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這些新的技術理念,將改變你對功放的膚淺認識!

2019/4/23 10:22:44      來源:艾維電影
[提要]功放在影院還音系統中一直有廣泛的應用。尤其是沉浸式多聲道還音技術在影院逐步普及的當下,功放不但數量增加而且要求輸出功率不斷增大,對信號傳輸、控制也越來越高,讓我們重新認識到了功放的重要性和對功放的新要求。

功放在影院還音系統中一直有廣泛的應用。尤其是沉浸式多聲道還音技術在影院逐步普及的當下,功放不但數量增加而且要求輸出功率不斷增大,對信號傳輸、控制也越來越高,讓我們重新認識到了功放的重要性和對功放的新要求。于是,最近一個時期以來,不少新的功放技術和設計理念,改變了人們對功放的膚淺認識,有些還是顛覆性的。我們不妨梳理一下:


1.UPDM功放技術


2015年,由美國加利福尼亞斯坦福大學ANDERSON博士及其團隊基于UPDM技術,針對音頻特性創造性地開發了新一代UPDM(音頻單極性脈沖密度調制)音頻放大器技術方案。

現有的數字功放(CLASS D)是將模擬音頻信號與一個固定的三角波信號比較,從而產生一個200KHz以上的固定頻率,占空比隨音頻信號可變的單路PWM(脈寬調制)的信號,每周加入死區控制,驅動一對MOSFET場效應晶體管,產生更大電流的PWM信號經過感容器件緩沖過濾還原出音頻功率信號,因此D類功放本身仍然是基于模擬線路向高頻開關線路的擴展,并非真正意義上的數字處理技術。


而UPDM技術的顛覆性在于,使用MCU(微控制單元,類似于單片機)對音頻ADC(模數變換)后的數字信號精確的計算,直接生成正負兩路單極性脈沖密度調制的PDM(脈沖密度調制)信號,分別控制兩個MOSFET場效應晶體管。這兩路MOSFET在音頻范圍內交替工作,死區周數降低10倍以上,失真得到大大的改善,同時開關損耗也大幅度降低。


UPDM功放技術相比目前的D類功放,在失真度、效率上有了新的提高。這在目前大功率、高保真的應用中是很有意義的。


2.DSP功放技術


之前,人們對功放的要求僅僅是作為信號放大以驅動音箱,隨著DSP(數字信號處理)技術的實現變得方便,人們便想對每一路音頻放大通道都能進行隨心所欲的控制,因此功放中集成DSP單元日益普遍。


除了常規的一些功能:頻率均衡、延時、分頻、壓限等之外,目前DSP技術功能得到了擴展,比如相位控制、工作狀態監測、熱冗余備份等,大大拓寬了功放的功能,對驅動的音箱適應性更好,保證了系統的安全。


Crown DCi系列功放內置的DSP數字信號處理器就包含Level/MAX 限幅器、輸入/輸出 EQ、分頻器、延遲、矩陣、揚聲器線路監測等。



3.多通道配置技術


開關電源技術、電子電路模塊化技術、數字功放技術的成熟,使得功放電路板日益小型化,這就為在功放機箱中集成更多通道的功放創造了條件。


另一方面,從應用的角度來說,音箱的多路驅動、多聲道擴聲以及沉浸式多聲道還音系統,功放的使用量不斷增多,由此功放廠商也推出了更多通道的功放,4通道、8通道以至12通道。在設計理念上,強調單元的可增減、可插拔,給應用帶來了便利,功放的適應性更廣。


在此基礎上,有的廠商還推出了通道的自由配置功能,通過管理軟件或硬件開關,實現多路功放的靈活配置,以實現功放通道之間的并聯、橋接等功能,在信號通道、功率大小、功放冗余、替換等方面可以靈活實現。


這些,可以為有多聲道放大、音箱的多頻道驅動以及適應不同大小功率輸出等的應用場合帶來極大便利。


杜比公司推出的多通道數字功率放大器(DMA),在僅僅 4U 高度的機箱內,能支持 32 或 24 路輸出,每個通道的額定功率為 300W,在內部直接路由和分配信號到各個功率放大電路上進行放大后輸出。


QSC公司的DPA系列功放采用了功率組合技術FAST,自主設計了新的MOSFET元件,實現了功放并接通道的高功率輸出,可以在DPA功放上通過不同數量的通道組合在2/4/8歐姆區間內獲得高功率輸出。


