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这些新的技术理念,将改变你对功放的肤浅认识!

2019/4/22 14:28:17      来源:艾维电影微信公众号
[提要]功放在影院还音系统中一直有广泛的应用。尤其是沉浸式多声道还音技术在影院逐步普及的当下,功放不但数量增加而且要求输出功率不断增大,对信号传输、控制也越来越高,让我们重新认识到了功放的重要性和对功放的新要求。

功放在影院还音系统中一直有广泛的应用。尤其是沉浸式多声道还音技术在影院逐步普及的当下,功放不但数量增加而且要求输出功率不断增大,对信号传输、控制也越来越高,让我们重新认识到了功放的重要性和对功放的新要求。于是,最近一个时期以来,不少新的功放技术和设计理念,改变了人们对功放的肤浅认识,有些还是颠覆性的。我们不妨梳理一下:


1  UPDM功放技术


2015年,由美国加利福尼亚斯坦福大学ANDERSON博士及其团队基于UPDM技术,针对音频特性创造性地开发了新一代UPDM(音频单极性脉冲密度调制)音频放大器技术方案。


现有的数字功放(CLASS D)是将模拟音频信号与一个固定的三角波信号比较,从而产生一个200KHz以上的固定频率,占空比随音频信号可变的单路PWM(脉宽调制)的信号,每周加入死区控制,驱动一对MOSFET场效应晶体管,产生更大电流的PWM信号经过感容器件缓冲过滤还原出音频功率信号,因此D类功放本身仍然是基于模拟线路向高频开关线路的扩展,并非真正意义上的数字处理技术。


而UPDM技术的颠覆性在于,使用MCU(微控制单元,类似于单片机)对音频ADC(模数变换)后的数字信号精确的计算,直接生成正负两路单极性脉冲密度调制的PDM(脉冲密度调制)信号,分别控制两个MOSFET场效应晶体管。这两路MOSFET在音频范围内交替工作,死区周数降低10倍以上,失真得到大大的改善,同时开关损耗也大幅度降低。


UPDM功放技术相比目前的D类功放,在失真度、效率上有了新的提高。这在目前大功率、高保真的应用中是很有意义的。


2  DSP功放技术


之前,人们对功放的要求仅仅是作为信号放大以驱动音箱,随着DSP(数字信号处理)技术的实现变得方便,人们便想对每一路音频放大通道都能进行随心所欲的控制,因此功放中集成DSP单元日益普遍。


除了常规的一些功能:频率均衡、延时、分频、压限等之外,目前DSP技术功能得到了扩展,比如相位控制、工作状态监测、热冗余备份等,大大拓宽了功放的功能,对驱动的音箱适应性更好,保证了系统的安全。


Crown DCi系列功放内置的DSP数字信号处理器就包含Level/MAX 限幅器、输入/输出 EQ、分频器、延迟、矩阵、扬声器线路监测等。



多通道配置技术


开关电源技术、电子电路模块化技术、数字功放技术的成熟,使得功放电路板日益小型化,这就为在功放机箱中集成更多通道的功放创造了条件。


另一方面,从应用的角度来说,音箱的多路驱动、多声道扩声以及沉浸式多声道还音系统,功放的使用量不断增多,由此功放厂商也推出了更多通道的功放,4通道、8通道以至12通道。在设计理念上,强调单元的可增减、可插拔,给应用带来了便利,功放的适应性更广。


在此基础上,有的厂商还推出了通道的自由配置功能,通过管理软件或硬件开关,实现多路功放的灵活配置,以实现功放通道之间的并联、桥接等功能,在信号通道、功率大小、功放冗余、替换等方面可以灵活实现。


这些,可以为有多声道放大、音箱的多频道驱动以及适应不同大小功率输出等的应用场合带来极大便利。


杜比公司推出的多通道数字功率放大器(DMA),在仅仅 4U 高度的机箱内,能支持 32 或 24 路输出,每个通道的额定功率为 300W,在内部直接路由和分配信号到各个功率放大电路上进行放大后输出。


