AMPLIFIER

Cái mà người Việt hay gọi là “âm ly” chính là amplifier được phiên âm ra tiếng Việt, hồi mình còn bé hễ ai nói đến âm ly là mình biết đây là cái máy nối với loa và có núm xoay để tăng giảm tiếng nhạc, ngày nay hình ảnh cái âm ly với các núm vặn không còn thường thấy nữa, mà thay vào đó là những cái chạm, vuốt, hay nút bấm cơ học để tăng giảm âm lượng. Vậy thì cái âm ly ngày nào còn hay đã mất, thật ra nó vẫn còn tồn tại, với công nghệ phát triển như ngày nay, cái âm ly có thể ở trong bất kỳ thiết bị điện-điện tử nào với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, tuy nhiên về nguyên lý hoạt động thì anh vẫn vậy.

Nhìn chung, amplifier là một thiết bị trung gian có chức năng nhận tín hiệu và khuyếch đại nó lên một mức phù hợp để tín hiệu đó có thể được tiếp nhận và sử dụng ở các thiết bị khác.

Hình minh họa trên ta có thể hình dung được tín hiệu đầu vào đi qua amplifier thì được khuyếch đại và có biên độ (amplitude) lớn hơn tại đầu ra của amplifier.

Amplifier dùng trong hệ thống âm thanh được gọi là power amplifier, việc phân loại power amplifier thường được dựa vào dạng tín hiệu sau khi được khuyếch đại và hiệu suất của amplifier. Thành phần quan trọng trong cấu tạo của amplifier là các linh kiện bán dẫn (transistor), sau đây là một vài power amplifier thường được nhắc tới:

CLASS A AMPLIFIER

Đây là loại amplifier có thiết kế đơn giản và phổ biến, sử dụng duy nhất một transistor trong mạch khuyếch đại.

Tín hiệu âm thanh có dạng hình sin, khi đi vào Class A thì toàn bộ tín hiệu (bán kỳ âm và bán kỳ dương của hình sin) đều được khuyếch đại. Transistor trong mạch khuyếch đại này luôn trong chế độ hoạt động kể cả khi không có tín hiệu đầu vào, điều này dẫn tới hiệu quả sử dụng năng lượng của loại amplifier này không cao, năng lượng được cấp cho amplifier hoạt động không được sử dụng hoàn toàn cho việc khuyếch đại (thưởng chỉ sử dụng 20%-25%), phần năng lượng còn lại bị chuyển hóa thành nhiệt năng, nên Class A tỏa ra nhiều nhiệt lượng trong quá trình sử dụng, bộ tản nhiệt của loại amplifier này tương đối lớn.

Vì tín hiệu đầu vào được khuyếch đại toàn phần nên ưu điểm của loại amplifier này là tín hiệu sau khi được khuyếch đại ít bị méo, đây là một điểm cộng của Class A. Tuy nhiên, cũng vì nhược điểm tiêu hao năng lượng thành nhiệt năng nên năng lượng khuyếch đại tại đầu ra thấp, đồng thời tốn chi phí cho bộ tản nhiệt cồng kềnh.

CLASS B AMPLIFIER

Class B được sinh ra để giải quyết vấn đề về hiệu suất hoạt động và nhiệt lượng tỏa ra của Class A.

Về cơ bản thì loại amplifier này có 2 transistors, mỗi transistor xử lý riêng biệt một bán kỳ của tín hiệu. Tại thời điểm transistor 1 khuyếch đại bán kỳ dương của tín hiệu thì transistor 2 ở chế độ OFF, và ngược lại khi transistor 2 chuyển sang chế độ ON để khuyếch đại bán kỳ âm của tín hiệu thì transistor 1 quay về chế độ OFF. Sự tuần hoàn ON-OFF của 2 transistors trong mạch khuyếch đại của Class B đã giải quyết hiệu quả vấn đề chạy không tải của transistor trong mạch khuyếch đại Class A, giúp tăng về hiệu suất hoạt động của amplifier và giảm nhiệt lượng tỏa ra.

Hoạt động hiệu quả như vậy, tuy nhiên Class B lại ít khi được sử dụng trong âm thanh, lý do là vì 2 bán kỳ của tín hiệu sau khi được 2 transistors khuyếch đại khi kết hợp lại với nhau để tạo thành một sóng tín hiệu hình sin hoàn chỉnh thì nó lại có một khoảng trống “nhẹ” giữa 2 bán kỳ này làm cho tín hiệu bị méo. Nguyên nhân là transistor sẽ chỉ hoạt động khi điện áp vượt một ngưỡng cố định (ví dụ từ 0.7V trở lên), tại thời điểm chuyển giao hoạt động của 2 transistors sẽ không đủ điện áp để kích hoạt cả hai transistors (transistor dead zone). Do đó những tín hiệu nằm trong vùng điện áp dưới 0.7V này sẽ không được khuyếch đại khi transistor không hoạt động. Đây được gọi là méo giao điểm (crossover distortion).

