功放設計與 NuPrime 的優勢
2024/07/25
混合 Class-D 功放設計與不同的聲音特性
在 NuPrime,我們在打造具有不同特性的世界級功放方面取得了巨大進步。從實現一種接近完美的設計到另一種具有不同聲音特性的設計,這是一個艱鉅的挑戰。通常,在增強一種聲音特性時,會失去另一種。如果我們的目標是製造出聽起來像電子管功放的產品,我們不希望犧牲動態和速度,這也是我們的卓越成就所在。為了幫助讀者理解我們的發展歷程,我們將帶你回到歷史的起點。
早期的 Class-D 發展
2005年,美國《The Absolute Sound》授予 NuForce Reference 9 功放年度產品獎。在隨附的文章中,Chris Martens 表示,Class-D 技術已經到來。當時,儘管 NuForce 取得了無可否認的成功,但 Class-D 的聲譽並不高。自那以來的十年中,這種新興技術經歷了無數次改進。參與高端 Class-D 設計的公司大多從 ICEpower 或 Hypex Electronics 購買模塊,然後進行微調。當然,這些模塊也隨著時間的推移而改進。每次 UcD(現為 Ncore)或 ICE 的進步都受到評論家的熱烈歡迎。同樣,NuForce 在其體積小但功率強大的功放的第1、2和3版本中也取得了進展。[參見關於我們以了解 NuPrime 的歷史]
數位與模擬 Class-D 實現
用簡單的英語來說,Class-D 放大是這樣的:輸入的模擬信號被調制成一系列脈衝(想像 FM 或 AM 信號)。不同於 FM 和 AM,Class-D 使用脈衝的寬度來表示取樣的模擬信號的幅度。結果是一系列相同幅度但寬度不同的脈衝。這些脈衝進一步被處理成幅度更大的脈衝。然後這些脈衝被解調成驅動揚聲器的模擬信號。除了將初始的模擬信號轉換為脈衝之外,這種實現方式完全不是數位的,它本質上是模擬的。用模擬技術有很多種方式來塑造聲音。另一種 Class-D 實現方式是完全數位的:輸入信號通過 DSP 轉換為一和零,例如 Devialet 和類似的低功率 Class-D 晶片。這種方式的優勢在於可以處理聲音以增強低音、調整 EQ 等等。這就是 Class-D 與全數位放大混淆的地方。不幸的是,全數位方法有一個顯著的缺點——它聽起來完全是數位的。
NuPrime 功放不是數位功放
開關功放,通常稱為 Class-D,幾十年前首次出現。從一開始,Class-D 就顯示出了巨大的潛力,但也有顯著的缺點:有限的可用帶寬,以及用於音頻信號調制的固定鋸齒波形伴隨著掩蓋低電平信號的抖動。
與傳統的鋸齒配置不同,NuPrime 的專利電路設計使用自然存在的模擬調制信號,既不增加噪音也不增加抖動。NuPrime 的內部技術進一步釋放了開關功放的潛力,而無需純數位開關放大器無法避免的困難——換句話說,這是兩全其美的方式。
曾幾何時,熱量和體積是地位的象徵。今天,它們是過時技術的禍根。NuPrime 功放以 750,000Hz 的頻率切換——超過 CD 取樣率的 10 倍。在這些頻率下,變壓器和電容器的工作效率更高,因此可以減小其尺寸。通常,Class-A 功放利用的能量不超過其消耗能量的 30%;其餘的都作為熱量浪費掉。高工作溫度也縮短了這些設計中大量使用的電解電容器的使用壽命。
Class-D 設計的進步
在 Class-D 模擬實現的早期,工程師們尚未找到提高開關頻率的方法,以避免低音性能、高頻延伸、抖動等方面的各種弱點。我們需要記住,固態和電子管的實現也有它們的先天弱點。事實是,工程師們長期致力於改進這些方式。也就是說,有一些頑固的支持者認為 Class-D 的解析度不夠高,因此聲音不夠理想。實際上,從音樂錄製以來,最終的解析度大多難以達到。理想的音質仍然是一個目標,我們建議,或許不謙虛地說,我們已經在這方面取得了顯著的成就。
目前,少數專注於 Class-D 設計的工程師可以實現超過 500kHz 的開關頻率(CD 為 44.1kHz)。在我們的實驗室中,我們有以 1MHz 運行的設計,在廣泛的頻率和功率範圍內具有極低的總諧波失真和令人稱讚的低抖動。無需向讀者詳細介紹令人頭疼的細節,我們的工程師現在可以生產接近完美的 Class-D 放大。這並不是說大多數工程師知道如何完成這項工作。市場上充斥著對 Class-D 技術的糟糕實現。
與 ICEpower 或 Hypex 不同,我們並不從事低成本的高容量模塊製造。我們花了大量時間和精力製造具有對比聲音特性的功放。
NuPrime 功放技術的優勢
高帶寬。真正忠實地重現音樂需要帶寬,而且需要大量帶寬。帶寬不足會掩蓋重要的空間信息和音調複雜性。NuPrime 功放提供高帶寬,從20到50,000Hz的響應平直。只有極少數非常昂貴的線性功放能夠實現這一點。這種帶寬使 NuPrime 能夠忠實地放大複雜的音樂,遠超傳統功放的能力,特別是在廣闊的音場方面——準確的空間信息得到了完全的呈現。
極高的阻尼因數。阻尼因數只是衡量功放驅動和控制揚聲器能力的指標。數字越高越好。一個優秀的電子管功放的阻尼因數可能在10到100之間。一個高品質的 Class-A 功放可能達到 200。NuPrime 功放的阻尼因數約為 400。與傳統功放不同,NuPrime 的阻尼因數完全不受音頻頻率變化的影響。簡單地說,NuPrime 能夠為任何揚聲器提供閃電般快速的動態響應。
超低失真和噪音。在傳統功放中,失真和噪音的固定規格並不存在。製造商總是選擇引用最有利的數據,通常是在1瓦特時測量的。實際上,當功率需求增加時,失真和噪音也會增加。NuPrime 採用專利申請中的技術,在每個工作週期取消失真。NuPrime 功放在每個輸出級別和音頻頻率下保持相同的低失真特性。
無相移。許多功放使用輸出濾波器會產生相移。當相移發生時,空間信息變得不準確。大多數功放在20kHz時的相移小於45度,隨著頻率增加接近90度。由於獨特的閉環設計,NuPrime 功放在所有頻率下實現了零相移。重複,零相移。
具有靈魂的 Class-D
我們如何創造具有 Class-A 或電子管功放音質特性的 Class-D 功放?答案在於電路模擬(特別是 SPICE 電路模擬) Class-A 和電子管設備並使用 Class-A 晶體管進行建模。
在 Class-D 拓撲結構中,前級放大階段通常使用運算放大器。只有少數高端產品使用分立晶體管設計。分立晶體管設計成本高且難以實現,但它們允許我們塑造聲音特性。
NuPrime 提供無與倫比的完全調節輸出,沒有漣波電壓或噪音。這種電子雜訊消失後,音樂從純淨的背景中浮現,細膩的細節和微妙之處完好無損。純淨有其聲音,而它是美妙的。
總之,NuPrime 的聲音特性遠遠超越了我們通常與大多數電子管功放相關聯的柔和、舒適的聲音,或我們通常與固態和開關技術相關聯的乾燥、尖銳的聲音。很少有功放能夠實現理想的平衡,具有豐富的音色和諧波、低頻的權威性、驚人的動態、精緻的低電平細節,並且在寂靜的背景中呈現出完全展現的、完全立體的音場。