CROWN公司的DCi 8|300DA功放,也是集成了8通道,300W功率放大器,通過HiQnet Audio Architect軟件可對DCi-DA系列功放進行遠程配置、監聽、控制等。


4

恒壓輸出技術


目前的功放一般都是低壓定阻式輸出,隨著輸出功率的增大,驅動電流相應增大。而在功放的不少應用場合,其輸出導線至音箱的距離都比較遠,幾十米到幾百米甚至上千米,其導線阻抗小的在1、2歐姆,大的達到3、4歐姆,使得輸出功率的不小部分消耗在導線上了。


為此,專家們仿造高壓輸配電的原理,提高恒定輸出電壓,以此降低輸出電流,從而減小線損。雖然原理簡單,但輸出端要么采用變壓器的形式(類似于定壓式功放),要么采用無輸出變壓器的高電壓輸出模式。


前者,在公共廣播領域問題不大,在優質擴聲領域對變壓器的電磁特性有了更高的要求,后者則要求放大電路的工作電壓更高,尤其是大功率輸出時,工作電壓甚至高達200伏。目的就是提高輸出電壓,減小輸出電流,以減小線損。


Crown Com-Tech 系列是第一個針對特定通道獨立選擇高阻抗和低阻抗操作的系列,而 CDi 和 CTs 系列功放繼承了這一傳統,并精心選擇了功率電平和功能,以集成到固定安裝設計中。


Crown CDi 系列提供 70V(雙路模式)和 140V(橋式模式)以及低阻抗(2/4/8 歐姆)操作。 CTs 系列功放提供直接恒壓 (70V/100V/140V/200V) 或低阻抗(2/4/8 歐姆)操作。


在雙路模式下,CTs 600/1200 可以為 25/50/70V 線路供電;CTs 2000/3000 可以為 25/50/70/100V 線路供電。 在橋式單通道模式下,CTs 600/1200 可以為 140V 線路供電;CTs 2000/3000 可以為 140V 和 200V 線路供電。


這為遠距離驅動大功率音箱降低線路損耗帶來了可能。對大型多聲道影廳、影劇院電影系統和擴聲系統等可謂是高效的解決方案。


5

網絡音頻技術


網絡音頻技術的出現,無疑是為了很好地解決復雜音頻系統的組網、傳輸和高效和多功能的需求。目前,比較常用和成熟的網絡音頻技術是Dante?和 AES67。這兩個協議標準的諸多優勢,贏得了眾多設備廠商的支持。



因此,功放設備上集成了支持Dante?和 AES67協議標準的模塊和接口的廠商越來越多。


所謂復雜應用系統是指多分區、遠距離、多通道、多子系統、可靈活配置的音頻系統,這些場合如采用常規系統要么系統變得十分龐大和復雜要么根本無法實現,網絡音頻技術就可以方便地解決這些問題。


功放具備了支持Dante?和 AES67協議標準的模塊和接口,可以簡化目前不少的數字音頻系統組成和施工。


像QSC的DPA-Q是DPA功放的一個網絡版本,將需要DSP處理的信號通過標準以太網傳輸到Q-SYS系統主機CORE上集中處理完畢后再返回給功放,還可以進行實時熱備份,在影院沉浸式多聲道還音系統中,可以輕松滿足對多聲道、高效組網、安全可靠的要求。


Crown DCi系列功放,也具備了支持Dante/AES67網絡音頻,集成高功率DSPDante/AES67與Crown DCi 功放結合運用,無需通過復雜的電纜或者額外設備即可為整個場地的設備配備功放。


杜比的多通道數字功率放大器(DMA)也支持 AES67 網絡數字音頻傳輸協議,可以從上級服務器或音頻設備中接受最多 64 路數字音頻信號,并在內部直接路由和分配信號到各個功率放大電路上進行放大后輸出。


國內的飛達音響也推出了支持Dante網絡音頻協議的多通道網絡功放,通過軟件配置可靈活面對各種復雜應用。


功放的這些新技術,無疑具有劃時代意義,它不僅拓寬了應用領域,而且在技術性能上有了新的提高,尤其是在應用的可靠性、靈活性、高效性方面將引領功放未來的發展方向。




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