Damping factor
Damping factor เป็นอัตราส่วนระหว่าง Load Impedance (Zload ) กับ Power Amplifier output Load Impedance (Zout )
DF = (Zload / Zout )
Output Impedance ของ Amplifier ต้องการที่จะออกแบบไห้เป็น Voltage source ที่สมบูรณ์แบบมากที่สุดเพื่อไห้มี output Impedance เท่ากับ 0 หรือน้อยที่สุดตลอดย่านความถี่ของ Audio Band เพื่อลดผลของ Output loading นั่นเพราะ Impedance ของลำโพงจะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ตลอดย่านของ Audio Band นั่นเองและสาเหตุที่ลำโพงเก็บตัวจากอาการการสั่นไหวได้ช้าเนื่องมาจากผลของ Back EMF (Back Electromotive force)ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของลำโพงนั่นเองและจะเคลื่อนที่ผ่านสายลำโพงกลับมาที่ Amplifier output และจะย้อนกลับไปที่ลำโพง ทำไห้เกิดการสั่นค้างของลำโพงเมื่อทิศทางของ Back EMF กลับขั้วกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลำโพง
Specifications ของ Damping factor ผู้ผลิตบางรายจะบอกค่าที่สูงมากแต่แท้จริงแล้วค่าที่สูงมากจนเกินไปก็ใช่ว่าจะมีประสิทธิภาพในการลดทอนการสั่นค้าง(damp)ของลำโพงได้ดีเสมอไป การออกแบบ output Impedance ของ Amplifier ให้เท่ากับ 0 เลยนั่นเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้แน่นอน การลด output Impedance ของ Amplifier มักจะใช้เทคนิคของ Negative feedback มาใช้เพื่อลด output Impedance ของ Amplifier ให้ลดลงมากก็จริงแต่ความจริงแล้วก็ไม่ได้ทำไห้ราบเรียบเท่ากันหมดตลอดย่าน Audio Band เพราะที่ความถี่สูงปริมาณของการ feedback จะลดลงเเละนั่นก็เป็นผลไห้ Damping factor ที่ความถี่ประมาณตั่งแต่ Midbandจนถึงความถี่สูงลดลงไปอย่างมากด้วย แต่การใช้ปริมาณของการ feedback ที่มากเกินไปนี้เองที่จะลดประสิทธิภาพการหยุดการสั่นค้างของลำโพงลงไปเพราะผลการตอบสนองของ Amplifier จะช้าลงไปด้วยนั่นเอง
Damping factor เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่และจะมีความสำคัญมากในช่วงความถี่ต่ำประมาณในช่วง 10 - 400Hz เพราะเป็นช่วงที่ woofer ทำงานมากที่สุดนั่นเอง เทคนิคการวัด Damping factor ทำได้โดยการวัดแรงดันที่ Output ของ Amplifier เมื่อไม่ต่อ Load และเมื่อต่อ Load
การระบุ Specifications ของ Damping factor ทางผู้ผลิตจะระบุรายละเอียดมาให้เช่น
Damping factor 160 @ 20 Hz , Ref .at 8 Ohm
Power Output
Power Amplifier ทำหน้าที่ในการขยายสัญญาณจากสัญญาณ Input ขนาดเล็กที่ป้อนเข้าสู่ Amplifier ให้มีขนาดใหญ่ขึ้นในด้าน Output โดยสัญญาณที่ถูกขยายจะมีระดับของ Amplitude ที่สูงขึ้นแต่ความถี่จะไม่เปลี่ยนแปลงจากสัญญาณ Input ที่ป้อนเข้ามา ระดับสัญญาณ Input ที่จะถูกขยายจะถูกกำหนดโดยอัตราขยายแรงดันของวงจร( Av) และจำกัดด้วยกำลัง Watt ของ Amplifier ซึ่งกำลัง Watt นี่เองจะเป็นตัวบอกว่า Amplifier จะสามารถจ่ายกระแสและแรงดันให้กับ Load ได้สูงสุดเท่าใด (Load ในที่นี้จะหมายถึง Resistive Load) และกำลัง Watt ของ Amplifier จะถูกกำหนดโดยระดับไฟเลี้ยงของวงจรขยายนั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น Amplifier ขนาด 100Wrms เมื่อต่อกับ Load 8 ? จะสามารถคำนวณกระแสและแรงดันที่ใช้ได้ดังนี้
ซึ่งจากการคำนวณนี้จะพบว่า เมื่อจะจ่ายกำลังให้ Resistive Load 8 ? ให้ได้กำลังงาน 100Wrms นั้น Amplifier จะต้องสามารถจ่ายแรงดันได้ 40VPeak หรือ 28.28 Vrms และกระแส 3.53 Arms
