Class-D

Bir süredir dikkatimi çeken iki konu var. Bunlardan birincisi, ses güçlendiricilerinin bütünleşik bir DAC ile gelmesi. Beni istediğim güçlendirici – DAC kombinasyonunu seçmekten alıkoyduğu için ısınamadığım bir yaklaşım bu. Öte yanda, DAC ve güçlendirici bir paket olarak geldiği için kimisine çok cazip gelebilir.

İkinci konu ise Class-D güçlendiriciler. Bunun birinci konu ile ilgisi sayısal teknolojinin güçlendirme katına da sıçraması. Çeşitli fırsatlarla Class-D güçlendirici dinleme olanağım oldu. Ancak bir Class-D sınıfı güçlendirici sahibi olmadım. Geçmişten gelen bir şüpheyle yaklaşmakla birlikte, pazarda başarılı bir şekilde yer edinen Merill Audio, Devialet gibi markaları da görmezden gelmemek lazım. Aşağıda bunlara da kısaca değineceğim.

Class-D Nedir?

Bildiğimiz ses güçlendiricilerinde çıkış transistörleri giriş sinyalini doğrusal olarak güçlendirerek kazanç (gain) sağlarlar. Doğrusal ile, güçlendirici içinde, sıfır, en yüksek değer ve bunların arasındaki tüm değerlerin (voltajların) işlenmesinden bahsediyorum. D-Sınıfı güçlendiricilerde ise çıkış transistörleri ya kapalıdır ya da açıktır. Ara değer yoktur. Güçlendirilecek analog ses sinyali, yüksekliği sabit sayısal vurumlara (pulse) çevrilir. Orjinal analog sinyalin yüksekliği, sayısal vurumun genişliği ile ifade edilir. Bu nedenle söz konusu sisteme Pulse Width Modulation (PWM) / Vurum Genişliği Modülasyonu denir. Kullanılan sayısallaştırma sistemi PWM ile sınırlı değil; Pulse Density Modulation (PDM) / Vurum Yoğunluğu Modülasyonu veya başka bir metod da kullanılabilir. Güçlendirme işlemi sayısal ortamda, anahtarlama (switching) modunda çalışan transistörler ile yapıldıktan sonra, PWM sinyali bir düşük geçiren filtre yardımı ile analoga çevrilir. Aşağıdaki şema, konuyu görsel olarak anlatıyor.

Konuya teknik olarak ilgi duyuyorsanız şu dokümana bir göz atabilirsiniz. Class-D, kendi içinde ikiye ayrılabilir:

1. Analog olarak kontrol edilen Class-D: Giriş ve kontrol sistemi analog. Çıkış katı ise anahtarlama modunda çalışan transistörler ile. Bunlarda genellikle geribildirim (feedback) hata düzeltmesi bulunabiliyor.
2. Sayısal olarak kontrol edilen Class-D: Sinyalin kontrolu ve güçlendirilmesi tamamı ile sayısal ortamda yapılıyor. Genel olarak hata düzeltme bulunmuyor.

Neden Class-D?

A, AB ve B sınıfı doğrusal güçlendiricilere göre,

• özellikle ısı yoluyla daha az güç kaybı nedeni ile enerji bakımından daha etkin,
• daha ufak hacimli ve daha hafif,
• bu ufak hacimden daha fazla güç elde edilebiliyor.

Teorik olarak D-Sınıfı bir güçlendiricinin etkinliği %100. Pratikte ise %90’ı geçen rakamlar mümkün. Bu da transistörlerin ideal olmamasından kaynaklanan kayıplardan dolayı. Doğrusal güçlendiriciler ise bu değere yaklaşamıyorlar.

Enerji etkinliği ve küçük boyutlar, D-sınıfı güçlendiriciyi bir mobil telefon ya da bir işitme cihazı için çok iyi bir seçenek yapıyor. Peki ya odyofil uygulamaları?

Class-D’nin zorlukları

“Küçük hacimden az ısı ve büyük güç” oldukça çekici bir önerme. O halde neden Class-D dünyayı kasıp kavurmuyor? Dikensiz gül bahçesi olmuyor. Çeşitli tasarımsal zorluklar söz konusu. Bu zorluklar ses kalitesi değerlendirilirken yol, su, elektrik olarak geri dönebiliyor. Örneğin kullanılan transistörler (çoğunlukla MOSFET) ideal bir anahtar gibi çalışmayabiliyor. Ayrıca yüksek frekansların söz konusu olduğu anahtarlamalı devreler, çevreye istenmeyen elektromanyetik girişim yayabiliyor.

Diğer bir konu Class-D güçlendiricinin çıkışında bir düşük-geçiren (low-pass) filtre var. Bu filtre, bağladığınız hoparlörün empedansına göre (4Ω veya 8Ω gibi) farklı davranış sergileyebilir.

