. В идеальных условиях и усилитель будет показывать свой максимум.
AVREPORT.ru: как Вы считаете, в современных продуктах Primare преодолены все трудности ранних усилителей D-класса?
Терри Медален: да, мы в этом уверены. Впрочем, мы же доработали UFPD, перейдя к более качественной технологии UFPD 2. И мы всегда будем стремиться к улучшению наших продуктов, если увидим такую возможность.
AVREPORT.ru: почему Primare все еще производит усилители традиционных классов?
Терри Медален: мы продолжаем выпуск усилителя A32 (класс АВ) из-за спроса на рынке. Похоже, он нравится меломанам, которые предпочитают звук, посмеем даже сказать «шум», более традиционных усилителей. Тут можно провести аналогию с людьми, которые предпочитают пробирающий рокот моторов классических спорткаров бесшумной эффективности движков современных электрокаров. Наши мысли по поводу сравнения технологии UFPD с электромобилями мы даже изложили в специальном пресс-релизе (русский перевод которого можно найти по этой ссылке).
Тут важно отметить другое: мы имеем опыт производства не только усилителей А и АВ-классов, но и ламповых усилителей ‒ этот опыт мы получили, когда производили усилители для знаменитого датского бренда Copland. Именно этот всесторонний опыт позволил нам оценить и признать преимущества хорошо сделанных усилителей класса D.
AVREPORT.ru:что Вы думаете о чисто цифровых усилителях и не планируете ли их производство?
Терри Медален: у этого типа усилителей есть очевидные теоретические преимущества, которые согласуются с нашей философией: чем сигнальный путь проще, тем он лучше. Но мы на практике убедились, что можем достичь превосходных результатов с аналоговым D-классом, реализованным в наших технологиях UFPD и UFPD 2.
Однако мы никогда не останавливаем наши исследования и следим за всем, что есть на сегодняшнем технологическом горизонте. И если мы поймем, что чистый цифровой усилитель обеспечит преимущество производительности, мы, конечно же, рассмотрим этот подход. Мы не привязаны ни к какой определенной технологии, используя лишь те, что дают максимальные преимущества и устраивают наибольшее количество людей.
