클래스 D 증폭기 대 변압기 설계: 어떤 PA 증폭기 전원 공급 장치가 승리합니까?

전문 사운드 앰프를 선택하는 데 전력량만 중요한 것은 아닙니다. 두 장치는 서류상으로는 동일한 정격 전력을 공유하지만 실제 환경에서는 소리와 성능이 매우 다릅니다. 그 이유는 거의 항상 사양 시트 하이라이트 릴에 거의 포함되지 않는 하나의 구성 요소, 즉 전원 공급 장치 설계로 귀결됩니다.

이 가이드에서는 오늘날의 고전력 PA 증폭기에서 발견되는 두 가지 주요 전원 공급 장치 아키텍처인 초크 조정(변압기 기반) 및 스위치 모드(SMPS)를 분석하고 각각이 실제 성능, 효율성 및 신뢰성에 어떤 영향을 미치는지 설명합니다. 결국에는 어떤 디자인이 귀하의 응용 분야에 적합한지, 그리고 시장에서 가장 신뢰받는 전문 사운드 앰프 중 일부가 왜 한 가지 접근 방식 또는 다른 접근 방식을 고집하는지 알게 될 것입니다.

PA 앰프에서 전원 공급 장치는 실제로 어떤 역할을 합니까?

전원 공급 장치는 주 AC 전원을 앰프의 출력단에서 스피커를 구동하는 데 사용하는 안정적인 DC 전압으로 변환합니다. 모든 순간적인 피크, 모든 베이스 히트, 모든 갑작스러운 오케스트라의 고조는 이 저장소에서 전류를 끌어옵니다. 충분히 빠르게 응답하지 못하는 전원 공급 장치는 왜곡, 압축 또는 완전한 클리핑을 발생시킵니다. 이 중 어느 것도 전문 오디오에 속하지 않습니다.

엔지니어가 이 문제를 해결하는 방법에는 두 가지가 있습니다.

초크 조정(변압기 기반) 전원 공급 장치는 전문 앰프에서 어떻게 작동합니까?

초크 조정 공급 장치는 대형 토로이달 또는 EI 코어 변압기를 사용하여 주 전압을 낮추고 정류기와 필터 커패시터를 사용합니다. 변압기는 에너지를 자기적으로 저장하고 위상 변이를 최소화하면서 필요할 때 에너지를 방출합니다.

그 결과 라이브 타악기, 금관 악기 또는 빠른 과도 전달이 필요한 모든 것에 중요한 동적 피크에 즉각적으로 반응하는 전원 공급 장치가 탄생했습니다. 이 접근 방식은 또한 매우 낮은 출력 임피던스를 생성하며 이는 직접적으로 높은 감쇠 계수로 변환됩니다. AUWAY PA1.3 및 PS41300과 같은 앰프에서 볼 수 있는 400 이상의 감쇠 계수는 앰프가 스피커 콘 움직임을 엄격하게 제어할 수 있게 해줍니다. 엄격한 제어는 원치 않는 공명 없이 정확한 베이스 재생을 의미합니다.

단점은 크기와 무게입니다. 채널당 1,300W~1,500W를 공급할 수 있는 동권형 트랜스포머는 물리적으로 크고 무겁습니다. 예를 들어 AUWAY PS41300의 무게는 39kg으로 상당한 수준이지만 엔지니어링 이유는 분명합니다.

최적의 용도: 투어링 모니터 시스템, 예배당 설치, 공연 예술 센터 및 일시적인 정확성과 저음 제어가 타협할 수 없는 모든 응용 분야.

스위치 모드 전원 공급 장치는 클래스 D 증폭기에서 어떻게 작동합니까?

스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 대형 변압기를 일반적으로 50kHz ~ 500kHz에서 작동하는 고주파수 스위칭 회로로 대체하여 트랜지스터를 빠르게 켜고 끕니다. 스위칭이 주전원 주파수보다 훨씬 빠르게 이루어지기 때문에 변압기는 훨씬 더 작고 가벼워질 수 있습니다.

