Ngày nay, công nghệ số càng trở nên phổ biến hơn trong cuộc sống. Đối với một dàn hệ thống âm thanh, công nghệ số còn hiện diện ở khắp mọi nơi, từ đầu CD, DAC cho đến các bộ Tuner…Amply kỹ thuật số (Digital Amplifier) là một loại amply mới được sử dụng phổ biến trong các hệ thống âm thanh hiện đại. Vậy cấu tạo cũng như chức năng của thiết bị này như thế nào, hãy cùng EV Group tham khảo qua bài viết sau.

Cấu tạo của Amply Digtal như thế nào?

Ampli Digital có cấu tạo khá đơn giản, chủ yếu bao gồm:
1. Khối chuyển đổi tín hiệu Digital
2. Khối Driver
3. Khối chuyển mạch công suất (Power Switching)
4. Bộ lọc Low Pass Filter
5. Ngoài ra, còn có bộ phận nguồn đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc cung cấp nguồn ổn định cho toàn máy. Từ bo mạch chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số đến bo mạch switching và cuối cùng thiếu nó toàn bộ hệ thống cũng không thể hoạt động được.

Nguyên lý hoạt động của Amply Digtal

Nguyên lý hoạt động Ampli Digital cơ bản bắt đầu từ việc tìm hiểu cấu tạo của nó, Bộ khuếch đại kỹ thuật số này hoạt động theo phương pháp nhận tín hiệu analog ở đầu vào theo phương thức PWM.

– Đầu tiên, các tín hiệu kỹ thuật số (Digtal) được gửi tớii từ Preamplifier hoặc CD sẽ được xử lý qua bo mạch chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số digital để thu được một tín hiệu sóng vuông có biên độ là 2 giá trị là 0 và 1

– Tiếp theo, với bộ chuyển đổi A/D PWM, hình dạng của sóng analog được thể hiện bằng những độ rộng đỉnh xung tương ứng.

– Cuối cùng, bo mạch driver sẽ điều chỉnh các trạng thái điện áp của sóng âm thanh phù hợp với sự đồng bộ về thời gian của hệ thống.

Việc bạn đưa âm thanh ra hệ thống loa chính là chức năng của bo mạch switching điện áp. Những tín hiệu của dạng sóng âm được gửi tới từ bo mạch driver, transistor đầu ra sẽ đảm nhiệm một nhiệm vụ là điều chỉnh việc đóng ngắt dòng điện.

Khi ở trạng thái tắt, điện áp có giá trị bằng 0. Ở trạng thái mở, dòng điện được chuyển qua có cường độ mạnh nhất có thể. Nếu sử dụng Ampli analog thì khi cường độ âm thanh cao, sẽ làm các đỉnh của sóng âm thanh bị méo. Vì thế sẽ gây ảnh hưởng rất nhiều tới chất lượng âm thanh. Tuy nhiên với Ampli digital, do việc không sử dụng các sóng âm thanh có các đỉnh như trong sóng Analog nên việc ảnh hưởng chất lượng âm thanh không đáng lo ngại.

Cuối cùng, bo mạch đầu ra Low Pass Filter lọc tất cả những tạp âm sinh ra tại các đầu ra của ampli digital có chất lượng khá hoàn hảo, gần giống hệt như âm thanh analog vậy.

Phương thức chuyển đổi tín hiệu đầu vào cuả Ampli Digtal

Yếu tố kỹ thuật cốt lõi của Ampli digital chính là có đường vào nhận tín hiệu analog là bo mạch chuyển đổi tín hiệu digital. Khối chức năng này được gọi là bộ chuyển đổi A/D. Đối với bộ khuếch đại kỹ thuật số này dùng phương thức PWM để xử lý tín hiệu Analog, đầu tiên cần phải chuyển đổi A/D (tức là từ analog thành digital).

