Сверхкомпактные усилители, большая мощность в компактном корпусе

Сложно не заметить, что почти каждый авторитетный производитель автомобильной аудиосистемы предлагает несколько ультракомпактных усилителей. Эти усилители достаточно малы, чтобы поместиться в кармане джинсов, и облегчают установку в условиях ограниченного пространства. Несмотря на миниатюрность, они могут обеспечить впечатляющую мощность для улучшения сигнала заводских динамиков или позволить динамикам вторичного рынка превратить вашу мобильную звуковую систему в потрясающее впечатление от прослушивания. В этой статье мы поговорим о том, как компаниям удается втиснуть столько мощности в такой маленький корпус, и посмотрим, чем эти усилители отличаются от решений обычных размеров.

Что такое ультракомпактный усилитель?

Несмотря на то, что небольшие усилители таких компаний, как Sony, Soundstream, Rockford Fosgate и Linear Power, существуют уже несколько десятилетий, большинство из этих ранних решений имели мощность около 20 Вт на канал.

Одним из первых современных мощных компактных усилителей, зарекомендовавших себя в отрасли, стал Alpine Power Pack KTP-455U. . Имея размеры примерно 8 на 2,5 на 1,5 дюйма, этот четырехканальный усилитель может выдавать реальную мощность 45 Вт на канал при нагрузке 4 Ом. Компания Alpine представила этот усилитель как легко интегрируемое решение для модернизации заводского или вторичного радиоприемника, которое обеспечивает почти в три раза большую мощность для ваших динамиков.

Несколько лет спустя Rockford Fosgate представила серию усилителей Boosted Rail Technology. В этих усилителях используется уникальный и творческий дизайн источника питания, который отличался от всех других решений на рынке. С точки зрения энергопотребления четырехканальный PBR300X4 мог выдать 75 Вт мощности на нагрузку 4 Ом и имел размеры всего 6,75 на 4,25 дюйма.

Перенесемся на пять лет вперед, и появятся десятки компаний, выпускающих небольшие мощные усилители. Вы можете выбрать одно из четырех- или пятиканальных решений для обновления вашей звуковой системы, и большинство из них предлагают усилитель сабвуфера мощностью примерно 300 Вт, чтобы добавить мощный бас, не занимая много места. Некоторые модели имеют водонепроницаемую конструкцию, что делает их идеальными для использования в морских условиях, мотоциклах и силовых видах спорта.

Большая мощь в удивительно маленьком корпусе

Размер усилителя определяется двумя факторами:сколько места требуется для размещения компонентов, необходимых для работы усилителя, и сколько радиатора необходимо конструкции для надежного рассеивания тепла при любых условиях.

Одним из крупнейших технологических достижений, позволивших усилителям стать такими маленькими, являются устройства для поверхностного монтажа. Благодаря сверхминиатюрным резисторам, конденсаторам, диодам, транзисторам и микроконтроллерам схемы и их компоненты могут занимать половину или треть занимаемого ими пространства. Подумайте о своем смартфоне — он обладает большей вычислительной мощностью, чем настольные компьютеры 10-летней давности, но при этом удобно помещается на ладони или в кармане рубашки. Для сравнения, компьютеры, выводившие космические челноки на орбиту, выполняли около 1,2 миллиона операций в секунду (MIPS) и имели общий объем памяти в пару мегабайт. Процессор Apple A11, установленный в iPhone X, может выполнять невероятные 600 миллиардов операций в секунду. With that said, the Apple CPU isn’t designed to handle the rigors of outer space and prolonged exposure to radiation — so keep that in mind if you’re planning a trip to Mars with our buddy Elon Musk.

The surface-mount Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) used in the power supplies of these ultra-compact amplifiers have also allowed the amps to shrink in size dramatically. You can fit four of these devices on the end of your finger, and each one is capable of passing 50 amps of current. Thirty years ago, a single 50-amp transistor would have been bigger than all four of these modern devices.

Another technology that has reduced amplifier sizes is multilayered circuit boards. Four-layer boards provide significantly more options for connectivity among the devices in the circuit and reduce the space required for signal traces.

Finally, high-speed Class-D amplifier designs help to reduce current consumption in the output stage of the amp. Class-D audio amplifiers operate by switching the output devices on and off at extremely high speeds, and varying the duty cycle (on vs. off periods) recreates the original audio waveform. Because the devices are either on or off, they spend less time acting as a resistor and, subsequently, waste less energy as heat.

Are Compact Amplifiers the Perfect Solution?

With any benefit, there are often drawbacks. For ultra-compact amplifiers, three limitations need to be considered:cooling capacity, features and noise. As we mentioned earlier, fitting lots of parts into a small package is much easier, thanks to surface-mount devices and multilayered circuit boards. The drawback of a small amp is that it still needs a heat sink to the cool the switching devices. If we reduce the heat-sink area for a given power level, the amp will be more prone to overheating when pushed hard. You might be fine for one or two songs, but you likely won’t be able to jam on these at full-blast on a hot summer’s day in Arizona or Texas without them going into protection.

The features included with an amplifier are often based on the space available for controls and switches. If you want high- and low-level inputs, adjustable high-, low- and bandpass crossovers, infrasonic filters, signal summing, individual sensitivity controls, bass-boost circuits and remote level controls, you need lots of space. In an ultra-compact amplifier, that space simply doesn’t exist. As such, most of those features won’t be found on this class of amplifiers.

Finally, we need to talk about noise. Noise, or more specifically, signal-to-noise ratio (S/N Ratio) describes how much background noise (heard as hiss) is added to an audio signal when it passes through a device. The power supply and Class-D output stage of an amplifier produce a lot of high-frequency electrical noise. In a conventional and physically large amplifier design, these noisy circuits can be located physically and electrically far away from the sensitive input and signal gain stages of the amp. When we shrink an amplifier’s size by 30 percent, everything is much closer and thus more of this noise is added to the output signal.

Let’s look at five different four-channel Class-D amplifiers to compare noise levels relative each amplifier’s physical size.

Comparison of Four-channel Amplifier S/N Ratio

Amplifier Footprint Power / Channel S/N Ratio at 1 Watt
Square Inches Watts A-Weighted

Amp 1 26.76 50>68 dB

Amp 2 41.99 70>70.4 dB

Amp 3 60.41 75>84 dB

Amp 4 68.07 75>84 dB

Amp 5 89.03 150>88.2 dB

As you can see, larger amplifiers add less noise to the output signal. While none of these specifications is atrocious, you will be able to hear a little hiss from the first two amps between songs and likely won’t on the top three amps. Of course, the third amp has a 50 percent larger footprint (length times width) than the second amp, so pick your poison appropriately.

Ultra-Compact Amplifiers Offer Unique Installation Solutions

If you are trying to add an amplifier to a motorcycle or a side-by-side and finding space for the amplifier is a concern, then, by all means, choose one of the many ultra-compact amps that are available. With that said, if you have a little extra space, larger amps offer better noise performance and more features. In this case, you get an audible improvement in performance by investing a little more money.

If you are interested in upgrading your mobile sound system, drop by local specialist mobile electronics retailer and speak to one of their product experts. They can provide you with several options to dramatically improve the sound quality and volume level of your existing system.