Phân lớp của ampli – Điều gì làm nên khác biệt? (Phần 3)

Ở kỳ cuối cùng của bài viết, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ampli class D, một trong những phân lớp ampli phổ biến nhất trên thị trường hiện nay.

Class D

So với các phân lớp được giới thiệu ở kỳ trước, class D có thiết kế khá phức tạp. Thường bị gọi nhầm là “mạch khuếch đại digital”, mạch khuếch đại class D là thiết kế có mức độ hiệu quả cao nhất trong các phân lớp ampli khác nhau, với công suất đầu ra lên đến 90% ở ngoài đời thực? Vì sao mạch khuếch đại này được gọi là class D nếu như “mạch khuếch đại digital” là một cách gọi sai? Đơn giản bởi đây chỉ là sự tiếp nối trong bảng chữ cái, class D đứng sau mạch class C vốn sử dụng cho các thiết bị không dùng vào mục đích phát nhạc. Và quan trong hơn, làm thế nào để ampli class D có khả năng hoạt động hiệu quả lên đến hơn 90%?

Mach class D tapchihifi

Sơ đồ mạch của một ampli class D

Ở những kỳ trước, chúng ta có thể thấy rằng thiết kế mạch class A, class B hay class A/B cùng các biến thể sử dụng một hay nhiều thiết bị đầu ra trong suốt quá trình hoạt động, kể cả khi đang ở chế độ tĩnh, không phát nhạc. Thế nhưng với mạch khuếch đại class D thì lại khác. Mạch khuếch đại này sẽ nhanh chuyển các thiết bị đầu ra về trạng thái bật hoặc tắt. Lấy mạch khuếch đại Class T – thiết kế dựa trên nguyên tắc hoạt động của class D, hoạt động ở tần số 50Mhz do Tripath phát triển làm ví dụ. Mạch khuếch đại class T có các thiết bị đầu ra được kiểm soát bởi điều biến độ rộng xung (Pulse-width modulation) với cách thức như sau: thiết bị điều biến sẽ tạo ra sóng vuông với độ rộng khác nhau, tương ứng với tín hiệu analog được tạo ra.Bằng cách kiểm soát chặt chẽ các thiết bị đầu ra, độ hiệu quả 100% là điều hoàn toàn có thể đạt được.

Khi đi sâu hơn vào thiết kế class D, có thể nhiều người sẽ thấy nhắc đến ampli analog hoặc ampli digital. Ampli analog class D sẽ có tín hiệu đầu vào analog cùng hệ thống kiểm soát analog, có thể có cả mạch chỉnh lỗi hồi tiếp. Trong khi đó ampli digital class D sử dụng hệ thống kiểm soát digital để chuyển tầng khuếch đại mà không sử dụng chỉnh lỗi hồi tiếp. Nhìn chung, cũng cần nói thêm rằng ampli analog class D thường có chất lượng trình diễn hơn hẳn so với ampli digital class D bởi trở kháng đầu ra thấp hơn và độ méo tiếng cũng tốt hơn nhiều.

Tuy nhiên, có một vấn đề nhỏ ở bộ lọc đầu ra. Thông thường bộ lọc này là một mạch L-C (cuộn cảm và tụ điện) đặt ở giữa ampli và loa để giảm mức độ nhiễu ồn có liên quan đến hoạt động của mạch class D. Bộ lọc có tầm quan trọng đáng kể: thiết kế kém chất lượng có thể làm giảm hiệu quả, mức độ đáng tin cậy và chất lượng âm thanh. Ngoài ra, hồi tiếp xuất hiện sau hoạt động của bộ lọc đầu ra cũng rất quan trọng. Mặc dù các thiết kế không sử dụng hồi tiếp ở giai đoạn này vẫn có đáp tuyến được điều chỉnh theo một mức trở kháng cụ thể, nếu như chúng gặp phải một tải phức tạp, đáp tuyến tần số sẽ dao động rất nhiều, phụ thuộc vào trở kháng của loa mà chúng nhận thấy. Hồi tiếp có tác dụng ổn định hoạt động trong những trường hợp như thế này, đảm bảo mạch khuếch đại có thể đáp ứng dễ dàng khi xuất hiện tải phức tạp.

So sanh hieu qua nang luong tapchihifi
So sánh mức độ sử dụng năng lượng hiệu quả giữa một ampli class D và một ampli class A/B

Nhìn chung, sự phức tạp của ampli class D đem lại giá trị rất lớn: mức độ sử dụng năng lượng hiệu quả cao, và từ đó dẫn đến việc khối lượng ampli cũng được giảm đi đáng kể. Vì năng lượng hao phí bị chuyển vào nhiệt không nhiều nên việc sử dụng những tấm tản nhiệt đồ sộ hoàn toàn không cần thiết.

Không chỉ vậy, nhiều ampli class D còn sử dụng bộ nguồn có chế độ chuyển mạch (SMPS – switch mode power supply). Cũng giống như tầng đầu ra của thiết bị, bộ nguồn tự bản thân có thể bật hoặc tắt một cách nhanh chóng để điều chỉnh điện áp, khiến cho việc sử dụng năng lượng đạt hiệu quả cao hơn, đồng thời khối lượng cũng sẽ nhẹ hơn so với nguồn điện analog tuyến tính truyền thống.

Điểm hạn chế lớn nhất của nguồn có chế độ chuyển mạch so với nguồn analog tuyến tính nằm ở chỗ khoảng headroom cho độ động của nguồn SMPS không thực sự lớn. Hiểu một cách đơn giản, headroom là khoảng dự trữ để có thể tạo ra một giá trị tối đa một cách dễ dàng, độ động là khác biệt giữa âm thanh lớn nhất và âm thanh nhỏ nhất. Khi headroom lớn, độ động có thể được tái hiện một cách hoàn hảo để đem lại trải nghiệm chân thực hơn. Khi so sánh giữa một nguồn SMPS với một nguồn analog tuyến tính có cùng mức công suất, nguồn tuyến tính sẽ tạo ra được độ động lớn hơn. Dù vậy, không thể phủ nhận rằng nguồn SMPS đang ngày càng trở nên phổ biến, và trong tương lai chúng ta sẽ ngày càng thấy nhiều ampli class D sử dụng loại nguồn cấp điện này.

Xem:

Phân lớp của ampli – Điều gì làm nên khác biệt? (Phần 1)
Phân lớp của ampli – Điều gì làm nên khác biệt? (Phần 2)

Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây

Tìm hiểu về Viva Audio Solista MKIII và Solistino

Nguyễn Hào