Xét thấy Class A và Class B đều có ưu-nhược điểm, để hài hòa các ưu-nhược điểm này thì Class AB amplifier được ra đời sau đó

CLASS AB AMPLIFIER

Về cơ bản thì Class AB có thể được gọi là biến thể của Class B amplifier khi các diodes và resistors được thêm vào mạch khuyếch đại nhắm duy trì một điện áp đủ để xóa đi transistor dead zone. Với điện áp duy trì này thì transistor hoạt động được thêm một thời gian ngắn sau khi đi hết một bán kỳ tín hiệu và lấn sân sang một phần nhỏ của bán kỳ kia, chính việc lấn sân này mà 2 bán kỳ tín hiệu sau khi được khuyếch đại kết hợp lại với nhau sẽ không còn khoảng trống của crossover distortion nữa

Class AB giảm được độ méo tín hiệu so với Class B và tăng được hiệu suất hoạt động so với Class A, cho nên ngày nay Class AB được sử dụng rộng rãi trong thiết kế của loa kiểm âm chuyên nghiệp.

Sam Audio hiện đang phân phối các dòng loa kiểm âm của hãng Fluid Audio có tích hợp Class AB amplifier như: C5 active studio monitor, F4 active studio monitor, Fader pro series FPX7 7” coaxial studio monitor, v.v.

Bên cạnh sự phổ biến của Class AB amplifier thì một loại amplifier khác ngày càng được sử dụng phổ biến trong cấu tạo của loa kiểm âm đó là Class D amplifier.

CLASS D AMPLIFIER

Có một sự nhầm lần khi nhắc tới loại amplifier này, người ta thường xem nó là digital amplifier, cách hiểu này là không chính xác khi phân tích cấu tạo và hoạt động của nó.

Tín hiệu trước khi đi vào transistors sẽ đi qua comparator, tại đầu ra của comparator tín hiệu không còn dạng sóng hình sin quen thuộc mà nó có dạng xung hình chữ nhật. Cách tạo xung này được gọi là phương pháp điều xung (pulse-width modulation –“PWM”). PWM nôm na hoạt động như sau: comparator có 2 inputs (input A và input B), input A là tín hiệu âm thanh hình sin cần khuyếch đại, input B là xung tam giác (triangle wave) có tần số rất cao; khi input A có điện thế cao hơn input B thì output của comparator sẽ ở trạng thái maximum positive voltage (phần lồi của xung) và ngược lại khi input B có điện thế cao hơn input A thì output comparator sẽ chuyển sang maximum negative voltage (phần lõm của xung). Độ rộng xung tỷ lệ với tín hiệu âm thanh.

Khác với các class amplifier kể trên, transistor dùng trong Class D là MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), chức năng chính của MOSFET  chỉ là một cái công tắc, tuy nhiên tốc độ xử lý lại rất nhanh và chính xác.

Xung di chuyển trong mạch sẽ có đích đến là bộ lọc (low-pass filter) để gọt dũa nó trở lại hình dáng ban đầu của tín hiệu âm thanh, tín hiệu này bây giờ đã được khuyếch đại và đi ra loa.

Class D có thiết kế nhỏ gọn, hiệu suất hoạt động rất cao (80%-90%), nhiệt tỏa ra thấp nên giảm được sự cồng kềnh của bộ tản nhiệt đồng nghĩa với tiết kiệm chi phí sản xuất. Thời kỳ đầu Class D có nhiều phàn nàn về vấn đề nhiễu hay méo tín hiệu. Tuy nhiên, với công nghệ thiết kế mạch và linh kiện điện-điện tử hiện đại ngày nay, các nhà sản xuất luôn cải tiến để giảm tối đa độ nhiễu và méo tín hiệu; do đó, Class D ngày càng được sử dụng phổ biến trong trong lĩnh vực âm thanh, nhất là tích hợp trong loa kiểm âm (studio monitor).

Tại Sam Audio bạn dễ dàng tìm thấy Class D hiển thị trong thông số loa kiểm âm cũng như loa giải trí của các hãng sản xuât loa có tiếng trên thị trường hiện nay như: Kali Audio, Dyn Audio, Reloop, Eve Audio. 

(có những hình ảnh sử dụng trong bài viết này được góp nhặt trong nguồn dữ liệu được chia sẽ rộng rãi trên internet. Sam Audio coi đó là nguồn tư liệu mở và không xem đây là yếu tố vi phạm bản quyền và sẵn sàng điều chỉnh/gỡ bỏ khi có yêu cầu của chủ sở hữu bản quyền hợp pháp)