QSC公司的DPA系列功放采用了功率组合技术FAST,自主设计了新的MOSFET元件,实现了功放并接通道的高功率输出,可以在DPA功放上通过不同数量的通道组合在2/4/8欧姆区间内获得高功率输出。


CROWN公司的DCi 8|300DA功放,也是集成了8通道,300W功率放大器,通过HiQnet Audio Architect软件可对DCi-DA系列功放进行远程配置、监听、控制等。


恒压输出技术


目前的功放一般都是低压定阻式输出,随着输出功率的增大,驱动电流相应增大。而在功放的不少应用场合,其输出导线至音箱的距离都比较远,几十米到几百米甚至上千米,其导线阻抗小的在1、2欧姆,大的达到3、4欧姆,使得输出功率的不小部分消耗在导线上了。


为此,专家们仿造高压输配电的原理,提高恒定输出电压,以此降低输出电流,从而减小线损。虽然原理简单,但输出端要么采用变压器的形式(类似于定压式功放),要么采用无输出变压器的高电压输出模式。


前者,在公共广播领域问题不大,在优质扩声领域对变压器的电磁特性有了更高的要求,后者则要求放大电路的工作电压更高,尤其是大功率输出时,工作电压甚至高达200伏。目的就是提高输出电压,减小输出电流,以减小线损。


Crown Com-Tech 系列是第一个针对特定通道独立选择高阻抗和低阻抗操作的系列,而 CDi 和 CTs 系列功放继承了这一传统,并精心选择了功率电平和功能,以集成到固定安装设计中。


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


在双路模式下,CTs 600/1200 可以为 25/50/70V 线路供电;CTs 2000/3000 可以为 25/50/70/100V 线路供电。 在桥式单通道模式下,CTs 600/1200 可以为 140V 线路供电;CTs 2000/3000 可以为 140V 和 200V 线路供电。


这为远距离驱动大功率音箱降低线路损耗带来了可能。对大型多声道影厅、影剧院电影系统和扩声系统等可谓是高效的解决方案。


网络音频技术


网络音频技术的出现,无疑是为了很好地解决复杂音频系统的组网、传输和高效和多功能的需求。目前,比较常用和成熟的网络音频技术是Dante?和 AES67。这两个协议标准的诸多优势,赢得了众多设备厂商的支持。



因此,功放设备上集成了支持Dante?和 AES67协议标准的模块和接口的厂商越来越多。


所谓复杂应用系统是指多分区、远距离、多通道、多子系统、可灵活配置的音频系统,这些场合如采用常规系统要么系统变得十分庞大和复杂要么根本无法实现,网络音频技术就可以方便地解决这些问题。


功放具备了支持Dante?和 AES67协议标准的模块和接口,可以简化目前不少的数字音频系统组成和施工。


像QSC的DPA-Q是DPA功放的一个网络版本,将需要DSP处理的信号通过标准以太网传输到Q-SYS系统主机CORE上集中处理完毕后再返回给功放,还可以进行实时热备份,在影院沉浸式多声道还音系统中,可以轻松满足对多声道、高效组网、安全可靠的要求。


Crown DCi系列功放,也具备了支持Dante/AES67网络音频,集成高功率DSPDante/AES67与Crown DCi 功放结合运用,无需通过复杂的电缆或者额外设备即可为整个场地的设备配备功放。


杜比的多通道数字功率放大器(DMA)也支持 AES67 网络数字音频传输协议,可以从上级服务器或音频设备中接受最多 64 路数字音频信号,并在内部直接路由和分配信号到各个功率放大电路上进行放大后输出。


国内的飞达音响也推出了支持Dante网络音频协议的多通道网络功放,通过软件配置可灵活面对各种复杂应用。


功放的这些新技术,无疑具有划时代意义,它不仅拓宽了应用领域,而且在技术性能上有了新的提高,尤其是在应用的可靠性、灵活性、高效性方面将引领功放未来的发展方向。

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