原创 数字功放机挑战传统模拟功放机

数字功放机挑战传统模拟功放机

专业音频功率放大器，又称后级放大器，我们简称功放。它的作用是将前置放大器输出的音频电压信号进行功率放大，以推动扬声器放声，是提供其负载扬声器系统音频功率的装置。

　　        六十年代前期，在音频信号的放大领域里雄霸天下的一直是电子管功率放大器，六十年代末期到七十年代中期，随着半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈了一大步，晶体管放大器音质大幅改善，这个时候是电子管放大器最衰落的时期。和晶体管放大器相比电子管放大器体积大、功耗高、使用寿命短，使其几乎处于淘汰的处境，但进入八十年代高音质的CD唱机的面世，和制约电子管放大器的输出变压器技术的进步，电子管放大器能"中和"CD唱机生硬的"数码声"，电子管放大器的发展和地位逐渐提高，它的复出首先得到了发烧友的欢迎，如今拥有一台名牌电子管放大器甚至是一种身份的象征。

　　        但是我们都知道电子管放大器是在高电压、低电流状态下工作，末级功放管的屏极电压可达400-500甚至上千伏，而电流只有几十到几百毫安，所以输出功率不能够做大。晶体管放大器是在低电压大电流下工作，功放机的工作电压在几十伏之间，而电流达几安或几十安，所以输出功率可以做的很大，可达数百上千瓦。所以如今在大功率的专业音频扩声领域没有电子管放大器的位置。我们现在通常说的功率放大器都是指晶体管功率放大器而言。几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论是电路技术、元器件方面，还是思想认识上都取得了长足的进步，已经是一个技术相当成熟的领域。我们对于美国的皇冠功放应该比较熟悉，它应该算是国内目前传统功率放大器中的佼佼者了，巨大的电力资源的消耗我们暂且不考虑，一台皇冠MA-5002VZ的功放机却高达4U，重达40.9kg，很简单的一个例子，当我们进行一个体育场馆、或者一场文艺演出的音响扩声工程的时候，我们一走进机房往往首先映入眼帘的是成摞成摞的功率放大器叠加在一起，小山一样的功放机机柜一字排列，巨大的电力资源供给线。尽管这类晶体管功率放大器的有效功率转换效率最好的也只能作到百分之五、六十，而且功率越大体积和重量也越大，但我们长期以来好像也已经习惯了这种功率放大器的安装和使用，以往做工程的时候我们通常都忽视了其庞大的重量、体积、以及巨大的能源消耗所给我们及用户所带来的不便，相反有时在选购功放机的时候我们还觉得越重，说明厂家用料实在，买者放心，我们通常也的确满足于此。但科技是不会停步的，最好的最完美的功率放大器还没有出现的时候，人们对功率放大器的研究一刻也没有停止过，新的技术、新的元器件、新的电路不断出现，于是新一代功率放大器也正式浮出水面。

　　       不管是晶体管还是电子管功放机，它们都属于传统的模拟功放机。现阶段，在国内音频市场的应用领域传统的模拟功率放大器还处于市场的统治地位，而一种基于PWM（脉宽调制）技术生产的音频信号功率放大器作为专业扩声领域的新鲜事物，也是近两年才被国内的音频扩声的技术领域所关注。而且目前已经有成熟的产品在专业扩声领域中应用，业内的厂家和商家都称其为专业"数字"音频功率放大器。为什么把数字二字冠以引号呢，因为现在业内对于此类功放数字化称谓的定义，有一些争议，虽然厂方商家都将其定义为"数字"功放机，但从技术的角度我们大可以从其内部剖析仔细讨论一下将其定义为"数字"功放机的准确性，不过这不是本篇文章所要谈论的目的。有一点是不争的事实，就是这种"数字功率放大器"具有很宽的电源电压适应范围和极高的功率转换效率，导致的结果就是更小的体积、更低的重量、更大的功率输出，且声音质量完全达到专业音频扩声的需求。更为重要的一点是在能源消耗方面大大节省了，真可以看作是绿色环保功放的前瞻性产品，这些特点都是传统功率放大器不可比拟的优势，也是实实在在带给用户的好处。传统的模拟功放机如今已经面临这种新一代的高效功率放大器严峻的挑战，目前率先进入国内的此类产品是欧洲业内的著名品牌--产于意大利的PowerSoft，我们就以它为例让大家进一步了解一下全新概念的专业"数字"音频功率放大器。

　　         Powersoft在高效音频功率放大器应用领域是领先业界潮流的公司。其专利产品的注册商标为DIGAM。

　　        全新的Powersoft 技术业已改变了业界关注的专业音频放大器的发展道路，在应用要求高功率和长期可靠性方面目前没有任何放大器能与之相比。因为它具有令人惊奇的大幅降低热输出、重量和体积，同时还具有高功率输出性能。

　　         PowerSoft S.R.L.(音频研究实验室) 成功开发了全新开关模式技术。结合应用PWM（脉宽调制）技术，和独立负载输出级滤波都取得丰硕成果。同传统的模拟功放机相比较，开关方式技术提供了很高的效率和给予扬声器更大的功率，同样大幅度减少热消耗，高效意味着设备体积、重量和能耗都能大大降低，PowerSoft功放机典型运行效率高达95%，仅有5%的输出能量耗散为热量，而且PowerSoft功放机的效率几乎独立于输出电平，而传统功放机达到最佳工作状态时仅是发生在满额定功率输出条件下。而由于标准音乐具有的平均功率密度仅是最大输出电平的40%，因此，在同样功率输出下，传统的模拟功放机很容易产生10倍（或更大）于PowerSoft功放机的热量。

