跨世纪的扩大器-概论篇【转帖】摘自：www.diyzone.net 作者：yyd
★本文欢迎转载 请注明出处为:www.diyzone.net★过去以来，只要提及音频扩大器都会先以A类或AB类扩大器做为基础来设计与应用，但在近几年间，可见到琳琅满目的全数字扩大器(Pure Digital Amplifier)与D类扩大器(Class-D Amplifier)的广告出现，但什么是全数字扩大器? D类扩大器又是什么? 却是让人一头雾水。我们先厘清各种扩大器的差异，在图一至图三为 A/AB类扩大器、D类扩大器、及全数字扩大器的基础架构图示。
图说：随着时代的演进，Class D技术已经获致极大的突破，Hi-End制造厂Jeff Rowland也推出多款以Class D技术为核心的机种，并获致极高的评价。
首先、全数字扩大器及D类扩大器的输出与传统的A类及AB类扩大器有很大的不同，传统的A类及AB类扩大器输出为模拟波形，而全数字扩大器及D类扩大器的输出是以一连串的方波所组成，这些方波就是所谓的 PWM (Pulse Width Modulation，脉波宽度调变)讯号；在图二及图三部分，全数字扩大器及D类扩大器在PWM讯号之后必须加入低通滤波器(Low Pass Filter)，将高频的载波讯号去除，留下放大后的模拟音源讯号推动喇叭发声；由于全数字扩大器及D类扩大器都是使用PWM的方式输出，加上D类都会误以为是 Digital 的”D”缩写，所以就很容易让人误解D类扩大器就是全数字扩大器，或是全数字扩大器就是D类扩大器的情况。
在输入格式的部分，D类扩大器就与传统的A类及AB类扩大器一样是接收模拟音源讯号，但全数字扩大器却是直接接收由CD讯源的PCM数字音源讯号；解释到此、大家应该会有个问题是:既然D类与全数字扩大器都是以PWM输出的方式推动喇叭，那可以用输入模拟音源讯号或是PCM数字音源讯号的格式来辨别吗?答案为:不行，因为也有业者是推出将数字模拟转换器(DAC)与D类扩大器整合在一起控制芯片，让D类扩大器也能接收数字数据运作，让人误解是全数字扩大器。
因此，要简单的辨别方式在于整个扩大器本身讯号处理的路径是否存在一些模拟电路来处理；如果整个讯号的处理路径有存在模拟电路，就是为D类扩大器；如果整个讯号的处理路径全部为数字电路，就是为全数字扩大器。
为何全数字扩大器及D类扩大器都要采用PWM 输出的方式?在传统A类及AB类扩大器是利用放大组件的线性工作区间特性来运作，输出不可能处于饱和状态(Saturation)，许多能量会在转换过程中消耗成热能，也需要大型的散热片降温让组件能正常的工作，同时在电能转声能(喇叭的运作是一种电能转声能的过程)的转换效率上就会较低；而使用PWM的方式来驱动放大组件，可以让组件处于饱和状态(Saturation)或是零(Cut-Off)，因此理论上的静态功率损耗近似为零，可以将输出的电能传送100%的功率至喇叭上。
就转换损耗最高的A类扩大器来说，其理论值约 25%，AB类约45%，所以由理论值就不难看出使用PWM输出的方式有转换效率极高、省电、及小体积就能有大功率输出的优势；当然、由于D类及全数字扩大器的放大组件本身的内阻不可能为零，再加上外部需连接低通滤波器的内阻影响，一般来说D类及全数字扩大器实际转换效率都还可以有80%以上，转换效率高的同时也降低发热的问题，并且免除需要安装大型散热片在放大组件上的优点。
既然全数字扩大器与D类扩大器都有省电、转换高效率的优势，那全数字扩大器及D类扩大器的差异点为何?
首先以工作原理来看，D类扩大器的运作方式是将原始的模拟音源讯号，与模拟音源讯号更高频率的三角波进行电压比较，就可以产生出PWM的输出讯号来控制放大组件推动喇叭发声，图四为D类扩大器运作的基础图示。而全数字扩大器则是将PCM数字音源数据经过数字讯号处理(Digital Signal Processor)的线路和相关程序，经由数字化的运算过后，产生出PMW的输出讯号来控制喇叭发声，图五为全数字扩大器运作的基础图示。
从应用层面来看，D类扩大器是与传统A类及AB类扩大器的使用方式相同，只需将现有设备的模拟音源输出连接进D类扩大器即可，在使用上及观念不用有太大的变化!但面对越来越多新的数字媒体的演进，让数字音源在每天的生活中变得十分容易取得，从购买回来的CD、DVD，到网络电台、DVB及DAB等数字广播，及储存在计算机或手机中的MP3、影片等，如果使用D类扩大器来拨放以上所提的音源内容时，必须在前端加上一组数字模拟转换器(DAC)才能够拨放，如果又想加上一些声音的处理时(如音场设定等)，整个扩大器在设计上就会变得困难，而且加上使用大量的零件与通过多层的路径，就很难确保整个声音的质量。
而如果是使用全数字扩大器来拨放时，就显得十分的容易，只需要将想拨放的数字音源接到全数字扩大器上，透过全数字扩大器的转换直接推动喇叭发声，可以少去许多音乐讯号的传送损耗，如通过数字模拟转换器(DAC)及前级扩大器时，无法避免层层零件的音染及细节损失，而且也容易以数字的方式来处理一些声音的处理(如音场设定等)，所以从未来音源全数字化的趋势来看，全数字扩大器是目前能做到数字音源传递损耗降到最低的最佳放大方式。
图说：跟ICE Power相比，UcD400是另一款评价极高，但更适合DIY玩家灵活运用的Class D放大模块，在正确的规划下，UcD400的表现更甚于万元美金的Hi-End机种。
全数字扩大器与D类扩大器都是跨世代的新科技，为了迎合绿色地球概念而产生，不但建构成本较低，而且省电，高效率，环保，高音质等优点，但难道全数字扩大器及D类扩大器会完全取代传统的A类及AB类扩大器吗?其实每一种扩大器本身都有优缺利弊，所以并没有哪一种形式的扩大器比较好或坏的问题，而是如何将这些形式的扩大器放置到对的位置上，并且在会影响声音的关键点上仔细的小心设计，都可以让每一种扩大器都可以发出令人感动的音乐！
从另一个角度来看，在这个21世纪初就能遇到这些新科技的突破，并且有机会的同时享受到这些新科技带来的便利与传统百年工艺的融合，真是一件令人感到幸福的事情！（待续）