กำลัง watt ของ Power Amplifier ควรมี Rating เป็น 5-10 เท่าของระดับการรับฟังปกติยกตัวอย่างเช่น ระดับการรับฟังโดยเฉลี่ยอยู่ 20 Wrms กำลัง Watt ของ Power Amplifier ก็ควรเป็น 200 Wrms เพื่อรองรับ Music Signal ในช่วง High-level transient ได้ดีซึ่ง Amplifier ที่ไม่สามารถรองรับผลของ High-level transient นี้ได้ก็จะทำไห้เกิดการ Clipping ขึ้นได้โดยปกติแล้วเครื่องขยายเสียงเมื่อขยายสัญญาณเสียงดนตรีทั่วไปจะมีระดับกำลัง Watt เฉลี่ยอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่งแล้วแต่ว่าจะเร่งหรือลดระดับของสัญญาณInput ตั่งแต่รูปที่ 10 ถึง รูปที่ 13 แสดงให้เห็นถึงการเปรียบเทียบระหว่างกำลัง Watt กับ ความถี่จะเห็นว่ากำลัง Watt ในตัวอย่างที่จะแสดงให้ดูนี้ซึ่งจะสมมุติให้เป็นสัญญาณเสียงดนตรีที่ได้จากการขยายโดย Power Amplifier ขนาด 100Wrms ระดับของสัญญาณสูงสุดชั่วขณะและกำลังWatt เฉลี่ยต่างกัน 30dB รูปที่ 10 เมื่อสัญญาณมีกำลัง Watt เฉลี่ย 100mWrms แต่มีสัญญาณสูงสุดที่สูงขึ้นไปถึง 100W ชั่วขณะ และจากรูปที่ 11 เมื่อเพิ่มสัญญาณ Input เพื่อให้ได้กำลัง Output เฉลี่ย 300mWrms หรือเพิ่มจาก 100m Wrms มา 5dB จะเห็นว่ามีสัญญาณในบางช่วงความถี่ที่จะเริ่มถูกขลิบแต่ไม่มากนัก ในรูปที่ 12 เพิ่มสัญญาณ Input เพื่อให้ได้กำลัง Output เฉลี่ย 1 Wrms หรือเพิ่มจาก 100m Wrms มา 10dB สัญญาณจะเริ่มถูกขลิบมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเจน
ในรูปที่ 13 เมื่อให้กำลัง Output เฉลี่ยสูงขึ้นเป็น 10 Wrms จะเป็นว่า สัญญาณเกิดการ Clipping อย่างรุนแรงเกือบตลอดช่วง
การวัดหากำลัง watt ของ Power Amplifierจะใช้ Resistive Load ในการทดสอบ การวัด Power rating ตามมาตรฐานจะใช้การทดสอบแบบ Continuous Power หรือที่เรียกว่า rms power นั่นเอง การระบุ Specifications ของ Power Output ทางผู้ผลิตจะระบุรายละเอียดมาให้เช่น
Power Amplifier
200 Wrms Per channel @ 8 Ohm
400 Wrms Per channel @ 4 Ohm
Cross talk
Cross talk เกิดจากการที่ สัญญาณจาก channel หนึ่ง Coupling ไปยังอีก channel หนึ่งหรือระหว่าง Left และ right หรือในระหว่าง 6 channel ของ 5.1 surround processor ซึ่ง Cross talk เกิดขึ้นจากผลของการ Coupling ผ่าน Parasitic capacitorsที่เกิดขึ้นระหว่างตัวนำเช่นระหว่างสายนำสัญญาณ ระหว่างลายทองแดงของวงจรหรือแม้กระทั่งระหว่างชั้นของลายทองแดงที่มีฉนวน epooxcy กั้นอยู่ก็ตามซึ่งผลของParasitic capacitors ที่เกิดขึ้นนี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ด้วย
เทคนิคการวัด Cross talk ทำได้โดยการป้อน Input signal เข้าที่ Audio Amplifier ที่ channel ใด channel หนึ่งแล้วทำการวัดผลของ Cross talk ที่เกิดกับอีก channel ที่เหลือ ผลของ Cross talkที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่เพราะผลของParasitic capacitorsนั่นเองโดยที่ความถี่สูง Cross talk จะเกิดขึ้นมากที่สุดและจะลดลงตามลำดับที่ความถี่ต่ำลงมา Audio Amplifier ควรจะมีคุณสมบัติของ Cross talk ที่ดีเพื่อไห้มีการแยกแยะมิติของการฟังดี(channel separation)
การระบุ Specification ของ Cross talk ทางผู้ผลิตจะระบุรายละเอียดมาให้เช่น
Cross talk > 75dB @20 -20kHz Ref . at Rated Power
Dynamic HeadRoom
Dynamic HeadRoom คือความสามารถในการจ่ายกำลังสำรองของ Power Amplifierจะถูกวัดออกมาในหน่วยของ dB ซึ่ง Power Amplifierที่มีคุณสมบัติของ Dynamic HeadRoom ที่ดีจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสและแรงดันชั่วขณะในช่วงที่มี High-level transientได้ดีและสามารถลดผลของการเกิด Clipping ได้ช่วงหนึ่งเมื่อ High-level transient signal ไม่รุนแรงมากนัก Integrated Amplifierที่มีกำลัง Watt ต่ำ 25-50W มักจะชูจุดนี้เป็นจุดเด่นในการโฆษณาหากผู้ผลิตระบุมาใน Specifications ว่ามี Dynamic HeadRoom 3 dBนั่นก็หมายความว่า Power Amplifier สามารถจ่ายกำลังสำรองได้ถึง 2 เท่าเลยทีเดียวยกตัวอย่างเช่น Power Amplifierมีกำลัง Watt 30Wrms และมี Dynamic HeadRoom 3 dB นั่นก็คือสามารถจ่ายกำลังสำรองได้ 60 W ในชั่วขณะ