Đây là phương pháp cổ điển, nó dựa trên sự kết hợp giữa tín hiệu analog đầu vào với sóng tam giác để tạo ra tín hiệu PWM. Tần số của sóng tam giác này cần phải được thiết lập sao cho cao hơn so với tần số mà tai con người có thể nghe được. Nói cách khác, ta có thể hình dung được các đồ thị dạng sóng được chồng ghép lên nhau thì vị trí giao nhau của các sóng này chính là phần ngăn đoạn của các khoảng xung. Trên thực tế dạng xung ra của bộ khuếch đại digital với tín hiệu ra của bộ chuyển đổi A/D converter thường sẽ không giống nhau. Trường hợp ampli digital sử dụng phương thức PWM, với việc ta tăng tần số của sóng tam giác thì ta có thể chia nhỏ hơn nữa các xung. Điều đó dẫn tới khả năng cao độ phân giải của các tín hiệu đầu ra, giúp tin hiệu đầu ra trở nên “mịn” hơn.

Bộ khuếch đại Digtal rât mẫn cảm với những biến động điện áp nguồn. Nên để giải quyết việc này các hãng sản xuất Ampli digital đã nghiên cứu các kỹ thuật hồi tiếp âm (negative feedback) của riêng mình nhằm thu được độ chính xác cao nhất của tín hiệu PWM trong hệ thống âm thanh. Về cơ bản, các Apmly digital sử dụng phương thức PDM cũng được thiết kế tương tự như trên.

Đầu ra của bộ khuếch đại Digtal

Do transistor lưỡng cực (bipolar transistor) có tốc độ chuyển mạch không cao, vì thế trong hầu hết các bo mạch switching tầng cuối của ampli digital đều sử dụng Mosfet trong kỹ thuật xử lý. Ví dụ như bộ khuếch đại đầu tiên trên thế giới là Sony TA-N88 (được sản xuất vào năm 1977) sử dụng phương thức PWM. Ampli Digtal này đã dùng V-FET do Sony sản xuất làm linh kiện chuyển mạch tầng cuối.

Do việc hoạt động ở cơ chế ngắt – mở mà trên thực tế hiệu suất làm việc của tầng cuối trong ampli digital là rất cao. Phần lớn năng lượng điện được chuyển thành công suất đưa ra loa nên tổn hao nhiệt là rất nhỏ. Ví dụ, bo mạch switching của Ampli Digital Sony TA-DR1 dùng 2 chiếc N-channel Mosfet song song để có được công suất là 300W (với 4 Ohm). Ampli digital MX-D1 sử dụng đến 3 chiếc N-channel Mosfet song song để tạo ra được một công suất là 500W (4 – 8 Ohm).

Để có được âm thanh hoàn chỉnh ở đầu ra loa trong Amply digital, cần phải có một công đoạn chuyển đổi tín hiệu xung đã được số hóa trở lại tín hiệu analog như truyền thống. Đảm nhiệm chính trong công việc này là bộ lọc thấp qua Low Pass Filter. Nếu không có bo mạch Low Pass Filter, hệ thống loa chắc chắn sẽ bị làm hỏng bởi các thành phần sóng có chu kỳ cao. Bởi vậy, để loại được những sóng có hại cho hệ thống loa, sự tồn tại của bo mạch Low Pass Filter là không thể thiếu trong hệ thống ampli digital. Khi đó, các thành phần tạp âm được loại bỏ với hiệu suất rất cao, chất lượng âm thanh được cải thiện rất nhiều.

Một trong những chìa khóa để làm tăng chất lượng âm thanh của hầu hết Ampli Digital là kỹ thuật hồi tiếp âm. Tuy nhiên Ampli TacT Audio và Sony lại không sử dụng kỹ thuật feedback. Còn ở Amply 1 bit của Sharp lại sử dụng kỹ thuật feedback của riêng hãng, khắc phục được hiện tượng hoạt động không ổn định của hệ thống gây ra bởi những biến động bất thường của điện thế nguồn điện. Bộ nguồn trong Ampli digital rất nhỏ gọn. Việc lắp đặt một bộ nguồn thế nào cho hợp lý phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật feedback mà nhà sản xuất sử dụng trong Amply.