工作原理：

　　        DIGAM产品的核心技术就是PWM（脉宽调制）技术，它的工作原理是类似于高频取样器的PWM变换器将音频信号的各种不同的幅度变换为脉冲序列，其平均值等于音频输出。DIGAM使用很高的取样频率，以覆盖整个音频带宽而获得高性能，利用高频固态功率开关来放大PWM数字信号 ，然后由输出功率滤波器解调，PowerSoft S.R.L拥有一系列有关开关技术和输出解调滤波器的专利。专利设计特点保证产品参数具有很高的性能，诸如失真、频响，转换速率，功率带宽和阻尼系数等等。

放大器电源：

　　        电源是功放机的生命，电源部分是推动扬声器发声的源泉，所以好的功放机无不高度重视电源方面的技术，尤其是我们这种要求少则几百瓦，多则上千瓦的专业功率放大器，传统的模拟功率放大器为达到电源有效的能源储备，往往采用巨大的环型变压器，再配合数万甚至数十万微法的电容器，以提高电源的瞬时供应能力，这也是为什么一台皇冠的MA5002VZ功放高4U，重达40.9kg的主要原因。PowerSoft S.R.L在世界上首创了在放大器中使用电源因数校正技术的公司实验室。DIGAM产品具有PFC自动电源因数校正系统，这一独特的性能确保主电源负载总是以电阻性负载占主导地位，以电阻性负载接入电源，从而具有最小的电流谐波失真和电压/电流的置换，在电源电压变化的环境下，依然能保持系统的性能，这就是典型的标准电源和开关电源的差异，这种差异大大改进了产品的诸多性能，其最大优点是电源的性能得到了大量的扩展，电源性能是独立自主的，其额定输出不随功率的输出和负载及线路条件的变化而改变，同时电源模块的体积非常小，重量也很轻。这项技术的其他优点是：高可靠性，高转换效率和高功率输出。

保护电路：

　　        DIGAM系列面对每种可能的错误操作拥有完全的保护功能。具有最大的安全性和增加长期工作的可靠性，除具有传统的模拟功率放大器的保护功能，还具有其产品自身的保护电路。

　　        短路保护：防止工作在危险负载（触发门限在1Ω以下）之下和输出端子与地短路。

　　        具有电抗性负载驱动能力：由于采用了开关技术，放大器具有驱动高度电抗性负载的能力，既不耗散能量也不会引起设备的任何损坏。
           热保护：它能够自动增减机内温度，使放大器总是保持在限定温控范围之内。系统中的关键部件工作在恒定温度之下，并且若环境温度上升，功率便逐渐地降低到维持状态，这种情况由前面板的黄色LED闪烁作指示。

　　        另一类热保护电路的作用是在功率压缩后不能够保持机内温度在75摄式度以下时，功放机将停止运转，黄色LED将停止闪烁变为常亮，直至温度降低至安全水平。

　　        自动复位系统，当温度降至65℃以下时，自动将系统恢复。
　　        DC保护：一种固有技术，它是另外的保护保险作为补充保护。
　　        VHF保护：面对超出音频范围的强烈的持续（非音乐）信号出现时，将对扬声器实施保护，这种事件发生时，前面板上的黄色LED灯闪烁。
　　        削波限幅器：防止扬声器出现严重地削波波形，保持满峰值功率
　　       长期输出功率限制：在长持续（非音乐）信号出现时，自动衰减放大器的增益，防止损坏扬声器。
　　       AC保护：若线路电源电压超出放大器的工作电压范围时，系统将自动关闭输出。

典型应用：

　　        DIGAM产品，目前在国内市场上有三个系列的产品，分别是D、Q系列和工程系列，分别适用于中/低功率和大功率工程安装中应用，D系列和工程系列是标准2通道的功率放大器，而Q系列是独立的4通道功率放大器，具有几乎相同的外观，都是标准仅有1U的高度，最重的小于9.5 kg，同时还可以通过PC机连接局域网进行功放机组系统的遥控和监测，从而为大型系统安装提供巨大的优越性和方便。在人工操作方面同样减少了电源电缆的成本和能源消耗。DIGAM系列专业"数字"音频功率放大器具有巨大的输出功率，目前在2欧姆负载下可以做到从2000W到9000W的长期有效的输出功率。

　　        PowerSoft的DIGAM系列放大器在欧美被公认为新一代专业应用中的顶级产品。它既适合固定安装也适合现场实况广播安装应用，DIGAM能在各种领域中不受限制的应用，诸如在音乐巡回演出，歌剧院、剧场、教室、电影院、游乐园、广播电视领域和工业领域等.(更详细的信息大家可以到其厂家的网址上查询
　　         新技术的产生往往引发传统应用领域的革命，音频放大器同样如此。由上可见，未来几年内这种高效"数字"功率放大器，乃至没有争议的完全数字化功放的出现频率将会越来越快，传统的模拟功放从而将面临市场的挑战，就像传统的录音卡带市场以后终将被更先进的MD、CD等录音媒介市场所占据一样。数字音频功率放大器和模拟音频功率放大器的市场之争将是未来专业功率放大器发展的可以预见的必然趋势。过去的40多年当中，世界上发展最快的技术就是计算机技术的发展，如今一台最普通的台式电脑的功能都比40年前那种占用几个房间，重达几十上百吨的庞然大物的计算机先进得多。在科技日新月异的今天，我们也有理由期待更完美的音频信号功率放大器的出现！