Interface do amplificador classe D com alto-falante: estudo e modelagem. Forma de interação destas unidades para integração em caixas ativas

• Main Author: Claudio Alexandre Pinto Tavares
• Other Authors: Pedro Francisco Donoso Garcia
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2010
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUDB-8D4J9T

=== Most of the sound equipments existent today has for base the transistorized linear amplifiers (class A, B and AB), an established technology that, however, it possesses as characteristic disadvantages the low efficiency in the conversion of the energy, physical size and high costs. The switched amplifiers or class D, that allow the increase of the power density, with great increase in the efficiency, without need of heat transfers and with sensitive reduction of the cost. They approach in sound quality of the linear amplifiers and they overcome them in terms of energy efficiency. The class D amplifiers are still little taken advantage of in the field of the averages power (typically 25W to 250W). In these levels we can use the concept of active loudspeaker, whose power amplifier is placed inside of the acoustic box. Specifically, the use in multichannel systems for Home Theater, car sound, applications for Public Adress, in studios (reference monitors), or small auditoriums and class rooms, where you factor as energy efficiency, reduction of the volume, weight and costs become priority, without damage of the sound quality. On the other hand, the development of the loudspeakers for audio reproduction, stays conditioned to small improvements in the elementary concepts developed at the beginning of last century. The low-pass filter, typically LC, used in the amplifiers to eliminate the carrier of the audio signal, that is usually a PWM (Pulse Width Modulation), it commits the size of the amplifier, your cost and your sound quality directly. This work presents a study of the interface amplifier/loudspeaker, to verify in that conditions are possible the retreat of the filter LC in this scale of power. The operation of the amplifier class D is described, after that we modeled the speaker as a complex load for this amplifier. We accomplished tests with a commercial topology, through the construction of an amplifier prototype and the high several commercial loudsspeakers' use for the study of the interface amplifier/loudspeaker. Being compared the theoretical and practical results for the connection of the amplifier to the loudspeaker with the filter LC and without this, for the several loudspeakers with different characteristics. === A maioria dos equipamentos de sonorização existentes atualmente tem por base os amplificadores lineares transistorizados (classes A, B e AB), uma tecnologia estabelecida que, entretanto, possui como desvantagens características a baixa eficiência na conversão da potência, tamanho físico e custos elevados. Os atuais amplificadores chaveados ou classe D, que permitem o aumento da densidade de potência e eficiência, sem necessidade de volumosos dissipadores de calor e com sensível redução do custo aproximam-se em qualidade sonora dos amplificadores lineares e os superam em termos de eficiência energética. Os amplificadores classe D são ainda pouco aproveitados no campo das médias potências (tipicamente 25W a 250W). Nestes níveis podemos empregar o conceito de alto-falante ativo, cujo amplificador de potência é colocado dentro da caixa acústica. Especificamente, o uso em sistemas multicanais para Home Theater, som automotivo de alta qualidade, aplicações para sonorização de ambientes como estúdios (monitores de referência), ou pequenos auditórios e salas de aula, onde fatores como eficiência energética, redução do volume, peso e custos se tornam prioridade, sem prejuízo da qualidade sonora. Por outro lado, o desenvolvimento dos alto-falantes para reprodução de áudio, permanece condicionado a pequenas melhorias nos conceitos elementares desenvolvidos no começo do século passado. O filtro passa-baixas tipicamente LC, utilizado na saída dos amplificadores para eliminar a onda portadora do sinal de áudio, que é geralmente um sinal PWM (Modulação por Largura de Pulso), compromete diretamente o tamanho do amplificador, o seu custo e sua qualidade sonora. Este trabalho tem o objetivo especifico de estudar a interface amplificador/alto-falante, para verificar em que condições é possível a retirada do filtro LC nesta escala de potências.É descrito o princípio de funcionamento do amplificador classe D, em seguida modelamos o alto falante como uma carga complexa para este amplificador. Realizamos testes com uma topologia comercial, através da construção de um protótipo de amplificador e a utilização de diversos alto falantes comerciais para o estudo da interface alto falante/amplificador. São comparados os resultados teóricos e práticos para a conexão do amplificador ao alto-falante com o filtro LC e sem este, para os diversos alto falantes com características distintas