클래스 D 증폭기는 SMPS 설계와 자연스럽게 결합됩니다. 출력단 자체가 고주파수로 전환되므로 전체 신호 체인이 공통 작동 원리를 공유합니다. 효율성 향상은 상당합니다. SMPS를 갖춘 클래스 D 증폭기는 기존 클래스 AB 설계의 50~65%에 비해 80~90% 이상의 효율성을 달성할 수 있습니다.

엔지니어링 과제는 전자기 간섭(EMI)과 소음입니다. 높은 스위칭 주파수는 신중하게 필터링해야 하는 RF 잡음을 생성합니다. 프리미엄 클래스 D 디자인은 이러한 소음이 오디오 경로를 오염시키는 것을 방지하기 위해 차폐, 필터링 및 레이아웃에 많은 투자를 합니다.

최적의 용도: 무게와 랙 공간이 제한된 대규모 투어링 장비, 야외 페스티벌 어레이 및 전력 효율성이 직접적으로 운영 비용을 절감하는 모든 애플리케이션.

초크 조절형 대 스위치 모드: 나란히 비교

귀하의 전문 음향 증폭기에 적합한 전원 공급 장치 등급은 무엇입니까?

대답 은 장소 유형, 채널 수 요구 사항, 무게 또는 음향 정밀도가 더 높은 순위인지 여부 등 세 가지 요소에 따라 달라집니다.

다음과 같은 경우 변압기 기반 클래스 H 또는 클래스 GB를 선택하십시오.

• 귀하의 설치는 매일 8시간 이상 실행됩니다(예배 서비스, 컨퍼런스 센터, 공연 예술 장소).

• 서브우퍼 또는 메인 PA 애플리케이션에서 정확한 저음 제어를 위해서는 400 이상의 감쇠 계수가 필요합니다.

• 앰프는 투어와 함께 이동하지 않고 고정 랙에 유지됩니다.

AUWAY PS41300 프로페셔널 파워 앰프는 이를 잘 보여줍니다. 4채널 클래스 H 설계는 8Ω에서 4x1300W (또는 2x3900W 브리지 모노 )를 제공합니다. 채널당 18개의 전력 트랜지스터 쌍과 16개의 고급 커패시터를 통해 이러한 구성 요소 밀도는 갑작스러운 피크 시 전류 요구에 대해 완충되어 최대 출력에서도 THD+N을 0.05% 미만으로 유지합니다. 3U 랙 마운트 섀시는 표준 설치에 적합하며 가변 속도 냉각 팬은 자동으로 조정되어 부하가 낮은 동안 장치를 조용하게 유지합니다.

2채널 고전류 솔루션이 선호되는 투어링 애플리케이션의 경우 AUWAY PA1.3 및 PA1.5 클래스 GB 앰프는 다른 각도를 취합니다. 클래스 GB 기술은 신호 수요에 따라 레일 전압을 동적으로 전환하여 클래스 AB 효율성을 향상시키며, 아날로그 출력 단계의 과도 응답 장점을 포기하지 않으면서 클래스 D의 효율성 이점 중 일부를 포착합니다. PA1.3은 8Ω(3900W 브리지 모노)에서 2x1300W를 제공하는 반면 PA1.5는 최대 2x1450W를 제공합니다. 이는 8Ω(4200W 브리지 모노)에서 동일한 섀시 설치 공간을 사용하여 PA1.3에 비해 전력이 15% 증가한 것입니다.

다음과 같은 경우 SMPS가 포함된 클래스 D를 선택하세요.

• 절대적인 음파 정밀도보다 킬로와트당 무게가 더 중요합니다.

• 경기장이나 야외 공연장 전체에 분산된 대규모 스피커 어레이에 전원을 공급하고 있습니다.

• 긴 여행 시즌 동안의 전기 비용은 진정한 예산 고려 사항입니다.

하이브리드 디자인은 어떻습니까?