เทคนิคการทดสอบ Dynamic HeadRoom มี2 ขั้นตอนด้วยกัน การทดลองหา Dynamic HeadRoomนี้จำเป็นต้องใช้ Oscilloscope ที่มี function การ Sampling แบบ Single shot เพื่อจับรูปคลื่นของสัญญาณ Output ที่ได้จากการขยายของ Power Amplifier ในข้อที่ 1 และใช้ function การ Sampling แบบ Single shot เพื่อจับรูปคลื่นของสัญญาณ Output ที่ได้จากการขยายของ Power Amplifier ในข้อที่ 2
1.ใช้สัญญาณรูปคลื่นแบบ Sine ความถี่ 1kHz ป้อนเข้าที่ Input ของ Power Amplifier เพิ่มระดับ Amplitude ของ Input signal จนกระทั่งรูปคลื่นสัญญาณ Sine ความถี่ 1kHz ที่ Output ของ Power Amplifier เกือบเริ่มเข้าสุจุด Clipping และบันทึกค่า Amplitudeที่วัดได้เก็บไว้
2. การทดสอบโดยการใช้สัญญาณรูปคลื่นแบบ Tone bursts,burst waves ความถี่ 1kHz 20mSec ON, 480 mSec off เพิ่มระดับ Amplitude ของ Tone bursts signal จนกระทั่ง Power Amplifier เกือบเริ่มเข้าสู่จุด Clipping (Oscilloscope ใช้ function การ Sampling แบบ Single short)บันทึกค่า Amplitudeที่วัดได้เก็บไว้
นำผลการทดลองจากข้อที่ 1และ2 มาคำนวณหา Dynamic HeadRoomได้โดยใช้สูตร
Dynamic Range ได้มาจากการเปรียบเทียบกันระหว่างระดับ Peak Voltage Amplitude ที่ Audio Amplifierสามารถจ่ายไห้แก่ Load ได้ก่อนที่จะเกิดการ Clipping กับระดับ Voltage Amplitude ของ Output Noise ที่ผ่านการ filterแบบ A-Weighted
ค่าของ Dynamic Range มีความสัมพันธ์กับ Signal to Noise Ratio แต่มีการอ้างที่Output levelที่ต่างกันอัตราส่วนของ Signal to Noise Ratioจะอ้างที่กำลัง Watt แบบ Continuous power ( rms) แต่สำหรับ Dynamic Range จะอ้างอิงกับ Peak Power
Power Amplifier ที่มีDynamic Rangeสูงนั่นก็หมายความว่าระดับความแตกต่างกันระหว่างระดับของ Peak Level กับ Noise floorห่างกันมากนั่นซึ่งนักฟังเครื่องเสียงมักใช้คำว่า Background Noise นั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น Microphone มี Ambient Noise level อยู่ที่ 30dB SPLและมี Peak อยู่ที่ 120dB SPL
Slew Rate
ค่าของ Slew Rate เป็นการบอกถึงความไวในการอัดฉีดแรงดันเมื่อ Amplifier ทำการขยายสัญญาณ Input ที่ป้อนเข้ามา เช่นเมื่อสมมุติให้สัญญาณ Input ตามรูปที่ 16-A ป้อนไห้แก่ Amplifier สัญญาณที่ได้จากการขยายของ Amplifier ก็ควรมีลักษณะของช่วงเวลาในการไต่ขึ้นและลงที่เหมือนกับสัญญาณ Inputแต่จะแตกต่างที่ระดับของ Amplitude เท่านั่นซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราการขยายของ Amplifier เอง แต่ความเป็นจริงแล้ววงจรขยายแบบ Analog จะมีผล Slew limit อยู่ขึ้นอยู่กับเทคนิคการออกแบบวงจรขยายและผลของ Slew limit นี่เองทำให้สัญญาณที่ได้จากการขยายของ Amplifier มีลักษณะเวลาในการไต่ขึ้นและลงที่กว้างมากขึ้นดังในรูป16-B
