Спецификация выходного сигнала до фильтра усилителей класса UcD/

[-Den-]

1. Подскажите что он из себя представляет.То что это ШИМ я знаю, хотелось бы поточней иметь представление что на выходе усилителя класса UcD работающего в диапозоне 20-20000 Гц имеющего мощность ватт 50..100:
- является ли частота ШИМ константой,
если да то какое оптимальное значение для усилителя с полным диапазоном частот мощностью ~50Ватт?
если нет то какая вариация этой частоты?
- какова приблизительно максимальная скважность одного периода ШИМ
- Какие еще есть "интересные" моменты

2. Сужается ли динамический диапазон в таких усилителях при уменьшении громкости воспроизводимого сигнала?
К примеру:
- усилитель работает на номинальной мощности на выходе ШИМ с параметрами Fнесущяя = 300 кГц скважность меняется от 2(ноль на выходе) до 1000 (максимальная амплитуда)
- тоже самое только "громкость" уменьшили в 10 раз теперь получается скважность меняется от 2 до 100 (100 взято из соображений интерактивности)
- если мы будем уж на очнь тихой громкости его слушать то изменения ширины импульсов будет ну уж очень маленьким, смогут ли выходные "ключи" его передать?

пс вопросы для своего общего развития с намеком оцифровки ШИМ.

[#Heroin_Ghost#]

Подскажите что он из себя представляет

Прямоугольные двухполярные импульсы, частота в процессе работы "плавает" в довольно широких пределах. Может быть, например, от 250 до 350 кГц. Сам по себе принцип работы UcD (очень советую собрать простенькую модель в любом симуляторе) не подразумевает какой либо стабильности частоты.

То что это ШИМ я знаю

Врядли это ШИМ. Тогда уж смесь ШИМ и ЧИМ Но и то не совсем верно.

изменения ширины импульсов будет ну уж очень маленьким, смогут ли выходные "ключи" его передать?

При ОЧЕНЬ низком уровне сигнала, наверное, не смогут. Конечно существует погрешность задания ширины импульса (чувствительность компаратора, задержки в драйвере, помехи и др.),и она в большей мере и определяет искажения, вносимые усилителем. Да и сами импульсы имеют некоторой длительности фронты, да еще и фиксированную паузу между друг другом. Можно стремиться уменьшить паузу, фронты сделать наиболее крутыми, и применить максимально точный компаратор, но всегда есть много но Это ограниченность быстродействия самих ключей, их драйверов, высокая стоимость "крутого" компаратора, расширяющийся спектр ВЧ гармоник из-за крутых фронтов.. Всегда придется искать компромисс между качеством, стоимостью и сложностю реализации.

UcD работающего в диапозоне 20-20000 Гц имеющего мощность ватт 50..100

Мощность не решающий показатель, принцип работы от этого не меняется. Рабочая частота чем выше - тем шире диапазон воспроизводимых частот. Для полного диапазона 20Гц-20кГц обычно 300-400 кГц рабочая частота.

с намеком оцифровки ШИМ

А подробнее можно? Как я понял, вы хотите формировать сигнал каким-то цифровым способом?

[-Den-]

Почитал темы про SD, USB транспорты, усилители D класса, про DSD и навеяло - почему это все не объединяют. К примеру звуковой тракт представляет из себя USB -> "микропроцессор" -> I2C -> ЦАП -> усилитель, если все это реализовать с учетом неких "цифровых" решений и получить в железе USB -> "микропроцессор" -> "цифровой усилитель" и потом играясь с прошивками для микропроцессора добиваться "высокого конца"

[#Heroin_Ghost#]

Понятно. Но реализовать принцип именно UcD таким образом вряд ли получится, как минимум сложность с обратной связью в аналоговом виде, не делать же для нее АЦП Да и впринципе усилитель без ОС ну не лучший вариант, а как же её сделать эту ОС в цифровом то виде когда выход аналоговый.. Мне кажется есть вариант брать ОС до дросселя со средней точки полевиков, это уже ближе своей природой к цифре, но ЮсД никак не пройдет.

[-Den-]

Применение UcD тут в принципе и не требуется так как сигнал уже представлен в цифровом виде и его лишь нужно в микропроцессоре привести к некоему подобию ШИМ и отдать его выходным ключам, в идеале обратная связь "по звуковому сигналу" не требуется так как "косяки" выходного каскада (если они есть и будут досаждать можно запрограммировать в алгоритме преобразования).

[-Den-]

аяяй

тогда может кто подсказать DSD поток цифровой или аналоговый если взять срез ширине импульсов? На диск запись как осуществляется в этом формате?

[Bykov]

тогда может кто подсказать DSD поток цифровой или аналоговый?

DSD поток без сомнения цифровой, так как принимает только 2 значения 0 и 1. Для восстановления исходного сигнала его надо подать на интегратор, например на LC фильтр как в UcD усилителях.

На диск запись как осуществляется в этом формате?

