Не прошло и 10 лет с момента появления первого полностью цифрового усилителя, как появилось новое изделие в этой катерогии (NAD M2), которое, похоже, устранило главный недостаток своих предшественников - отсутствие обратной обратной связи, аналоговой по сути, но при этом достаточно "цифровой", для того, чтобы цифровые пуристы не шипели.



Важность наличия обратной связи в том, что предшествующие изделия не имели никаких средств для коррекции ошибок связанных с конечным (и переменным, в зависимости от температуры, давления, возраста и пр.) временем включения/выключения мощных полупроводниковых вентилей в выходном каскаде, остаточной "ряби" напряжения питания и даже его "проседания", влияния выходного фильтра и нагрузки и т.д. и т.п. что несмотря на очень высокую линейность преобразователя цифры в аналог на бумаге (тысячные доли процента THD) в реальности чаще всего оказывалось чуть ли не на два порядка хуже из-за перечисленных ошибок. Некоторые известные и не очень дорогие исключения (цифровые панасоники 2005 и позже) имели хорошую линейность просто потому, что у них на фронтальные каналы можно было на полном автомате (аппарат сам динамически переконфигурировался в зависимости от формата входного цифрового сигнала) пустить либо по два (в режиме 5.1) либо по три (в стерео, 2.1 или 3.1) усилителя в параллель, что в результате снижало часть аналоговых ошибок, соответственно, в квадратный корень 2 или 3 раз.

Введение старой доброй обратной связи неизбежно означало наличие либо АЦП, либо ЦАП в петле ОС (иначе аналоговую по сути ошибку никак невозможно учесть в цифре), что портило "чистоту" концепции. В результате многолетних мучений небольшая фирма из UK под названием Диодовые полупроводники чего-то там, решила что если АЦП/ЦАП можно суметь незаметно внедрить в дизайн (а это по сути именно то, что они и сделали, хоая и немного в обход), то и проблему коррекции ошибок можно решить, и пуристам угодить.

В общем, вот, что получилось:

◦<0.004% THD 20Hz – 20kHz from 500mW to 250W
◦>120dB Dynamic Range
◦90% Amplifier Efficiency

При массе в 20 кг и "аудиофильской" цене ~6k$. Осталось только дождаться, когда Intel купит дизайн и запакует его в трёхдолларовую микросхему, после чего наступит нирвана.

P.S. Этой новости уже полгода.

Да, цифровые усилки это здорово: высокая выходная мощность (киловатты!) при малых размерах, высокий КПД (>95%), низкая себестоимость (про реальные цены молчу...)... ну и конечно же цифровой звук в "чистом виде".... По скорее бы все это вошло в "массы"
Кстати вопрос... читая про схемотехнику чаще видел, что такие усилки делают на основе ШИМ (а это по сути DSD)...но видел схемы очень похожие на очень мощные ЦАПы (PCM).... опять выходит, что для этих форматов нужны разные усилители (ну или преобразование одного в другой ещё на входе)?

PWM (ШИМ) и DSD и выглядят похоже, на самом деле далеко не одно и то же: ШИМ имеет фиксированную частоту и переменную скважность, т.е в течение периода несущей частоты сигнал переключится туда/обратно ровно один раз. А DSD - это сигма-дельта, с несущей, на порядок выше, чем у аудио-ШИМ, и никаких ограничений на то, когда сигнал переключится обратно кроме того, что время переключения подчиняется дискретности, задаваемой несущей.

Коммерческие цифровые PWM усилители (не путать с PWM-усилителями класса D с "нормальным" аналоговым входом - IcePower, TriPath, Hypex), которые, насколько я знаю, все сделаны на основе патентованного алгоритма Equibit (теперь во владении Intel), всегда имеют на входе PCM, который проходит через PCM->PWM преобразование перед подачей на мощный выходной переключатель с фильтром. Т.е. отдельно "PCM модулятор" (т.е. традиционный, неоднобитный, мощный ЦАП) в коммерческих усилителях мне лично видеть не приходилось. Возможно, есть какая-то экзотика, но точно не в мейнстриме.