Slew Rate ถือว่าเป็น Specifications ที่สำคัญอย่างหนึ่งของ Power Amplifier เพราะถึงแม้ว่าจะมีคุณสมบัติทางด้านอื่นจะดีมากแค่ไหนก็ตามเช่น THDหรือ Dynamic headroom แต่คุณสมบัติของ Slew Rate ไม่ดีพอก็ไม่อาจใช้ข้อได้เปรียบเหล่านั้นมาเป็นประโยชน์ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ เพราะเมื่อพิจารณาดูแล้ว THD เป็นเทคนิคการวัดโดยสัญญาณรูปคลื่นแบบ Sine และ Dynamic headroom ซึ่งใช้ Sine waveTone bursts ในการทดสอบหา Dynamic Head Room แต่ในขณะที่ Music signal จะมีลักษณะของ High-level transient signal ผสมอยู่ด้วยและอัตราของ Slew Rate นี่เองที่จะเป็นบอกว่า Power Amplifier จะมีความเร็วในการตอบสนอง transient signal ได้เพียงไร
Slew Rateจะบอกเป็นอัตราส่วนของแรงดันต่อความเร็วใน 1 microsecond (V/uS)อัตราSlew Rateที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับกำลัง Watt ด้วยปกติแล้ว Power Amplifier ขนาดกำลัง 100Watt อัตรา Slew Rate อยู่ที่ 10 V/uS และ High Power Amplifier ขนาดกำลัง 200Watt ขึ้นไปควรมี อัตรา Slew Rate ไม่น้อยกว่า 30 V/uS ขึ้นไป ค่าของ อัตรา Slew Rate ยิ่งสูงมากยิ่งดีเพราะนั่นแสดงว่า Power Amplifier สามารถตอบสนองความถี่สูงได้ดีด้วย
Intermoduulation Distortion ( IMD)
เทคนิคของการวัด Intermodulation Distortion จะใช้สัญญาณ Sine Wave ที่มากกว่า 1ความถี่ ขึ้นไป โดยส่วนใหญ่แล้ว IMD เทคนิคจะถูกใช้ใน Professional Audio,Broadcast,และ consumer Audio เมื่อใช้ สัญญาณ Sine Wave 2 ความถี่ ทำการทดสอบอุปกรณ์ใดๆก็ตามที่มีความไม่เป็นเชิงเส้น(Non-linear) ผลของ output ที่ได้ก็จะประกอบด้วยสัญญาณ Sine Waveต้นแบบที่ใช้ทดสอบ(Test tone signal) 2 ความถี่และบวกด้วยจำนวนของ IMD Products ซึ่งเกิดจากการ Intermodulation กันระหว่างสัญญาณ Sine Wave 2 ความถี่ที่นำไปทดสอบนั่นเองจำนวนของ IMD Products จะสามารถคำนวณได้จากสูตร
m *F1 +/- n *F2
IMD Products เป็นการรวมของ m และ n นั่นเองรูปแบบการเกิด IMD Productsจะอธิบายได้ตามตัวอย่างดังต่อไปนี้เช่น
เมื่อ F2 - F1 2nd order(even)
F1 + F2 2nd order(even)
2F1 - F2 3nd order(odd)
F1 - 2F2 3nd order(odd)
2F1 + F2 3nd order(odd)
3F1 - F2 4nd order(even)
3F1 + 2 F2 5nd order(odd)
เป็นต้น
วิธีการทดสอบ SMPTE/DIN IMD
โดยพื้นฐานของมาตรฐานการทดสอบวัด IMD ใน professionnal,broadcast และ Consumer Audio คือการอาศัยวิธีการวัดแบบ SMPTE( Society of Motion Picture and Television Engineers)standard RP120-1983 และ DIN (Deutsches Institut fur Normung e.V.)standard 45403
การทดสอบ IMD- SMPTE Intermodulation Distortion ทำได้โดยการใช้สัญญาณความถี่ต่ำ 60Hz และสัญญาณความถี่สูง 7KHz รวมเข้าด้วยกันในอัตราส่วน 4:1ของระดับ Amplitude (-12.04dB) หรือมาตรฐานของ DIN จะใช้สัญญาณความถี่ต่ำ 250Hz และ สัญญาณความถี่สูง 8kHz วิธีการทดสอบ IMD แบบ SMTE/DINจะแสดงไห้เห็นการเกิด sideband เพราะการ Intermod ของสัญญาณความถี่ต่ำและสูง 60Hz , 7kHz เช่นเมื่อ (F2 - F1) จะ เกิด sidebandที่ความถี่ 6940Hzหรือเมื่อ (F2+ F1 ) จะเกิด sidbandที่ความถี่ 7060Hz
SMPTE เป็นเทคนิคการทดสอบที่แสดงให้เห็นถึงความไวของการไม่เชิงเส้น(Non-linear)ของ Amplifier เช่นผลของการเกิด Cross-over distortion และแสดงให้เห็นผลกระทบทางด้านความถี่ต่ำซึ่งเกิดจากTransformer saturation และThermal distortion
การระบุ Specification ของ SMPTE/DIN IMD ทางผู้ผลิตจะระบุรายละเอียดมาให้เช่น
IMD(SMPTE) > O.01%,60Hz /7kHz 4:1@Rate Power
วิธีการทดสอบ CCIF ,Twin-Tone, Difference-Tone IMD
เป็นการวัดแบบง่ายๆที่แสดงให้เห็นถึงการเกิด HF distortion สัญญาณที่ใช้ทดสอบเป็นสัญญาณความถี่สูงที่มีระดับของ Amplitude เท่ากัน 1:1และช่องว่างระหว่างความถี่ที่ใกล้เคียงกัน โดยใช้ความถี่13kHzและ14kHzสำหรับการทดสอบแบบ 15kHz Band-limit systemและความถี่ 19kHz กับ 20kHz สำหรับ Full Audio bandwidth การใช้ Test tone Signal ความถี่ 19kHz กับ 20kHzจะทำให้เกิด odd order IMD product เช่น 1 kHz,2 kHz,3kHz และ even order IMD product ที่ 18kHz,21kHz เป็นต้น
