Amplificadores Clase D son el futuro del audio!!

[KarlaDLP 13]

Hola comunidad que tal les va? 

Hoy les traigo un tema muy interesante pues son los Amplificadores de Clase D ¿Los conocen???

¿CÓMO FUNCIONA UN AMPLIFICADOR EN CLASE D?

La Clase D es esa tecnología de amplificación cada vez más común entre los dispositivos de audio, denominada popularmente (y erróneamente…) como amplificación «digital».

Los ultimos años están apareciendo cada vez más dispositivos con amplificación en Clase D que incluso empieza a rivalizar en calidad con la amplificación tradicional en los ámbitos mas exigentes: amplificación estéreo de calidad, audio profesional, car audio, multicanal, etc. En todos ellos, la amplificacion en Clase D está irrumpiendo con resultados de calidad que en ocasiones, sorprenden hasta a los excépticos de esta tecnología.

 

¿Por qué clase D?

Las ventajas son claras:

• Menor consumo para conseguir mismas potencias de sonido, gracias a su mayor rendimiento (menos desperdicio de energia en forma de calor).
• Menor tamaño del amplificador.

En cuanto a las desventajas, la principal, una menor calidad de sonido, parece que esta olvidándose cada vez más gracias a los avances en esta «joven» tecnología. Cada vez se consigue mejorar más la calidad de sonido y reducir otros efectos colaterales, como la consabida emisión de interferencias.

Qué es la amplificación en Clase D

Un amplificador en clase D es un amplificador que basa su funcionamiento en que sus dispositivos de salida (transistores), están o completamete funcionando, o completamente apagados. Las variaciones entre estos dos estados, habrían de ser idealmente instantáneas. Ésta es la característica por la que se les conoce comunmente como «digitales» (y erróneamente, ya que el tratamiento de la información señal de audio es totalmente analógico).

Antes de seguir, veamos un esquema basico de un amplificador en Clase D:

Como se ve, la primera etapa a la izquierda es la entrada de audio, que se modula con una señal triangular a muy alta frecuencia (se hace una operacion de comparación). Ésta comparacion, da como salida una señal de pulsos de muy alta frecuencia, que representan tanto a la señal original, como a la señal triangular que la ha modulado.

¿Como puede representar esta señal de pulsos a la señal original? Las bajas frecuencias de esta señal de pulsos, es la señal original, y las altas frecuencias, es subproducto de la modulación. Por lo tanto, si filtramos esta señal de pulsos en paso bajo de forma adecuada, recuperaremos la señal original, tan simple como eso.

Por lo tanto, de esta señal de pulsos que tenemos a la salida del comparador «C», una parte es la aprovechable, pero toda la parte alta de su espectro no nos servirá para nada a la salida, y será filtrada al final del proceso para recuperar la forma de la señal original.

Bien, hasta aqui, esta señal de pulsos que tenemos todavía es una señal de bajo voltaje, como la de audio de la entrada. ¿Qué se hace ahora con ella para amplificarla?

Ahora, esta señal se utilizará para controlar la sección de salida. La seccion final, dividida en dos secciones de tipo Mosfet, se comportará como simples interruptores gobernados por la señal de pulsos. La parte alta de esta señal de pulsos se va utilizar para dar la orden de activacion de la mitad de la seccion final, y la parte baja de la señal se utilizara para dar la orden de activacion a la otra mitad.

De esta forma, la suma de las salidas de las dos seccion finales, dara la misma señal de pulsos que teniamos despues de la comparación (C), pero amplificada, esto es, con mucha mas amplitud, pero la misma forma de pulsos, como se ve en el dibujo.

Es ahora, cuando tenemos que recuperar de la señal de pulsos amplificada, la señal de entrada original, y esta vez sí la tendremos amplificada, como se puede deducir. Esto se hara, como se ve en el gráfico, mediante un filtrado paso bajo. Como hemos comentado al principio, la señal de pulsos es la señal original, si la filtramos paso bajo.

¿Qué ocurre con la energía de la palte alta que filtramos de la señal de pulsos? Esta parte es almacenada transitoriamente en el filtro paso bajo de salida, por lo que refuerza la señal de salida paso bajo, y es casi completamente aprovechada. Teoricamente, no se pierde en forma de calor (si los componentes del filtro no tuviesen resistencia parasita)

¿Por qué son tan eficientes los amplificadores en Clase D?

