让小设备发出大声音

一个模块给我们的聆听方式带来革命性的改变
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一种电路给一大类产品带来革命,这种事情并不常见,而飞利浦D类通用(UcD)模块就给音频放大器带来了革命性的转变。在UcD之前,曾经有一些奇怪的商业D类放大器短暂面世,它们与以往的放大器不同,使用了中间级,其中的晶体管会快速切换开关状态,而不是直接线性放大信号。
UcD同时具备尺寸小、重量轻、成本低、效率高、性能卓越等多种优势,彰显了D类放大器的功效。你的家里、车上、智能手机或者智能扬声器中必定至少有一个D类设备。
飞利浦的UcD是工程师布鲁诺•普奇(Bruno Putzeys)的创意。这位工程师在一个充满了音频电子产品的家庭中长大。“家里总会有一些有关放大器和扬声器的事发生。”普奇回忆童年时说。当他第一次了解到D类放大器时,他就着迷了:“15岁的时候我在一本法国杂志上读到了有关D类放大器的文章,然后就对这种技术心驰神往了。”大学期间,他的论文就是关于D类放大器的,他也因此在飞利浦公司找到了工作。
简而言之,D类放大器的工作原理是将输入信号转化为一系列宽度不同但振幅固定的方形脉冲。这种技术称为脉冲宽度调制:方波的宽度代表了模拟信号的幅度。这些脉冲会切换晶体管的开关状态,从而改变波列的振幅。由此产生的输出会穿过一个低通滤波器,从而以高音量重建模拟信号。
D类放大器的效率非常高,因为切换中的晶体管几乎一直是或开或关,因此浪费的电量微乎其微;其效率超过90%,比早期其他类型的放大器的效率要高得多。由于体积小巧且高效,因此D类放大器能够充分利用有限的电池电量,而且能够插入紧凑的空间中,适合散热空间都相当小的智能扩音器和手机。

1995年普奇受雇于飞利浦时,D类放大器的这些优点并没有得到广泛重视。他说,自己入职以后,飞利浦就失去了对D类放大器的兴趣,不过他还是想办法获准制造了D类放大器。那时制造出的第一台设备就引发了公司极大的兴趣,普奇因此得到了研发经费,得以继续改善设计。毫无成效的几年后,一位经理催促普奇制造一款飞利浦能够真正将其用在产品中的D类放大器。他被告知,产品不必力求完美,但速度要快。“本来只想做出简单、廉价的产品,但最终的成果远不止具有便捷和经济的优点。”普奇说。

结果就是UcD放大器模块比同价位的任何放大器都要优秀。但飞利浦没有把UcD放大器加入自己的任何产品中,这一点让普奇这些年来感到颇为不快。于是他和同事根据许可将其出售给其他制造商,把UcD放大器模块加入到扬声器、家庭影院系统和更多产品中。
虽然D类音频设备快速崛起,市场上出现了很多更精致的模块(有一些是普奇离开飞利浦之后在其他公司制造的),但UcD始终屹立不倒。在飞利浦制造首批UcD模块的17年后,最初获得许可的Hypex的一款直系分支产品UcD180HG仍然在出售。
作者:Brian Santo

IEEE Spectrum

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