CCIF เป็นเทคนิคการวัดผลของการเกิด even order component ของ IMD product เท่านั้นจึงเป็นการง่ายในการวัดผลของการเกิด 2nd order product (F2 - F1 ) เมื่อช่องว่างระหว่าง 2 ความถี่คือ 1kHz การวิเคราะห์ผลลัพธ์ทำได้โดยอาศัย lowpass และ bandpass filter ตามรูปที่ 21
การระบุ Specifications ของ CCIF IMD ทางผู้ผลิตจะระบุรายละเอียดมาให้เช่น
IMD(CCIF) > 0.01%,19kHz /20kHz 1:1@Rate Power
วิธีการทดสอบ Dynamic/Transient Intermodulation distortion (DIM/TIM)
เทคนิคการออกแบบ Amplifier จะอาศัยการใช้ Negative feedback ในการปรับปรุงให้ Amplifier มี Specificationsที่ดีเช่น Harmonic Distortion ,Frequency Response เป็นต้น Dynamic/Transient Intermodulation distortion เป็นเทคนิคการวัดที่จะแสดงให้เห็นถึงการเกิด Time delay ที่เกิดขึ้นใน Negative feedback loop ของ Amplifier ที่มีการใช้จำนวนของการ Negative feedback ที่มากเกิน เมื่อสัญญาณที่ป้อนเข้าสู่ Input ของ Amplifier มีช่วงการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็ว(high slew rate)จะทำให้เกิดช่วงเวลาที่เกิดจากการป้อนกลับจาก Output stage ผ่าน feedback loopมายังInput stage และช่วงเวลาที่เกิดขึ้นนั่นเองที่ทำให้เกิด Distortion การทดสอบและวัดผลโดยเทคนิคจึงเป็นความพยายามเพื่อการแยกแยะผลของ Distortion ที่เกิดขึ้นนี้
DIM/TIM จะใช้ test signal ที่มีช่วงการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็ว(high slew rate)เทคนิคการทดสอบนี้คิดค้นขึ้นโดย Schrock และ Otala สัญญาณที่ใช้ทดสอบเกิดจากสัญญาณ 15kHz Sinewave ผสมรวมกับ 3.18kHz Square wave ผลของช่วงเวลาในการไต่ขึ้นและลงของ Square wave จะแสดงให้เห็นถึงการเกิด slew limit และ IMD product ของ 15kHz Sinewave กับ Fundamental(3.18kHz Square wave) และ จำนวนHarmonic ของ Square waveนั่นเองที่เป็นผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบ
ตามที่ได้เกริ่นนำไว้ข้างต้นแล้วว่า Test tone signal และMusical signal ที่เกิดจากเครื่องดนตรีจริงๆจะมีลักษณะที่ไม่เหมือนกันเสียทีเดียวแต่เหตุผลใน การใช้ Test tone signal มาทดสอบและวัดผลของ Specifications ของ Amplifier เพราะเป็นการเลียนแบบพฤติกรรมต่างๆของ Musical signal นั่นเองซึ่งการเลือกที่จะใช้ Test tone signal ในรูปลักษณะใดมาทดสอบก็ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่ต้องการได้จากการทดสอบนั่นเอง
Test tone signal เป็นสัญญาณที่เรารู้ถึงองค์ประกอบในด้านต่างๆเช่น Frequency,Amplitude,Harmonic,Time,Slew rate เป็นต้นจึงเป็นการง่ายที่จะแยกแยะหรือวิเคราะห์ Output ที่ได้เมื่อผ่าน Audio process โดยการเปรียบเทียบกับ Test tone signal นั่นเองแต่ทั่งหมดนี้ก็ต้องมีมาตรฐานการทดสอบที่ใช้เพื่อให้ Specifications ที่ทางผู้ผลิตแต่ล่ะยี่ห้อมีมาตรฐานที่เหมือนกันและเป็นวิธีง่ายที่สามารถระบุให้รู้ถึงคุณสมบัติและประสิทธิภาพของ Audio equipment เพื่อบ่งบอกถึงขีดจำกัดหรือจุดเด่นในแง่ต่างๆที่ทางผู้ผลิตนำเสนอต่อผู้บริโภคและผู้บริโภคเองก็สามารถนำข้อมูล Specifications เหล่านี้ในการพิจารณาเพื่อเลือกซื้อได้ถูกต้องตามความต้องการ