Teóricamente, podrían alcanzarse eficiencias del 100%. Esto sería así, si suponemos por un lado que el filtro paso bajo de la salida no tienen componentes resistivas parásitas, y si por otro lado, las secciones Mosfet de amplificación se comportasen como interruptores ideales (cosa que no es posible totalmente).

De todas formas, las eficiencias conseguidas actualmente son del orden del 90%, algo impresionante en comparación con las mejores eficiencias en torno al 60% de la amplificación tradicional como la Clase A/B (con su limite de eficiencia teórica máxima del 78%, también prácticamente inalcanzable).

Notas finales

En conclusión, los amplificadores de Clase-D han evolucionado mucho desde que se inventaron por primera vez, logrando niveles de rendimiento similares a los de los amplificadores convencionales, e incluso mejores en algunos aspectos, como una baja impedancia de salida inherente que permite bajos sin esfuerzo. Todo esto, con la gran ventaja de alta eficiencia. Por supuesto, solo si están diseñados correctamente. Sin embargo, aunque son muy atractivos, los diseños de Clase D no son muy amigables para bricolaje.

Con el fin de lograr un diseño que funcione correctamente en términos de eficiencia, rendimiento y EMI, la disposición de PCB muy cuidadosa es obligatoria, algunas selecciones de componentes son fundamentales y, por supuesto, la instrumentación adecuada es absolutamente necesaria. Este artículo ha sido escrito con el fin de arrojar algo de luz sobre los aspectos internos, ventajas y dificultades de esta tecnología no muy conocida (y aún menos conocida). Todos piensan que «Clase-D» significa «Digital». Espero que después de leer este artículo, nadie piense que ya no

¿De qué depende la calidad de un amplificador Clase D?

Como se ve, un amplificador Clase D trabaja con frecuencias altísimas, a muy alta potencia, lo que justamente requiere muy alta precision en el diseño, y precision en el rendimiento y fiabilidad de los componentes y sus especificaciones. Ademas de que requiere una aplicación teórica avanzada de los conceptos de modulación y recuperación de la señal original.

Esto, junto al menor desarrollo de esta tecnología respecto a la Clase A o A/B, hace que la Clase D todavía fuese difícil de conseguir a bajo coste y con calidad. Últimamente se van superando estas problemáticas, con originales técnicas, y mayor precisión en los modulos de la cadena. Cuando un fabricante saca una nueva técnica para superar los handicaps, rapidamente otros fabricantes intentan aplicarla tambien, o adaptarla si hay patentes de por medio. De esta forma, parece que la amplificación en Clase D esta avanzando ultimamente para intentar equipararse a los logros conseguidos en otras clases mas tradicionales.

¿Lo conseguira? ¿Lo han conseguido ya? Serán nuestros oidos libres de prejuicios, los que lo tengan que juzgar. Lo que parece es que cada vez más, muchos consumidores exigentes están empezando a sucumbir a las prestaciones de esta tecnología cada vez más perfeccionada.

 

[Gerardo Gonzalez 117]

On 11-08-2020 at 19:14, KarlaDLP dijo:

Hola comunidad que tal les va? 

Hoy les traigo un tema muy interesante pues son los Amplificadores de Clase D ¿Los conocen???

¿CÓMO FUNCIONA UN AMPLIFICADOR EN CLASE D?

La Clase D es esa tecnología de amplificación cada vez más común entre los dispositivos de audio, denominada popularmente (y erróneamente…) como amplificación «digital».

Los ultimos años están apareciendo cada vez más dispositivos con amplificación en Clase D que incluso empieza a rivalizar en calidad con la amplificación tradicional en los ámbitos mas exigentes: amplificación estéreo de calidad, audio profesional, car audio, multicanal, etc. En todos ellos, la amplificacion en Clase D está irrumpiendo con resultados de calidad que en ocasiones, sorprenden hasta a los excépticos de esta tecnología.

 

¿Por qué clase D?

Las ventajas son claras:

• Menor consumo para conseguir mismas potencias de sonido, gracias a su mayor rendimiento (menos desperdicio de energia en forma de calor).
• Menor tamaño del amplificador.

