VL Digital от Onkyo — в поисках идеального цифрового звука

Различие между аналоговыми и цифровыми усилителями

Понимание процесса усиления поможет объяснить различие между аналоговыми и цифровыми усилителями. В аналоговом усилителе происходит усиление аналогового входного сигнала без его изменения. В цифровом усилителе происходит преобразование аналогового входного сигнала в импульсный (цифровой) сигнал, а затем — обратно в аналоговый сигнал посредством фильтра низких частот.

Аналоговый сигнал постоянно изменяется в пределах от нуля до максимума или минимума. Цифровой сигнал состоит из «импульсов» — серий «нулей» и «единиц».

Существенное отличие аналоговых и цифровых усилителей — основной принцип, используемый для усиления.

В усилителе элементы блока питания (фактически — конденсаторы) накапливают электроэнергию. Транзистор (клапан) открывается при поступлении входного сигнала, что приводит к выходу части энергии через выходные разъемы. Этот процесс просто определяет, как выполняется усиление. Сигналы аналогового усилителя постоянно изменяются: транзистор должен регулировать размер «отверстия клапана» для соответствия постоянно изменяющемуся входному сигналу. С другой стороны, в цифровом усилителе сигнал состоит из единичного импульса (1) или его отсутствия (0) — средних значений нет. «Коммутаторы» цифрового усилителя полностью открыты (коммутатор включен) при наличии импульса, в случае его отсутствия они закрыты (коммутатор выключен).

Преимущества цифрового усиления

Во-первых, необходимо рассмотреть аналоговый усилитель, в котором сигнал постоянно изменяется между максимумом и минимумом. Поэтому элементы усилителя работают в качестве переменных резисторов, которые регулируют количество электроэнергии, подаваемой источником питания, для соответствия уровню входа. Ток, протекающий при отсутствии сигнала, при этом, теряется. По этой причине аналоговые усилители могут достигать максимального кпд (относительно источника питания) примерно в 70%. Большой объем потерь означает генерирование значительного количества тепла.

В цифровом усилителе уровень сигнала 0 или 1, элементы работают как коммутаторы с двумя состояниями — включенным и выключенным. Потеря энергии незначительна. В результате у цифровых усилителей обычно высокий к.п.д. — примерно 90%.

Генерируется небольшое количество энергии, поэтому тепловыделяющие детали, такие как радиаторы, могут иметь меньший размер и, соответственно, усилители могут быть более компактными.

Поетнциал цифрового усилителя

Цифровой усилитель — это не только высокая эффективность устройства при более компактном размере. Цифровой усилитель дает возможность создания более качественного звука. Когда сигнал цифрового усилителя равен 1 (ток попадает с источника питания на колонки), элементы усилителя в выходных каскадах остаются полностью открытыми.

Вообще говоря, в этом режиме между источником питания и колонками оказывается лишь малое сопротивление, рассеивающее энергию. В результате энергия почти не теряется. В аналоговых усилителях, в отличие от цифровых, всегда присутствует некоторое сопротивление между источником питания и колонками из-за способа работы усилителя.

Более того, так как выходные элементы используются в цифровом усилителе лишь в качестве коммутаторов, то такие свойства, как линейность (важнейшее свойство для аналогового усилителя), больше не имеют особого значения. Путем сокращения числа параметров, управлять которыми необходимо усилителю, упрощается задача обеспечения надлежащей работы элементов при любых обстоятельствах. То есть, цифровой усилитель априори способен передавать сигнал более точно, нежели аналоговый.

Еще одна потенциальная привлекательная черта — воспроизведение низких частот создает лишь небольшую нагрузку на источник питания. В то же время, аналоговая записывающая техника имеет ограничения на запись низкочастотных звуков. Однако, цифровая запись, которая стала доминирующим методом хранения и передачи звуковых данных, устранила эти ограничения. По этой причине все больший объем музыки основывается на мощных низкочастотных звуках.

Подход к цифровым усилителям в компании Onkyo

На основе исследований команды разработчиков, в Onkyo пришли к выводу, что источник питания играет главную роль при достижении качественного звука цифровыми усилителями, даже если по эффективности они намного превосходит аналоговые усилители.

Если мы вернемся к основам усиления, нам хочется передать звук, который мы чувствуем, а не просто слышим. Для этой цели необходим источник питания с наименьшим значением импеданса и непревзойденными переходными характеристиками. Лишь небольшое число производителей создают цифровые усилители с источниками питания, которые соответствуют концепции Onkyo.

Повышенное внимание было уделено работе источников питания каждого цифрового усилителя Onkyo. Фактически в них концепция даже была усовершенствована посредством добавления трансформаторов большой емкости.

Широтно-импульсная модуляция (PWM) и VL (Vector Linear) от Onkyo. Технологии третьего поколения

В цифровых усилителях существуют два способа преобразования импульса: широтно-импульсная модуляция (PWM), в которой амплитуда аналогового сигнала представлена широтой импульса, и модуляция плотности импульсов (PDM), в которой аналоговый сигнал представлен количеством импульсов. Компания Onkyo использует подход PWM по ряду причин:

1. PWM генерирует намного меньше цифрового шума на высоких частотах, чем PDM;
2. PWM превосходит PDM по эффективности (меньше задержка при поступлении импульса);
3. PDM зависит от глубины отрицательной обратной связи (ООС) — практически на 100%. Даже в аналоговом усилителе слишком глубокая ООС негативно влияет на звук.

До настоящего времени PWM использовали в качестве эффективного метода усиления аудио сигналов.

Теоретически этот метод должен обеспечивать точное преобразование аналогового сигнала в цифровой. В реальности цифровой усилитель генерирует значительно число «импульсных помех» от внешних, по отношению к схеме модулятора, источников. Эти импульсные помехи приводят к ошибкам времени переключения, что делает точное преобразование амплитуды в ширину импульса невозможным. Поэтому для дальнейшего совершенствования усилителей компании Onkyo пришлось пойти дальше. Их изобретатели разработали высокоточную схему аналого-цифрового преобразования — VL Digital — на которую не влияет шум аналогового сигнала.

Технология VL (Vector Linear) компании Onkyo объединяет в себе генератор векторов, интегратор (как накопитель заряда) и инвертирующий генератор запускающих импульсов — триггер. При получении аналогового сигнала векторный генератор выдает ток пропорционально размеру входного аналогового сигнала. Этот ток направляется к интегратору, который он «заряжает». Когда уровень заряда достигает определенного значения, срабатывает триггер и инвертирует выходной импульс. Схемы заряжаются и инвертируются поочередно, выполняя модуляцию ширины импульса пропорционально аналоговому сигналу.

Верхняя и нижняя части формы колебания импульсных помех симметричны, поэтому их площадь одинакова. Поэтому, если аналоговый сигнал содержит импульсные помехи, величины их зарядов нейтрализуют друг друга.

Это обеспечивает точную модуляцию ширины импульса на протяжении всего времени. Технология третьего поколения VL Digital от компании Onkyo включает схему на транзисторах Дарлингтона обратной проводимости, которая превосходит более ранние версии и обеспечивает точное генерирование электрического тока на основе входного напряжения.

© Hi-Fi.com.ua, 2008