เมื่อถามว่าจะให้ความสำคัญระหว่าง Specifications หรือทดสอบโดย Audio listening อย่างไหนมากกว่ากันในความเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแล้ว Specifications ก็เป็นสิ่งสำคัญเพราะเป็นการบอกให้ถึงคุณสมบัติและประสิทธิภาพอีกทั้งยังแสดงไห้เห็นถึงความจริงใจและตั้งใจในการออกแบบของผู้ผลิตแต่การทดสอบโดย Audio listening ก็ยังเป็นสิ่งที่จำเป็นเสมอเพราะตามที่ได้อธิบายไว้ก่อนแล้วว่าTest tone signal และMusical signal ที่เกิดจากเครื่องดนตรีจริงๆจะมีลักษณะที่ไม่เหมือนกันนั่นเองจึงต้องอาศัยประสบการณ์การฟังในการตัดสินใจด้วย
สุดท้ายนี้ผู้เขียนหวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้อ่านบ้างและมีข้อผิดพลาดประการก็ขออภัยด้วยครับ
ขอต่อด้วยบทความชุด 2 นะครับ
Amplifier Basic Configurations and Analysis
องค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องขยายเสียงและการวิเคราะห์ ก่อนหน้าที่จะนำเสนอบทความนี้ผู้เขียนเคยนำเสนอบทความเกี่ยวกับเครื่องเสียงมาแล้วในเรื่อง Basics of Testing Audio Amplifier (พื้นฐานของการทดสอบเครื่องขยายเสียง) มีทั้งหมด 2 ตอนด้วยกัน ซึ่งจะบอกถึงพื้นฐานและเทคนิคของการทดสอบเครื่องขยายเสียง และการทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Specifications ต่างๆ ที่ผู้ผลิตแต่ละยี่ห้อกำหนดมา ส่วนในบทความที่จะนำเสนอนี้เป็นการนำเสนอเกี่ยวกับองค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องขยายเสียงและการวิเคราะห์การทำงานของเครื่องขยายเสียงในแต่ละส่วนรวมทั้งเทคนิควิธีการปรับปรุงวงจรให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ซึ่งผู้เขียนเองหวังว่าบทความนี้จะช่วยให้เกิดความกระจ่างและสร้างความเข้าใจให้กับผู้อ่านที่สนใจในเครื่องขยายใด้ต่อไปครับ
ผู้เขียนยังจำใด้ดีว่าเมื่อครั้งที่ยังเป็นนักศึกษาวงการเครื่องเสียงสเตอริโอสองแชนแนลใด้รับความนิยมเป็นอย่างยิ่ง มีมากมายหลายยี่ห้อซึ่งราคาของเครื่องเสียงในตอนนั้นถือว่าค่อนข้างสูงมากที่เดียว ยิ่งเป็นเครื่องเสียงของยี่ห้อเมืองนอกก็เกินกำลังที่จะซื้อหากันจริงๆ ต้องกำเงินไปหลักหมื่นถึงจะสามารถเป็นเจ้าของนำมาเชยชมใด้ และในช่วงเวลานั้นเองมีผู้ผลิดเครื่องเสียงที่เป็นของคนไทยหลายยี่ห้อใด้ถือกำเหนิดขึ้นนับเป็นอีกตัวเลือกหนึ่งของนักเล่นเครื่องเสียงที่ไฝ่ฝันถวิลหาเครื่องเสียงสักชุดหนึ่งเพื่อฟังเพลงผ่อนคลายอารมณ์ แต่ด้วยระยะเวลาที่ผ่านพ้นไปบวกกับกระแสที่ขึ้นลงในแวดวงวงการเครื่องเสียงทำไห้ในปัจจุบันยี่ห้อเครืองเสียงของคนไทยเหลือเพียงไม่กี่ยี่ห้อที่สามารถดำรงอยู่และต้านทานกระแสการเปลี่ยนแปลงและอุปสรรคต่างๆจนยืนหยัดอยู่ใด้จนมาถึงในปัจจุบัน
ผู้เขียนเองก็เป็นคนหนึ่งที่หลงไหลเกี่ยวกับเครื่องเสียงและเลือกเรียนสายอิเล็กทรอนิกส์ด้วยความสนใจในด้านเครื่องเสียงเป็นพิเศษ แต่เนื่องจากในอดีตเนื้อหาข้อมูลที่เกี่ยวกับเครื่องเสียงมีไม่มากและไม่ค่อยใด้รับการเปิดเผยลงในวารสารต่างๆมากนักหนังสือวารสารที่ผู้เขียนติดตามเป็นประจำคือวารสาร ? เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์? เพราะพอจะมีเนื้อหาและบทความที่เกี่ยวกับเครื่องขยายให้ติดตามกันใดอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการมีวงจรเครื่องขยายเสียงสักวงจรหนึ่งถือว่าเป็นสิ่งที่วิเศษสำหรับผู้ที่หลงไหลในศาสตร์และศิลป์เกี่ยงกับเครื่องเสียงแขนงนี้ ในปัจจุบันข้อมูลและเทคนิคต่างๆในการออกแบบรวมถึงการปรับปรังและแก้ไขเครียงขยายเสียงใด้ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ถ่ายทอดผ่านเหล่านักเล่นเครื่องเสียงกลุ่ม Diy ผ่านทางสิ่งพิมพ์และ website ทั่งในประเทศและต่างประเทศ ในบทความนี้ผู้เขียนขอจะกล่าวถึงลักษณะคุณสมบัติของเครื่องขยายเสียงโดยจะเริ่มตั่งแต่ Input จนถึง Output ว่าประกอบด้วยอะไรบ้างมีลักษณะวงจรเป็นอย่างไรกี่แบบและต้องมีคุณสมบัติด้านใดบ้างที่ต้องพิจารณาเป็นพิเศษ