В общем, в том самом мейнстриме цифровых усилителей теперь на входе универсально PCM. Если источник - DSD, то тогда нужно сначала делать DSD->PCM.

Разве? Где только ни читал про DSD - пишут, что используется ШИМ (т.е. DSD не тождественно равно, но его использует).
А вот в этой статье как раз описывается усилитель, который по виду использует чистый PCM (правда конструкция усилителя выходит жетско привязано к битности потока).
Вот эта идея мне по душе - чистый PCM без всяких преобразований идет сразу в колонки.. красота..
А когда начинают цифру переделывать в другую цифру.. а то и через аналог (как в классе D) - то это как то не очень правильно... почему - обсуждалось уже...

Неправильно пишут - это же Википедия, бывает. DSD - это сигма-дельта и ШИМ она не использует так как ШИМ и сигма-дельта это совершенно не одно и то же. Посмотрите английскую статью на Википедии про Direct Stream Digital, там таких ляпов нет.Забавно, что автор статьи в итоге как раз это и делает - у него "мощный ЦАП" имеет рассчётную ошибку 5% (могу представить, какую ошибку имело бы реальное устройство, если бы оно было материализовано), поэтому для компенсации ошибки в его конструкции предусмотрена корректирующая аналоговая часть, сигнал на которую подаётся с "маломощного ЦАП".

Видимо в рунете таки произошла путаница понятий, я еще в куче статей видел определение DSD через ШИМ, за примерами далеко ходить не надо. То ли реально путают (все таки по своей сути, и реализации - очень похожие вещи), то ли у понятие ШИМ более широкое определение, что туда и дельта-сигма попадает...

Ну без ООС наверное нельзя.. в реальной жизни, к сожалению... иначе опять получим теплый ламповый...
Так все таки.. автор статьи что-то оригинальное предлагает? Или везде (или кое где) так и делают?

P.S. Забавно, но уже 19 ссылкой попадаем сюда же... вот вам и ООС

Я понимаю, откуда может пойти путанница - объяснение "на пальцах" как работает сигма-дельта действительно похоже на ШИМ. Но как только нужно пройти чуть дальше, чем "на пальцах" немедлено обнаруживается, что это очень сильно разные виды кодирования. Короче, ШИМ - модуляция ширины прямоугольного импульса при неизменной частоте, а сигма-дельта - это модуляция плотности импульсов при неизменной их ширине.
Нет, это не оригинальное - похожая конструкция предлагалась в качестве мощного ЦАП... для DSD в самом начале SACD эры: вот в этой статье на Fig 9 представлена блок-схема очень похожего "мощного ЦАП". Если Вы читаете по-английски, то почитайте статью целиком, судя по Вашему интересу к темам о цифровом усилении, Вам должно быть интересно. Она, правда, написана принципиальным "противником" цифровых усилителей (который создал вполне работающий бизнес высококачественных аналоговых усилителей мощности класса D c обратной связью - см. Hypex), однако содержит очень разумную критику известных на момент написания статьи конструкций цифровых усилителей мощности, как с обратной связью, так и без.

Читаю конечно, прочту обязательно, а пока поделюсь еще одной ссылкой.

Правильно ли я понимаю принципы работы цифровых усилителей?

1. ШИМ-усилитель: на выходе (каждого канала) стоит один дискретный элемент (ключ) который способен открываться/закрываться с мегагерцовыми частотами. По своей сути ОЧЕНЬ похож на аналоговый усилитель. Но к примеру, тишину (как я понял) он выдаст как равномерные колебания (про форму колебаний молчу, хотя в идеале они прямоугольные) на самой высокой частоте да ещё и с максимальной амплитудой, но "медленный" динамик не успеет на все это среагировать и в итоге будет тишина. Т.е. такого рода усилители характеризуются очень сильным СВЧ шумом, который нужно на выходе фильтровать.

2. PCM-усилитель: на выходе стоит несколько ключей, по одному на каждый бит, ключ старшего бита коммутирует максимальное напряжение, следующего бита - вдвое меньшее напряжение, и т.д. Ключ должен уметь работать на частотах равных частотам дискредитации (ну или кратным им, не хочу сейчас сильно вникать в т. Котельникова), на выходи все сигналы смешиваются и получаем уже аналоговой сигнал. ВЧ шумов в идеале быть не должно, тишина так и будет тишиной - т.е. постоянным сигналом с уровнем 0.

