220M30 是一款高品質、高效率、高可靠的標準音頻功率放大器, 它與很多數字功率放大器是有本質的區別的,具體區別如下:
1, 常規的數字功率放大器實際上就是音頻信號到PWM脈沖的轉換,其簡單程度僅僅由廉價的比較器構成,沒有精密時鐘單元與運算系統;而220M30采用DSP芯片,加載了我司自己開發的精準算法(即精密數據編碼技術算法)的功率放大器來實現PWM脈沖轉換。典型的優勢是表現在對微小音頻分量精確的轉換并呈現。以及具有類似磁鐵吸引塵埃一樣的聲場感染力
2, 我們研究參考開源的RTEMS,風河的VXWORKS等實時操作系統,在此基礎上裁減并加入安全控件,形式我們自己的操作系統,并采用PWM數學插補,把基本轉換出來的PWM參考量放中間寄存器,然后提取出來上次PWM累加誤差,最后經過數學校準后給到PWM輸出單元。典型的優勢是解決了很多數字功率放大器聲音粗糙失真大和金屬味很濃的聽感,使它發出的聲音更加中正、平衡、甜美、暖潤。
3, 對于很多燒友玩家來說,受制于功放IC的限制,傳統數字功率放大器可玩性不強,而我們的產品將提供和呈現給燒友的是對功放的另一種玩法,比如DSP,比如操作系統,控制算法等。
4, 曾經的T類功放風靡一時,讓很多燒友念念不忘,而220M30將有充足的自信讓大家徹底忘記它,我們甚至可以說我們是T類的升級版。
產品原理
220M30是一款使用DSP芯片,加載了我司自己開發的精準算法的功率放大器。經過多次改板,外圍器件參數核對,核心算法代碼的調試,在我們所有的比較中,220M30是目前能夠實現量產的聲音還原性能最好成的數字功率放大器。
主處理器技術框圖
圖中展示了基本技術構成及原理,最容易理解的就是ADC轉換后輸出PWM信號控制功率晶體管,也就是所謂的D類功率放大,而它的最大缺點是控制精密度不夠。這也是當前很多數字功率放大器聲音粗糙失真大或者硬邦邦感覺的主要原因。我們以PWM頻率48KHz為基本單位(這是最低可執行頻率,后續會繼續講到),如果要實現16位分辨率那么對應的基本樣本脈沖頻率則為:
= (48K*65536) Hz
= 3145.728MHz
顯然這是不可能辦到的,對于這個計算還沒有考慮到H橋電路的開關間歇時間,各級電路的延遲時間及CMOS門的延遲時間,所以很大一部分參數都必須丟棄掉,并以損失精度同品質(THD會很大)為代價,僅僅換取比較高的電源轉換效率而已。所以直接的PWM轉換方案不可能實現高品質高效率的音頻功率放大器。因此,想要實現高品質高效率的音頻功率放大器,需要從以下三個方面去嘗試:
1:降低輸出PWM頻率以提高輸出精度,并提高PWM基準時間參考頻率;這也是很多低速度的伺服電動機能夠控制微米級別距離分辨率的關鍵支持理論,否則系統不可能實現。但是對于喇叭或者音圈電動機這個操作會產生強大的可聽噪音或者讓工廠的作業人員煩躁不安,一個50的小風扇如果用12KHz以內的PWM頻率,幾個鐘就可以讓周圍幾米范圍內的人不想吃飯,郁悶難受,如果換成音響那將有不可預計的后果。顯然這條路行不通。
2:降低PWM參考頻率;對于3145.728MHz的開關頻率只有極少CMOS開關管能夠承受,常規的MOS晶體管接上去就會爆炸,即使降低1000倍也一樣因承受不了開關頻率而發熱爆炸,我們實際測試最好的分離件MOS管就能夠承受1.5MHz開關頻率,并且在這頻率開關管耐受電壓已經由基本的150V降低到50V,工作電壓上高即燒毀。
3:PWM數學插補,把基本轉換出來的PWM參考量放中間寄存器,然后提取出來上次PWM累加誤差,最后經過數學校準后給到PWM輸出單元。這也是我們現在使用的方法。這方法最容易理解,數學部分也不難處理,但是保證穩定可靠的脈沖則需要可靠的實時操作系統,比如開源的RTEMS,風河的VXWORKS。對于這兩個系統可以參考有關資料,這里需要做一個聲明,系統還需要進一步裁減并增加安全軟件,否則一個軟件錯誤就將導致MOS炸毀。只要把這問題解決就將得到無與倫比的可靠同精密度。
產品功能介紹
前面板介紹:
面板部分采用了極其簡單的結構,電源指示、故障指示和音量調節。
電源指示(power):設計中采用了高品質開關電源結構,允許輸入電壓范圍為85~265V。50~60Hz,只要滿足這范圍系統就正常啟動,電源指示燈常亮。
故障指示(error):當輸出負載出現短路,分頻網絡出現振鈴,及直流寄生電流超過5A時保護并終止所有輸出。
音量調節:音量調節部分采用了超寬的匹配范圍,普通正常使用只開到20%-30%及可滿足信號的最佳傳輸;30%~60%段用于某些錄音師在制作唱片是音量增益過小的補償,60%~100%用于音頻制作,音頻元器件底噪追蹤比較。