Power Amplifier Class
โดยทั่วๆไปเราจะคุ้นเคยและรู้จัก Class การทำงานของเครื่องขยายเสียงเพียงแค่ Class A และ Class AB เพราะใด้รับความนิยมที่แพร่หลายเพราะให้ค่าความเพี้ยน THD+Noise ที่ต่ำให้ความเสมือนจริงมากที่สุดและเป็นผลพวงมาจากยุคของการผลัดเปลี่ยนจากอุปกรณ์ขยายเสียงที่ใช้หลอด(Tube)มาสู่ยุคของอุปกรณ์โซลิดสเตท (Solid State) ใด้ก่อให้เกิดความอิสระในการออกแบบเครื่องขยายเสียงใด้หลากหลายมากขึ้นจึงทำให้เกิด Power Amplifier Class ในแบบต่างๆที่แตกต่างกันไปดังแสดงดังต่อไปนี้
Class-A ในโหมดเงื่อนไขการทำงานของเครื่องขยายใน Class-A จะทำการ Bias ให้เกิดกระแสใหลในวงจรอยู่ตลอดเวลาในตัวของอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ขยาย ด้วยเหตุนี้เองจึงทำให้เกิดความร้อนที่สูงมากกว่า Class อื่นทั้งหมดแต่ด้วยการ Bias ในโหมด Class-A จะทำให้เกิดช่วงของการทำงานที่เป็นเชิงเส้นที่ดีและเกิด Cross Over Distortion Region ที่ต่ำรวมถึงลักษณะการจัดวางวงจรและการทำงานที่เรียบง่ายไม่ซับซ้อน ซึ่งปัจจุบันเครื่องขยายเสียงที่ยังคงยึดแนวทางการออกแบบ Bias ใน Class-A นี้ยังคงมีอยู่ยกตัวอย่างเช่นยี่ห้อ Passlab ซึ่งจากอดีตจนถึงปัจจุบันก็ยังคงยึดมั่นในแนวทางนี้อยู่อย่างเหนี่ยวแน่นและใด้ออกแบบและปรับปรุงวงจรสำหรับวงจรขยายในแบบ Class-A ขึ้นอีกหลายแบบ
Class-AB โดยแท้จริงแล้วเกิดจากการนำเอาคุณสมบัติการทำงานของ Class-A และ Class-B เข้าด้วยกัน เนื่องจากข้อจำกัดของ Class-A ที่ให้ประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำแต่ให้ Cross Over Distortion Region ที่ต่ำมาร่วมกับ Class-B ที่ให้ประสิทธิภาพที่สูงแต่มีข้อด่อยในด้านของ Cross Over Distortion Region ที่สูง การออกแบบวงจรให้วงจรขยายเสียงทำงานใน Class-AB ปัจจุบันเป็นที่นิยมและใช้กันอยู่อย่างแพร่หลายมากที่สุด
Class-B ใด้รับความนิยมใช้งานมาตั่งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีข้อด่อยในด้านของ Cross Over Distortion Region ที่สูง
Class-C โดยส่วนใหญ่ จะใช้สำหรับ RF Amplifier การทำงานจะออกแบบให้วงจรเริ่มนำกระแสน้อยกว่า 50%
Class-D อาศัยเทคนิคของ PWM โดยการนำเอาสัญญาณที่จะทำการขยาย Modulate กับคลื่นพาหะและใช้วงจร Half Bridge หรือ Full Bridge ทำงานร่วมในการขยายสัญญาณและต้องมีวงจรกรองคลื่นพาหะที่ Output ก่อนจะจ่ายไปยัง Load ด้วยเทคนิคนี้ทำให้ใด้ประสิทธิภาพที่สูง
Class-G ใด้ถูกออกแบบขึ้นโดยอาศัยพื้นฐานมาจาก Class A หรือ Class AB แต่ใด้ทำการปรับปรุงในเรื่องของประสิทธิภาพในด้านกำลังงานสูญเสีย โดยเพิ่มหรือลดกำลังงานตามความเบาและแรงของสัญญาณที่ป้อนเข้ามา
ในส่วนวงจรขยายใน Class-A และ Class-AB ยังมีความแตกต่างไปอีกหลายแบบซึ่งถูกนำเสนอภายใต้แนวคิดและเทคนิคการออกแบบของแต่ละยี่ห้อที่แตกต่างกันออกไป
เมื่อทราบถึงรายละเอียดการทำงานของเครื่องขยายเสียงในการทำงานที่ Class ต่างๆแล้วต่อไปจะกล่าวถึงโครงสร้างของเครื่องขยายเสียงโดยหลักๆแล้วเครื่องขยายเสียงจะประกอบด้วยโครงสร้าง 2 รูปแบบดังนี้คือ
การทำงานของวงจรขยายเสียงแบบ 2 Stages ดังที่แสดงในรูปที่ 1 จะประกอบด้วย 2 ส่วนในส่วนแรกจะเรียกว่า Differential Input stage รับอินพุตเป็นแรงดัน และให้เอาต์พุตเป็นกระแส ( Tranconductance Amplifier ) ในส่วนที่ 2 จะเป็นวงจรแยกเฟสของสัญญาณและทำงานเป็นชุดวงจรขยายแรงดันพร้อมทั่งป้อนสัญญาณที่ใด้จากการขยายส่งไปยัง Output Stage ( Phase splitting ,driver and Output Stage ) ซึ่งลักษณะโครงสร้างของวงจรจะดูเรียบง่ายใช้อุปกรณ์น้อยชิ้นแต่ค่อนข้างจะมีปัญหาในเรื่องของเสถียรภาพค่อนข้างสูง