3. DSD-усилитель: как он работает мне пока не ясно, но на выходе должны иметь сигнал с переменной амплитудой (в отличии от ШИМ), тишина там будет представят собой высокочастотный колебания с минимальной амплитудой, т.е. СВЧ шум на выходе все же будет, но его амплитуда будет мала, и можно особо ничего не фильтровать (а можно и фильтровать, для порядку).

На мой взгляд, не смотря на всю "простоту" ШИМ усилителя, он является все же слишком аналоговым, большая "ответственность" возлагается на ключ, который должен хорошо и стабильно работать на таких частотах, и на тактовый генератор. Схема c PCM кажется более надеждой, хотя и более громоздкой, т.к. ключи работают на меньших частотах, и на выходе нет СВЧ шума. DSD это скорее нечто среднее между PCM и ШИМ.
Цифровые усилители умеют все то же "аналоговые" проблемы (хотя и в несколько ином виде), нестабильности питания и работы тактового генератора могут довольно сильно повлиять на получаемый звук, внося частотные и фазовые искажения. Единственное явное преимущество - это высокий КПД.

Суть и PWM (ШИМ), и DSD "усиления" в том, что сигнал непрерывно мечется от максимального отрицательного к максимальному положительному напряжению. Отличие PWM от DSD в том, что потоки переключений от максимума к минимуму формируется по сильно разным алгоритмам, а также, на данный момент, на сильно разных частотах.

Более того, алгоритмы формирования PWM есть тоже сильно разные. Исторически первым был т.н. natural PWM - чисто аналоговая схема формирования PWM. Чуть больше 10 лет назад придумали чисто цифровую схему формирования PWM напрямую из PCM.

О практических коммерчески PCM усилителях я лично никогда не слышал. Принимая во внимание, что ЦАПы уже много лет никто не делает на резистивных матрицах (взвешенное сложение битов) ввиду сложности добиться высокой точности и линейности при высокой разрядности, я думаю что идея "чистого" PCM усилителя на данный момент совершенно некатуальна по причине совершенной неконкурентноспособности. Даже с учётом самых безумных "аудофильских" целей.

В любом случае на выходе усилителя будет сильная высокочастотная составляющая, которую обязательно нужно фильтровать вне зависимости от того, насколько "медленным" является динамик. Иначе провода от усилителя к динамикам будут отличной передающей антенной и излучаемые помехи успешно заглушат радиоаппаратуру в ближайшей округе.

Не поленитесь - поищите и почитайте материалы по этой теме. В 2010 году их в Сети навалом, во всяком случае в англоязычной её части совервенно точно завались. Это в конце 90-х нужно было днём с огнём искать, так как тема была ещё экзотикой. А теперь - только копни.

Про ШИМ согласен.. но вот зачем при DSD метаться от максимума к минимуму мне не совсем ясно, сам формат к этому не обязывает... он же описывает смещение с очень большой точностью, т.е. частотой, откуда там взяться метаниям не ясно...

Да копаю, копаю, просто мнение живых людей тоже приятно почитать, да и более ясными они бывают чем археологические находки.

Из того, что Вы говорите про смещения, я думаю, Вы путаете дельта-сигму с просто дельтой. DSD на самом деле устроен несколько иначе, если бы дело было просто в смещениях, то теперешней частоты DSD не хватило бы даже на то, чтобы с высокой точностью воспроизвести, скажем, десятикилогерцовый синус (2.8 мгц делим на 10 кгц и получаем, что мы можем иметь 280 в точности одинаковых ступенек в плюс или минут на период синуса - ну откуда тут может взяться точность?).

Кроме того, одна из задумка c DSD была в том, чтобы избежать активного интегратора на выходе (а без интегратора невозможно "смещать" уровни), так как активный интегратор - это дополнительный источник шума и нелинейности и вместо него иметь пассивный фильтр.

Вот отсюда и метания.