일부 제조업체는 두 가지 접근 방식을 결합합니다. 스위치 모드 사전 조정기는 효율성과 주 전원 보정을 처리하고 다운스트림 선형 스테이지는 실제 증폭을 처리합니다. 이러한 하이브리드 토폴로지는 선형 설계의 낮은 노이즈 플로어와 함께 SMPS의 낮은 무게를 포착하려고 시도합니다. 엔지니어링 오버헤드는 상당하며 일반적으로 비용에 이를 반영합니다.

대부분의 전문 오디오 엔지니어의 경우 하이브리드에 의존하여 차이를 나누는 것보다 작업에 적합한 단일 토폴로지 앰프를 선택하는 것이 더 깔끔한 방법입니다.

장비에 적합한 선택하기

전원 공급 장치 설계는 배경 세부 사항이 아닙니다. 고출력 PA 앰프는 모든 성능에서 가장 까다로운 순간을 처리합니다. 높은 감쇠 계수와 매우 낮은 왜곡을 갖춘 변압기 기반 설계는 영구 설치 및 정밀 모니터링 시스템에서 그 자리를 차지합니다. 효율적인 SMPS를 갖춘 클래스 D 앰프는 트럭 공간이나 전력 요금이 필요할 때 그 자리를 차지합니다.

다음을 지정하기 전에 전문 사운드 앰프를 사용하려면 두 가지 질문을 해보세요. 무게가 얼마나 중요합니까? 그리고 이 애플리케이션은 정밀도 대 효율성 스펙트럼에서 어디에 위치합니까? 답변을 통해 올바른 전원 공급 장치 아키텍처와 작업에 적합한 앰프를 직접 찾을 수 있습니다.

다음 설치 또는 투어링 시스템에 어떤 앰프 토폴로지가 적합한지 논의하려면 AUWAY 오디오 팀에 문의하세요.

자주 묻는 질문

전문 오디오에서 클래스 D 앰프와 클래스 H 앰프의 차이점은 무엇입니까?

클래스 D 증폭기는 높은 효율과 가벼운 무게를 위해 SMPS와 쌍을 이루는 스위칭 출력단을 사용합니다. 클래스 H 증폭기는 선형 출력단을 사용하지만 레일 전압을 동적으로 전환하여 낭비되는 열을 줄여 기존 아날로그 설계의 과도 정확도를 유지하면서 클래스 AB보다 더 나은 효율성을 달성합니다.

고전력 PA 증폭기에서 감쇠 계수가 중요한 이유는 무엇입니까?

감쇠 계수는 신호 피크 이후 증폭기가 스피커의 역기전력을 얼마나 잘 제어하는지를 측정합니다. 더 높은 감쇠 계수(400 이상은 전문가 수준으로 간주됨)는 앰프가 스피커 콘의 움직임을 울리지 않고 적극적으로 중지한다는 것을 의미합니다. 그 결과 저음이 더 촘촘해지고 과도 현상이 더 정확하게 재생됩니다.

클래스 D 앰프는 예배당의 고정 설치에 적합합니까?

클래스 D 앰프는 예배 설치, 특히 낮은 무게와 높은 채널 수를 요구하는 대규모 장소에서 잘 작동할 수 있습니다. 그러나 긴 서비스보다 음성 명료도와 음악적 세부 사항을 우선시하는 애플리케이션의 경우 변압기 기반 클래스 H 또는 클래스 GB 설계는 일반적으로 낮은 노이즈 플로어와 보다 일관된 과도 응답을 제공합니다.

스위치 모드 전원 공급 장치 소음이 오디오 품질에 어떤 영향을 미치나요?

SMPS는 오디오 경로에 도달하기 전에 필터링해야 하는 고주파 스위칭 잡음을 생성합니다. 프리미엄 전문 사운드 앰프는 이러한 간섭을 억제하기 위해 다층 PCB 레이아웃, 환상형 출력 초크 및 차폐 인클로저에 투자합니다. 이러한 측정을 건너뛰는 저예산 SMPS 설계는 특히 낮은 신호 레벨에서 청각적 아티팩트를 유발할 수 있습니다.