โครงสร้างลักษณะของวงจรขยายเสียงแบบ 3 Stage นี้ค่อนข้างเป็นที่นยมใช้งานกันอย่างแพร่หลายโครงสร้างแบบ 3 Stage ถูกเรียกว่า ? lin three-stage topology ? ซึ่งเป็นลักษณะวงจรที่ถูกออกแบบขึ้นเมื่อประมาณ 20 ปีมาแล้วแต่ยังคงเป็นพื้นฐานโครงสร้างของวงจรที่ยังมีใช้กันอยู่จนถึงปัจจุบัน ข้อใด้เปรียบที่สำคัญของโครงสร้างวงจรในแบบ 3 Stage นั้นคือการทำงานของวงจรในแต่ละส่วนถูกแยกการทำงานแต่ละส่วนออกจากกันอย่างชัดเจนดังนั้นจึงเป็นการง่ายที่จะบังคับควบคุมการทำงานของวงจรในแต่ละส่วนให้อยู่ในช่วงหรือคาบการทำงานที่เหมาะสมและใด้ง่ายกว่าในแบบ 2 Stage
การทำงานของวงจรแบบโครงสร้าง 3 Stage ในส่วนแรก Differential Input stage รับอินพุตเป็นแรงดัน และให้เอาต์พุตเป็นกระแส ( Voltage to Current ) และส่งต่อไปยังวงจรส่วนที่ 2 ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นวงจร Tran impedance Amplifier จะรับสัญญาณจากวงจรในส่วนที่หนึ่งซึ่งอยู่ในรูปของกระแสมาทำการขยายและพร้อมทั้งเปลี่ยนเป็นแรงดันที่มีขนาดสูงขึ้น ( Current to Voltage ) วงจรในส่วนที่สองนี้จะต้องมีการชดเชย ( Compensation ) เพื่อเป็นการรักษาเสถียรภาพของวงจรให้คงที่ตลอดช่วงความถี่ในการใช้งานโดยการอาศัย Capacitor CC วงจรชดเชยเป็นสิ่งสำคัญและต้องใช้ความระมัดระวังในการใช้งานค่อนข้างสูงเพราะเป็นส่วนหนึ่งที่จะช่วยให้วงจรขยายเสียงมีเสถียรภาพที่ดีและทนทานในการใช้งาน
วงจรใน stage ที่สามคือ Output stage รับแรงดันใน Stage ที่สองเพื่อเพิ่มความสามารถในการจ่ายกระแสไปยัง load โดยจะขยายแรงดันเท่ากับ Unity gain คืออัตราขยายเท่ากับ 1 เท่านั่นเองแต่จะมีอตราการขยายกระแสที่สูงเพื่อให้สามารถนำไปขับ Load ใด้อย่างมีประสิทธิภาพ
ลักษณะโครงสร้างของวงจร Output Stage มีแนวทางให้เลือกใช้ที่หลากหลายและมีคุณลักษณะที่แตกต่างกันไป ซึ่งขอจะกล่าวถึงลายละเอียดแยกย่อยต่อไป
ตอนนี้เราใด้ทำความรู้จักกับลักษณะโครงสร้างของวงจรขยายเสียงแล้วในลำดับต่อไปจะกล่าวถึงการทำงานของวงจรในส่วนแยกย่อยต่างๆร่วมถึงการวิเคราะห์และวิธีการออกแบบเบื้องต้นของวงจรในแต่ละส่วนที่นำมาประกอบเข้าด้วยกัน
1.การป้อนกลับแบบลบ ( Negative Feedback )
การป้อนกลับในเครื่องขยายเสียงเป็นการควบคุมและรักษาเสถียรภาพในลูปปิดและเป็นตังกำหนดอัตราการขยาย ของวงจรขยายเสียง ( Gain ) โดยขึ้นกับปริมาณการป้อนกลับและใด้ช่วงการตอบสนองความถี่ ( Frequency Response ) ที่กว้างขึ้น
ลักษณะการจัดวางวงจรสามารถแบ่งแยกย่อยออกใด้เป็น 3 แบบด้วยกันดังแสดงในรูป 
3.1 การป้อนกลับแบบ Local Negative Feedback โดยการป้อนกลับของ Output A1 มายัง Input ของ A1
3.2 การป้อนกลับแบบ Global Negative Feedback โดยการป้อนกลับของ Output A3 มายัง Input ของ A1 การป้อนกลับในลักษนี้นิยมใช้กันอย่าแพร่หลายเพราะไม่ซับซ้อนมากนัก
3.3 การป้อนกลับแบบ Nested Negative Feedback โดยการป้อนกลับของ Output A3 มายัง Input ของ A2 และ A1 ตัวอย่างเครื่องขยายเสียงที่ใช้วงจร Feedback ในลักษณะนี้ใด้แก่ยี่ห้อ Bryston ใน SST Series เป็นต้น
2.ลักษณะการจัดวางวงจร Input Stage
Input Stage เป็นวงจรส่วนแรกที่รับสัญญาณแรงดันเข้ามาเพื่อทำการขยาย หน้าที่หลักของ Input Stage คือการเปลี่ยนจากแรงดันสัญญาณขนาดต่ำที่ป้อนเข้ามาให้กลายเป็นกระแส ( V to I ) และส่งต่อไปยังวงจรขยายแรงดัน Voltage Amplifier Stage วงจรในส่วนของ Inpu