Class-D güçlendiricilerin damping-factor (sönümlendirme faktörü) parametresi düşük olabiliyor. Sönümlendirme-faktörü parametresinin detayına burada girmeyeceğim. Ama özetle, güçlendiricinin, hoparlörün istenmeyen salınımlarını ne kadar iyi sönümlendirebildiği ile ilgili bir parametre. Ne kadar yüksek o kadar iyi. İyi bir amortisörün arabanın tümseklerde fazla yaylanmasını engellemesi gibi bir şey.

Yukarıda bahsettiğim konular geçmişte çok iyi adreslenemediğindendir ki, odyofillerin çoğu D-Sınıfı güçlendiricilere halen şüphe ile bakıyor. Bugün, yukarıda bahsettiğim zorlukların üstesinden bazı iyi tasarımlar ile gelinebiliyor. Yalnız fiyat seviyeleri çok yüksek.

Örnekler

Çok detayına girmeden Hypex Electronics, Merill Audio ve Devialet ürünlerine bir göz atabiliriz.

Hypex Electronic NCore

Hypex 1996’da kurulmuş bir Hollanda firması. Hi-Fi söylemi ile Class-D güçlendirici modülleri üretiyor. Hypex ürünleri, aktif hoparlörler, kayıt stüdyoları, çok kanallı ev sineması güçlendiricileri, odyofil pazarı için güçlendiriciler, canlı ses ve çeşitli elektronik enstürmanlarda kullanılıyor. Aşağıda iki örnek ürüne yer verdim.

Resimde gördüğünüz, Hypex’in NC1200 güçlendirici ve SMPS1200 güç besleme modülü. Bunlar ikisi birlikte kullanıldığında 8 ohm’a 350W, 4 0hm’a, 650W ve 2 ohm’a 1200W güç veriyor ve ses kalitesi bakımından bir çok doğrusal güçlendiriciye meydan okuyor. Firma ürünleri dünyanın tek odyofil kalitesindeki class-D güçlendiricisi olarak duyuruyor. Hypex’in, kendi güçlendiricisini yapmayı tercih eden meraklılar için kit modülleri de var. Bkz.: NC400.

Merill Audio

Merill Audio VERITAS Monoblock Power Amplifier, Hypex Ncore NC1200 güçlendirici devresine ve Hypex SMPS1200A700 besleme devresine dayalı. Perakende fiyatı 12,000$ olan bir monoblok güçlendirici bu! 8 Ohm’a 400 Watt, 4 Ohm’a 700 Watt ve 2 Ohm’a 1,200 Watt veriyor. Damping factor 4 Ohm’da 2000! Firmanın Thor (monoblokların çifti 4,800$) ve Taranis (2,500$’a 2x400W’lık dual mono) modelleri de var.

Devialet

Devialet, Fransa’dan genç ve yaratıcı bir üretici firma. Ürünlerinin görüntüleri çok başarılı. Ama asıl güzellik derinin altında. Devialet ürünleri için güçlendiriciden çok “platform” terimini kullanmak daha doğru. “Preamplifier, amplifier, DAC, streamer, phono stage” gibi özellikleri içeren, giriş ve çıkış portları olan bir donanım düşünün. Bu donanımın özelliklerini yazılım yardımı ile belirleyebiliyorsunuz. Örneğin yazılım güncellemesi ile 170W’lık stereo modeli 200W’a, 200W’lık streo modeli 400W’lık monoblok modele yükseltebiliyorsunuz.

Yazılım konfigürasyonu ile bir giriş portunu, standart bir “line” girişinden “phono” girişine çevirebiliyorsunuz. Dahası, seçtiğiniz phono katının RIAA eğrisinin karakterini, RIAA 1953, RIAA 1976, NAB, RCA, COLUMBIA, EMI, AES, DECCA, L’OISEAU LYRE, TELEFUNKEN, CAPITOL, MGM, ESOTERIC gibi alternatifler arasından seçebiliyorsunuz. Pikap kartuşunun özelliklerine göre donanımı ayarlayabilirsiniz. Çıkış katının özelliklerini de kullandığınız hoparlöre göre ayarlamanız yazılım güncellemesi ile mümkün. Ayar olasılıkları bunlarla sınırlı değil tabi. Özellikleri yükseltmek için Devialet web sitesindeki konfigüratör yardımı ile tercih ettiğiniz ayar setini oluşturup bir SD kartına yüklüyorsunuz. SD kartını Devialet ürününe takarak yeni ayarları geçerli kılıyorsunuz. Yenilikçi tasarım diye buna derim ben.

Burada bahsettiğim ürünler ile ilgili internette çeşitli inceleme yazıları mevcut. Şimdilik tercüme işine girişmiyorum. Belki bir gün kullanıcı olarak size inceleme yazısı hazırlarım.