En cuanto a las desventajas, la principal, una menor calidad de sonido, parece que esta olvidándose cada vez más gracias a los avances en esta «joven» tecnología. Cada vez se consigue mejorar más la calidad de sonido y reducir otros efectos colaterales, como la consabida emisión de interferencias.

Qué es la amplificación en Clase D

Un amplificador en clase D es un amplificador que basa su funcionamiento en que sus dispositivos de salida (transistores), están o completamete funcionando, o completamente apagados. Las variaciones entre estos dos estados, habrían de ser idealmente instantáneas. Ésta es la característica por la que se les conoce comunmente como «digitales» (y erróneamente, ya que el tratamiento de la información señal de audio es totalmente analógico).

Antes de seguir, veamos un esquema basico de un amplificador en Clase D:

Como se ve, la primera etapa a la izquierda es la entrada de audio, que se modula con una señal triangular a muy alta frecuencia (se hace una operacion de comparación). Ésta comparacion, da como salida una señal de pulsos de muy alta frecuencia, que representan tanto a la señal original, como a la señal triangular que la ha modulado.

¿Como puede representar esta señal de pulsos a la señal original? Las bajas frecuencias de esta señal de pulsos, es la señal original, y las altas frecuencias, es subproducto de la modulación. Por lo tanto, si filtramos esta señal de pulsos en paso bajo de forma adecuada, recuperaremos la señal original, tan simple como eso.

Por lo tanto, de esta señal de pulsos que tenemos a la salida del comparador «C», una parte es la aprovechable, pero toda la parte alta de su espectro no nos servirá para nada a la salida, y será filtrada al final del proceso para recuperar la forma de la señal original.

Bien, hasta aqui, esta señal de pulsos que tenemos todavía es una señal de bajo voltaje, como la de audio de la entrada. ¿Qué se hace ahora con ella para amplificarla?

Ahora, esta señal se utilizará para controlar la sección de salida. La seccion final, dividida en dos secciones de tipo Mosfet, se comportará como simples interruptores gobernados por la señal de pulsos. La parte alta de esta señal de pulsos se va utilizar para dar la orden de activacion de la mitad de la seccion final, y la parte baja de la señal se utilizara para dar la orden de activacion a la otra mitad.

De esta forma, la suma de las salidas de las dos seccion finales, dara la misma señal de pulsos que teniamos despues de la comparación (C), pero amplificada, esto es, con mucha mas amplitud, pero la misma forma de pulsos, como se ve en el dibujo.

Es ahora, cuando tenemos que recuperar de la señal de pulsos amplificada, la señal de entrada original, y esta vez sí la tendremos amplificada, como se puede deducir. Esto se hara, como se ve en el gráfico, mediante un filtrado paso bajo. Como hemos comentado al principio, la señal de pulsos es la señal original, si la filtramos paso bajo.

¿Qué ocurre con la energía de la palte alta que filtramos de la señal de pulsos? Esta parte es almacenada transitoriamente en el filtro paso bajo de salida, por lo que refuerza la señal de salida paso bajo, y es casi completamente aprovechada. Teoricamente, no se pierde en forma de calor (si los componentes del filtro no tuviesen resistencia parasita)

¿Por qué son tan eficientes los amplificadores en Clase D?

Teóricamente, podrían alcanzarse eficiencias del 100%. Esto sería así, si suponemos por un lado que el filtro paso bajo de la salida no tienen componentes resistivas parásitas, y si por otro lado, las secciones Mosfet de amplificación se comportasen como interruptores ideales (cosa que no es posible totalmente).

De todas formas, las eficiencias conseguidas actualmente son del orden del 90%, algo impresionante en comparación con las mejores eficiencias en torno al 60% de la amplificación tradicional como la Clase A/B (con su limite de eficiencia teórica máxima del 78%, también prácticamente inalcanzable).

Notas finales

En conclusión, los amplificadores de Clase-D han evolucionado mucho desde que se inventaron por primera vez, logrando niveles de rendimiento similares a los de los amplificadores convencionales, e incluso mejores en algunos aspectos, como una baja impedancia de salida inherente que permite bajos sin esfuerzo. Todo esto, con la gran ventaja de alta eficiencia. Por supuesto, solo si están diseñados correctamente. Sin embargo, aunque son muy atractivos, los diseños de Clase D no son muy amigables para bricolaje.