注意:
實際的音樂源、唱片及傳輸系統在中國都沒有走標準路線,故在使用時是以最佳匹配比例為準,也就是說開多大音量以您的耳朵聽不到失真,聽感最佳為準。
背面板介紹:
背面板也是只有簡潔的端口,音頻輸入、音頻輸出、電源輸入及開關
1、 音頻輸入(左邊蓮花插頭)
音頻輸入部分由于沒有設置靈敏度開關,故輸入范圍靠面板旋扭調節,允許輸入電壓范圍為:1.3uV~1.3V 60db電源動態范圍,120db 功率動態范圍。
頻率范圍:10Hz~24KHz
實際的應用中可以直接連接話筒動圈,電容MIC的輸出端子用來測試器件的聲學性能及聽感。同時還可以用來測試運算放大器,音量電位器的靜態噪音。同時也適用于樂器的研發與校對等。
2、 音頻輸出(中間接線端子):
該DSP功率放大器有阻抗匹配要求,這點不同于晶體管機器的拼命推策略,實際的產品輸出實阻抗8 ROHM,輸出虛阻抗8ROHM,輸出阻尼 8ROHM,實際輸出功率15W每聲道。對于很多沒有從事過音頻系統研發同詳細參數測量的人來說可能以為喇叭標8ROHM并用萬用表測試得到接近8ROHM的參數是喇叭的聲學工作參數,實際上這個參數是用來發熱的,而不是用來轉換成聲音能量的,同樣大喇叭,同樣的標稱出來的聲音完全不同就是這個道理。一個標稱功率很大的喇叭某一個時刻還沒有達到標稱功率的1%就突然損壞就是這道理,這里關系到喇叭的標稱功率與安全應用功率。標稱功率很多工廠喜歡用喇叭在某幾個頻率點有限時間內穩定運行功率來表示,實際的安全功率是喇叭相應的頻率帶無限長時間運行最差的功率頻率點的安全功率來表示。
關于喇叭,音箱功放及聲學匹配等技術問題歡迎具體咨詢。
3、 電源輸入:
電源輸入允許85~265V AC輸入范圍,電源輸入中建議使用50~60Hz常規交流電源,如果是發電機供電請確認輸入交流電源頻率,過高的頻率可能導致電源永久性損壞。
在當初,工程師不知道自己做出來的東西是否可行,或者音樂特性可能會很難聽,于是他參考了一位朋友家里面的燈炮管參數:
后來才知道這東西原來并不便宜,淘寶真品幾個燈泡可以換一部汽車,樣子長的同燈泡一模一樣同樣可以用來照明,晚上還發紅光。但是名字卻給修改了,叫電子管。名字還真牛,居然叫電子管,于是找來了相關的數據手冊,還真叫這名字。
就這樣一來工程師提取了對應文檔曲線族數據,并代入了DSP數學算法方程式,就這樣一個實際的文件就轉換成一個算法方程進行執行,并掛接24位192KHz的高性能ADC進行數據驗證,確保不出現錯誤及故障,這組曲線轉換成了表同方程式存放于處理器中,這些做法保障了性能完全逼近西德的ECC803性能,同時又沒有老化或者燈絲燒毀現象,并且直接交流電供電的設備很難消除50Hz工頻干擾噪音,換成了DSP則清澈透亮,就連不同電阻材料的熱噪音都能夠直接捕獲到,這些方法使系統有了質的飛躍。
但是依然不服氣,為啥它一個燈炮叫電子管?于是查詢了一些陳舊的書籍,并獲得如下理論:
在常規溫度下我們身邊的金屬一般具有優異的導電性能,且這些導電性能主要有電子遷移運動引起的,一部分電子流運動出金屬后又有另外的補充進來,且金屬對電子有約束力量,平時很少或者很難有電子脫離金屬導電運行。但是當溫度升高后電子的活躍能力上升了,變能夠脫離金屬運行,從而形成電流(我們常見的電弧焊接等就是這原理),反之如果抽出空氣,減少電子脫離金屬的阻力也能夠形成電流,如下圖所示:
因為電子具有負電何特性,所有如此簡單的構造便形成了二級管,據說當時英國工程師約翰•弗萊明感覺燈炮發光很神奇,他想加條空電極看能發生什么,之后他發現這個燈泡能夠將交流電變換成直流電,于是他將這些寫成了論文并公布于全世界。
后來美國人德福雷斯覺得這玩法可以,并且很新鮮于是他又加了條線,接下來他驚奇的發現,中間那條線可以控制另外一條線上的電流如下圖所示:
對于我們來講,這已經是年代久遠的事情了,但是有個不爭的事實是:這東西出來的聲音確實比我們現在器件做出來的好聽,聲音還原度高,不管你如何搭配,始終比不上百年前的老燈炮,經過書籍的參考我們的工程師認為,這來自于自由運動的結果,這份美與真來自于自由的運行結果。就象錢讓許多愛情破滅一樣,束縛大了就無法展示原本的精彩。在ECC83的參數中,輸入電容,反饋電容等都特別小,控制信號可以很精準的到達輸出端,并很少有反射回來的干擾信號,晶體管則不同,半導體硅體積微小,相互間微參數影響力不可預計,故很難統一起來,并且晶體管輸入電容是輸入電壓的函數,如此事件就很難高清晰的放大音頻信號。
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