Что такое DDX?

© А.И.Шихатов 2002

    Любая аудиосистема, определяемая сегодня как цифровая, на самом деле является цифро-аналоговой. Цифровой сигнал с носителя информации поступает на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП, в англоязычной терминологии - DAC). В массовых аудиосистемах дальнейшая обработка сигнала (фильтрация, регулировка громкости, тембра и т.д.) производится аналоговыми методами. Это потенциальный источник искажений и шумов, особенно при обработке сигналов малого уровня. В аудиосистемах высокого класса обработка сигнала производится цифровым сигнальным процессором до ЦАП, что позволяет значительно уменьшить искажения. Однако эти различия в структуре не принципиальны - в любом случае сигнал после ЦАП поступает на аналоговый усилитель. Особенно уязвим звуковой сигнал на этапе аналоговой обработки и усиления, поэтому характер звучания так сильно зависит от примененных компонентов.
    Эта проблема в принципе решаема, вопрос только в цене. Не будем касаться проблем согласования компонентов и взаимодействия их между собой - ограничимся наиболее критичными звеньями. Это усилитель и ЦАП. Не вдаваясь в детали различных способов цифро-аналогового преобразования, отметим, что каждый из них придает звучанию свой оттенок. Усилители, как известно, тоже имеют свой собственный "почерк", определяемый классом работы выходного каскада и общей схемотехникой. Экономичные усилители класса AB или B вносят в сигнал значительные искажения, усилители класса A обеспечивают высокое качество звучания, но неэкономичны. Если же в тракте применяется цифровой усилитель, в нем проводится обратное преобразование входного аналогового сигнала в цифровую форму, что вносит дополнительные искажения. Поэтому цифровые усилители пока применяют в основном для сабвуферов, поскольку требования к качеству сигнала там не столь высоки.
    Чтобы улучшить качество звучания и сохранить высокую экономичность, звуковой тракт должен стать полностью цифровым - от носителя сигнала до акустической системы. Компания Apogee предложила для цифровых усилительных трактов технологию DDX (Direct Digital Amplification), в которой полностью исключены преобразование, обработка и усиление аналогового сигнала, что заметно упрощает и удешевляет систему. Цифровой сигнал после обработки в цифровом сигнальном процессоре поступает непосредственно на цифровой усилитель мощности, без дополнительных интерфейсов и преобразований (рисунок 1). Процессор поддерживает передискретизацию вплоть до восьмикратной и может работать с частотами дискретизации до 96 кГц. Используется 24-битное представление сигнала, для систем передачи речи разработаны 8-битные устройства.

    Строго говоря, Apogee не была пионером в этой области. Идея носилась в воздухе и различные варианты полностью цифровых трактов известны с конца 80-х годов прошлого века. Однако именно в технологии DDX выражен новый подход к процессу обработки и усиления сигнала. Топология малосигнальных и силовых микросхем отличается, и объединение их на одном кристалле представляет значительные технологические трудности. Разделение процессора и мощного выходного каскада позволило выполнить их в виде отдельных микросхем, что значительно удешевило систему. Комплект микросхем состоит из процессора DDX и отдельных усилителей мощности по числу каналов. Выпускаются как двухканальные, так и многоканальные системы. Диапазон применения разработчики определяют от компьютерных мультимедийных устройств до домашних аудиосистем и проигрывателей MP3.

Основные преимущества DDX следующие:

• Высокий КПД
• Отсутствует ЦАП
• Высокая помехоустойчивость
• Низкий уровень шумов
• Низкая стоимость
• Отсутствует обратная связь
• Хорошее демпфирование динамика

    Такой букет достоинств обусловлен особенностями технологии обработки сигнала и построением выходного каскада. В отличие от традиционных усилителей класса D перевод выходного каскада в мостовой режим класса BD позволил организовать импульсное демпфирование подвижной системы динамической головки (damped ternary modulation). В промежутках между информационными импульсами выходной каскад замыкает выводы звуковой катушки. Электрическое демпфирование основного резонанса подвижной системы осуществляется не виртуальным выходным сопротивлением усилителя, а вполне реальным и достаточно низким сопротивлением силовых ключей (рисунок 2). Поэтому понятие демпинг-фактора к данной технологии можно применить только с некоторыми оговорками. При измерении традиционными методами значение получается небольшим - порядка 16, но степень демпфирования подвижной системы не хуже, чем у аналогового усилителя с демпинг-фактором более 100. Благодаря отключению нагрузки в паузах сигнала новая технология повышает также отношение сигнал-шум.
    Помимо улучшения демпфирования увеличивается экономичность усилителя при усилении слабых сигналов. По сравнению с аналоговыми усилителями класса AB эффективность DDX приблизительно в два-три раза выше, традиционные усилители класса D уступают им в области малых сигналов приблизительно 20% (рисунок 3).
    Еще одно немаловажное преимущество - отсутствие общей обратной связи в усилителе. Вкупе с мостовой организацией выходного каскада это значительно снижает влияние изменений напряжения источника питания на параметры сигнала. Без обратной связи возрастает и устойчивость усилителя: микросхемы, разработанные для автомобильных усилителей, развивают мощность до 100 Вт на нагрузке 0,7 Ом. И это - при напряжении питания 12 вольт, без преобразователей и массивных радиаторов! Создатели с оптимизмом считают, что широкое распространение новой технологии не за горами.
    А как быть с аналоговыми носителями? Кончина компакт-кассеты откладывается на неопределенное время, да и цифровое радиовещание не скоро станет общедоступным (по причинам скорее экономическим, нежели геополитическим). Хотя стандарт DAB и рекомендован к применению в России и СНГ, дальше разговоров и опытов вещания дело не пошло. Да и в других странах аналоговое радиовещание пока не сдается.
    Впрочем, серьезных препятствий нет. Для аналоговых источников придется использовать аналого-цифровые преобразователи, при этом открываются новые возможности. Например, становится возможным применение уже существующих цифровых систем шумопонижения и других устройств обработки сигнала. Такое решение в цифровых системах Hi-End стало типовым, никто не мешает применить его и в автомобильных устройствах.
    В настоящее время компания Apogee поставляет производителям звуковоспроизводящего оборудования усилительные решения DDX в виде полупроводниковых компонентов, OEM устройств, а также осуществляет лицензирование своей технологии. Apogee постоянно разрабатывает новые виды продукции и технологии и расширяет сотрудничество с другими компаниями, работающими в этой области. Последняя новость - подписание соглашения с компанией STMicroelectronics (ранее называвшейся SGS-THOMSON Microelectronics). Эта компания проектирует, разрабатывает, производит и продает самые разнообразные интегральные схимы (ИС) и дискретные устройства для применения в широком диапазоне задач, включая телекоммуникации, компьютерные системы, системы для массового потребителя, автомобилестроение, промышленную автоматику и системы контроля и управления. Результатом этого сотрудничества стал выпуск новой линейки микросхем, включающей 4.1-канальный DDX контроллер и два усилительных DDX чипа, обеспечивающих до 100 Вт выходной мощности.