Con el fin de lograr un diseño que funcione correctamente en términos de eficiencia, rendimiento y EMI, la disposición de PCB muy cuidadosa es obligatoria, algunas selecciones de componentes son fundamentales y, por supuesto, la instrumentación adecuada es absolutamente necesaria. Este artículo ha sido escrito con el fin de arrojar algo de luz sobre los aspectos internos, ventajas y dificultades de esta tecnología no muy conocida (y aún menos conocida). Todos piensan que «Clase-D» significa «Digital». Espero que después de leer este artículo, nadie piense que ya no

¿De qué depende la calidad de un amplificador Clase D?

Como se ve, un amplificador Clase D trabaja con frecuencias altísimas, a muy alta potencia, lo que justamente requiere muy alta precision en el diseño, y precision en el rendimiento y fiabilidad de los componentes y sus especificaciones. Ademas de que requiere una aplicación teórica avanzada de los conceptos de modulación y recuperación de la señal original.

Esto, junto al menor desarrollo de esta tecnología respecto a la Clase A o A/B, hace que la Clase D todavía fuese difícil de conseguir a bajo coste y con calidad. Últimamente se van superando estas problemáticas, con originales técnicas, y mayor precisión en los modulos de la cadena. Cuando un fabricante saca una nueva técnica para superar los handicaps, rapidamente otros fabricantes intentan aplicarla tambien, o adaptarla si hay patentes de por medio. De esta forma, parece que la amplificación en Clase D esta avanzando ultimamente para intentar equipararse a los logros conseguidos en otras clases mas tradicionales.

¿Lo conseguira? ¿Lo han conseguido ya? Serán nuestros oidos libres de prejuicios, los que lo tengan que juzgar. Lo que parece es que cada vez más, muchos consumidores exigentes están empezando a sucumbir a las prestaciones de esta tecnología cada vez más perfeccionada.

 

 

Hola, en verdad ésta tecnología va avanzando demasiado rápido, tanto que todo el mundo usa clase D, y no nos quejamos... los celulares y nos parece tan real como un clase A ó un AB, asi como hace 20 años la televisión era de muy baja definición, ahora es otro mundo, igual está pasando con ésta tecnología, y porsupuesto que tiene muchas ventajas y sobretodo en el área acústica que mediante el procesamiento digital puede corregir problemas de time alignment derivados de los acotados anchos de banda de algunos parlantes.... creo que es el futuro...

[jbl-fan 260]

Puede ser, pero no hay que olvidar que muchas predicciones del audio del pasado fueron tremendamente equivocadas, tal como la desaparición del vinilo y la supremacía del CD. Y mucho antes se dijo que la superioridad de la cuadrafonía iba a desplazar al sonido estereo, y que los transistores eran tremendamente superiores a los tubos por su inherente menor distorsión y que los tubos en el audio estaban próximos a desaparecer.  Hoy muchos estamos llenos de vinilos cuyas ventas han aumentado exponencialmente en el mundo, a diferencia del CD que está siendo desplazado por la música on line. Las ventas de amplificadores a tubos de alta fidelidad también han  aumentado en USA, Japón y Europa (tienen $$$), y ya nadie se acuerda del sonido cuadrafónico porque los que alcanzaron a escucharlo están casi todos descansando de tanta música en los cementerios del mundo. Conclusión, las predicciones tecnológicas en el audio son más difíciles que en la política o el clima.

[diego_ 25]

En todos esos casos primó la practicidad por sobre cualquier otra cosa, y los clase D son prácticos por sobre todo; económicos, eficientes y pequeños.

Yo creo que son el presente y que se están expandiendo exponencialmente (autos, BT portátil, soundbars)... y que sólo podría ser destronado por otra tecnología más eficiente y barata.

Además la música actual es super minimalista; voces, sinterizadores y secuenciadores. El uso de platillos es anticuado,no se necesitan tweeters. Ni siquiera requiere ser escuchada en stereo. Con un subwoofer y un woofer suena bien. Un chiste. Esa música fue mezclada con monitores activos clase D y después la calidad de la reproducción sólo fue disminuyendo.

Un sistema de audio hifi sería exagerado. La gente hoy tiene mejor sistema de audio en el auto que en la casa. Lo único que envidio de esta generación es Youtube, Netflix y Steam.