Точно я не знаю, но скорее всего происходит следующее. (я бы сделал так)
1. Добавляются вспомогательные потоки - метки времени, название, пометки, картинки, права и т.п.
2. Шифруем все это какой нибудь системой DRM.
3. Разбиваем поток на кадры, блоки, фреймы и т.п.
4. Помехоустойчиво кодируем по Риду-Соломону или еще чем нибудь. (... и побольше, побольше)
5. Перемежаем биты в потоке. Желательно так, чтобы блок размазался на целый оборот диска. (защита от царапин)
6. Применяем канальное кодирование, например 6->8 или 7->11. (снижаем частоту в два раза и добавляем синхронизацию)
7. Пишем этот поток на диск.
При воспроизведении делаем все в обратном порядке.

Применение UcD тут в принципе и не требуется так как сигнал уже представлен в цифровом виде и его лишь нужно в микропроцессоре привести к некоему подобию ШИМ и отдать его

Зачем Вам нужен обязательно DSD поток? Ведь можно по I2S или S-PDIF получить обычный PCM поток, например 24 бит 48 кгц, а в микропроцессоре преобразовать его в ШИМ.
Меня больше привлекает ШИМ сигнал в усилителях класса BD еще известных как "filterless class D(класс Д без фильтра)". В них при положительном сигнале генерируются положительные ШИМ импульсы, при отрицательном - отрицательные. При нулевом сигнале импульсов нет. Фильтром служит механическая масса диффузора.
При малых сигналах импульсы становятся очень узкими - нано и пикосекундные. Поэтому приходится либо снижать частоту (копить импульсы одной полярности до некой минимальной длительности), либо ограничивать минимальную длительность и вводить компенсирующие импульсы противоположной полярности.

[-Den-]

Имел ввиду ширина импульсов носит аналоговый или цифровой характер.
DSD как таковой мне не нужен, а вот алгоритм преобразования PCM в ШИМ интересно
Про "класс BD" не слышал, а вот это и интересно - с микроконтроллера который из PCM сделает два ШИМ сигнала для положительной и отрицательной полуволны подать сразу на выходные ключи.

[Bykov]

Имел ввиду ширина импульсов носит аналоговый или цифровой характер.

Сигнал DSD имеет фиксированную частоту 2822400 Гц. Если не рассматривать дрожание фронтов сигнала (джиттер), то ширина импульсов может принимать только дискретные значения кратные периоду тактовой частоты. Получается что характер сигнала цифровой и он может быть представлен числами идущих подряд нулей и единиц.
Простым алгоритмом его можно преобразовать в PCM сигнал, чем собственно и занимаются сигма-дельта АЦП, которые есть на любой дешевой звуковушке в количестве четырех штук (два стерео канала).

DSD как таковой мне не нужен, а вот алгоритм преобразования PCM в ШИМ интересно

Алгоритм преобразования достаточно прост. Поясню его на примере. Пусть есть PCM сигнал 16 бит 50 кгц и микропроцессор с тактовой частотой 100 мгц. Частоты выбраны для простоты и для реального сигнала должны быть пересчитаны.
На обработку одного отсчета PCM сигнала у микропроцессора есть 2000 тактов. Пусть минимальная длительность ШИМ импульса равна 1 мкс или 100 тактов, чтобы силовые транзисторы успели нормально открыться и закрыться.
Для нулевого сигнала микропроцессор формирует импульс в 100 тактов на положительной ноге, ждет 900 тактов, формирует импульс в 100 тактов на отрицательной ноге и снова ждет 900 тактов.
Для ненулевого сигнала алгоритм должен расширить соответствуюший импульс пропорционально значению сигнала. Причем импульс расширяется как в сторону фронта, так и в сторону спада. Максимум импульс может расшириться на 1800 тактов, по 900 в каждую сторону.
Разумно ограничить расширение импульса 1024 тактами, чтобы импульсы не перекрылись и не возникло сквозных токов. Для 16 битового PCM сигнала старший бит определяет знак (какой из импульсов надо расширить), 10 бит определяют величину расширения в тактах, а оставшиеся 5 бит можно запомнить и прибавить к следующему отсчету.

P.S. Если отсчеты сигнала рассматривать как напряжение, для которого мощность пропорциональна квадрату, то ширина импульса должна быть пропорциональна квадрату сигнала. Тогда после анализа знака оставшиеся 15 бит множим самих на себя. Из 30 бит результата 10 старших используются, а 20 младших добавляем к следующему отсчету.

P.P.S Если копнуть еще глубже, то данные которые например записаны на CD это совсем не напряжение, а оцифрованные значения звукового давления. Просто сложилась практика, когда их преобразуют в напряжение, усиливают и подают на динамик. Некоторые преобразуют их в ток и тоже нормально звучит. В любом случае график звукового давления динамика (пропорциональный скорости диффузора) получается совсем другим, чем график записанный на CD.
Положение спасает то, что слух человека невосприимчив к фазовым искажениям. Это я к тому, что возводить в квадрат может и не обязательно.

[-Den-]

... Для 16 битового PCM сигнала старший бит определяет знак (какой из импульсов надо расширить), 10 бит определяют величину расширения в тактах, а оставшиеся 5 бит можно запомнить и прибавить к следующему отсчету.
...

Что то я уваащпе не понял, частота ШИМ получается остается в 50 кГц?
И как ширина уменьшаться будет?