[funkyto 539]

hace 3 horas, diego_ dijo:

, y los clase D son prácticos por sobre todo; económicos, eficientes y pequeños.

Exacto, la clase D llego para quedarse con nosotros por mucho tiempo. Ya los grandes de la industria están trabajando con esta tecnología.

[jbl-fan 260]

No me cabe duda que la clase D llegó para quedarse, pero no para reemplazar a todas las otras tecnologías. Es parte del futuro, pero no es todo el futuro. Si estamos vivos, hablemos en unos 10 años, y hacemos una junta para gozar nuestros amplificadores a tubo y clase D y de todas las clases que existan, seguramente ya existirá la clase E y otras...

Saludos audiófilos

 

[funkyto 539]

Nada es para siempre, obviamente que de las camadas de novedades solo unos cuantos se quedaran, en los tiempos donde todo es efímero y de consumismo, solo resta esperar y en 10 años sabremos qué fue lo mejor que nos quedó de la clase D.

[Mr_oD 3.303]

1 hour ago, jbl-fan dijo:

No me cabe duda que la clase D llegó para quedarse, pero no para reemplazar a todas las otras tecnologías. Es parte del futuro, pero no es todo el futuro. Si estamos vivos, hablemos en unos 10 años, y hacemos una junta para gozar nuestros amplificadores a tubo y clase D y de todas las clases que existan, seguramente ya existirá la clase E y otras...

Saludos audiófilos

 

Buen punto estimado jbl-fan, si bien al clase D lo veremos cada vez más presente, efectivamente si hay nuevas mejoras de algunas clases anteriores, quizás el ejemplo más notable sea el del AHB2 de Benchmark Media Systems:

https://benchmarkmedia.com/collections/all-products/products/benchmark-ahb2-power-amplifier , es uno de los amps más premiados de los últimos años, considerado de referencia y a un precio más que razonable.

[funkyto 539]

Y cuanto es eso de lo razonable? como para aprovechar el 10%...

[funkyto 539]

Ya vi el precio, creo me alcanzara para solo seguir sufriendo jaja.

$ 2,999.00

 

[Mr_oD 3.303]

hace 1 minuto, funkyto dijo:

Y cuanto es eso de lo razonable? como para aprovechar el 10%...

Bueno, al ser ya considerado de referencia bien vale los $2.999 dolares que piden

Editado August 14, 2020 at 13:16 por Mr_oD

[bavario 298]

En los años 69-73 fue lo mismo, que blablabla que la nueva tecnología a transistor iba a ser mejor y blablabla, y al final todo estos desarrollos son para abaratar costos y mejorar la eficiencia eléctrica, pero de ahí que suenen mejor pues no.

MartinV56 corrígeme:

Pare mí lo mejor es él clase A, pero tiene sus ineficiencias y poca potencia, el mejor compromiso entre sonido y prestaciones es la clase AB (mi favorita), y después para abajo vienen todos los demás clase D, T, etc... suenan fuerte con potencia y consumen poco, pero no se, “les falta algo” que los A y AB si me dan.

Saludos.

[Mr_oD 3.303]

hace 8 minutos, bavario dijo:

En los años 69-73 fue lo mismo, que blablabla que la nueva tecnología a transistor iba a ser mejor y blablabla, y al final todo estos desarrollos son para abaratar costos y mejorar la eficiencia eléctrica, pero de ahí que suenen mejor pues no.

MartinV56 corrígeme:

Pare mí lo mejor es él clase A, pero tiene sus ineficiencias y poca potencia, el mejor compromiso entre sonido y prestaciones es la clase AB (mi favorita), y después para abajo vienen todos los demás clase D, T, etc... suenan fuerte con potencia y consumen poco, pero no se, “les falta algo” que los A y AB si me dan.

Saludos.

Mira las especs del amp posteado más arriba el AHB2   :  https://benchmarkmedia.com/collections/all-products/products/benchmark-ahb2-power-amplifier  es un clase A, pero con nueva tecnología:

¡PUREZA SÓNICA QUE SUPERA LA CLASE A!

El AHB2  es un amplificador lineal que supera la pureza sónica de todos los amplificadores de clase A. Ningún amplificador ofrece menor ruido o menor distorsión.  El chasis pequeño, refrigerado pasivamente, entrega limpiamente 480 Watts mono puente en 6 Ohms, con reservas adicionales para manejar cargas difíciles de altavoces. A diferencia de los amplificadores de clase A que consumen mucha energía, el AHB2 logra una eficiencia energética que rivaliza con la de un amplificador de potencia de clase D (conmutación).

[pacifyer 100.000]

2 hours ago, jbl-fan said:

No me cabe duda que la clase D llegó para quedarse, pero no para reemplazar a todas las otras tecnologías. Es parte del futuro, pero no es todo el futuro. Si estamos vivos, hablemos en unos 10 años, y hacemos una junta para gozar nuestros amplificadores a tubo y clase D y de todas las clases que existan, seguramente ya existirá la clase E y otras...

Saludos audiófilos

 

Los clase G y H ya existen... 

[MartinV56 866]

hace 2 horas, Mr_oD dijo:

Buen punto estimado jbl-fan, si bien al clase D lo veremos cada vez más presente, efectivamente si hay nuevas mejoras de algunas clases anteriores, quizás el ejemplo más notable sea el del AHB2 de Benchmark Media Systems:

https://benchmarkmedia.com/collections/all-products/products/benchmark-ahb2-power-amplifier , es uno de los amps más premiados de los últimos años, considerado de referencia y a un precio más que razonable.

Lo voy a mirar detenidamente me da la impresión que es un pura clase A miren los disipadores, muchos fabricantes rebautizaron por puro marketing la claseA con otras denominaciones.

[MartinV56 866]

hace 2 horas, bavario dijo:

En los años 69-73 fue lo mismo, que blablabla que la nueva tecnología a transistor iba a ser mejor y blablabla, y al final todo estos desarrollos son para abaratar costos y mejorar la eficiencia eléctrica, pero de ahí que suenen mejor pues no.

MartinV56 corrígeme:

Pare mí lo mejor es él clase A, pero tiene sus ineficiencias y poca potencia, el mejor compromiso entre sonido y prestaciones es la clase AB (mi favorita), y después para abajo vienen todos los demás clase D, T, etc... suenan fuerte con potencia y consumen poco, pero no se, “les falta algo” que los A y AB si me dan.

Saludos.

Personalmente prefiero  la clase A sobre AB bien sea valvular o Ss esta última usando mosfet y me quedo con single-ended sobre el PP.

Editado August 14, 2020 at 16:09 por MartinV56

[MartinV56 866]

hace 3 horas, Mr_oD dijo:

Buen punto estimado jbl-fan, si bien al clase D lo veremos cada vez más presente, efectivamente si hay nuevas mejoras de algunas clases anteriores, quizás el ejemplo más notable sea el del AHB2 de Benchmark Media Systems:

https://benchmarkmedia.com/collections/all-products/products/benchmark-ahb2-power-amplifier , es uno de los amps más premiados de los últimos años, considerado de referencia y a un precio más que razonable.

El amplificador de clase H puede considerarse como dos amplificadores en serie. En el ejemplo esquemático que se muestra en la figura, los amplificadores de riel de + - 40 V pueden producir aproximadamente 100 vatios continuos en una carga de 8 ohmios. Si la señal de vout music funciona por debajo de 40 voltios,el amplificador solo tiene las pérdidas asociadas con un amplificador de 100 W. Esto se debe a que los dispositivos superiores de clase H T2 y T4 solo se utilizan cuando la señal de música tiene una salida de entre 100 y 400 vatios. La clave para comprender esta eficiencia sin mezclar los números reales es que tenemos un amplificador con capacidad de 400 vatios pero con la eficiencia de un amplificador de 100 vatios.

[bavario 298]

No se, no me convence, hace rato que los números perfectos dejaron de impresionarme, especialmente cuando un aparato de 10w y 1% de distorsión me suena mucho más agradable al oído que uno de 100w y 0.00001% de distorsión.

[Gerardo Gonzalez 117]

hace 2 horas, bavario dijo:

No se, no me convence, hace rato que los números perfectos dejaron de impresionarme, especialmente cuando un aparato de 10w y 1% de distorsión me suena mucho más agradable al oído que uno de 100w y 0.00001% de distorsión.

Opino igual...mi oído es es el que manda 

 

[funkyto 539]

hace 22 horas, pacifyer dijo:

Los clase G y H ya existen... 

Y el punto G del  placer también.