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Tecnologia leva som digital ao alto-falante

DDX (Direct Digital Amplification ou Amplificação Direta Digital) é uma arquitetura patenteada totalmente digital de amplificadores de alta eficiência, desenvolvida para atender as necessidades de uma ampla gama de aplicações de áudio, desde multimídia para PC até sistemas domésticos de áudio ou dispositivos de reprodução MP3.

Atualmente, muitos sistemas se intitulam digitais, mas usam amplificadores analógicos para elevar a potência de sinais produzidos por conversores AD. A tecnologia DDX elimina o DAC, usando técnicas de processamento de sinais para digitalmente controlar a saída de potência. Essa tecnologia permite aos fabricantes lançar produtos de áudio verdadeiramente digitais, desde a fonte até o alto-falante.

Nos amplificadores analógicos classe AB, o estágio de amplificação tem uma eficiência muito baixa, devido à potência consumida nos componentes ativos do amplificador. Amplificadores classe D, como o DDX, foram desenvolvidos para aumentar a eficiência do amplificador por meio do chaveamento da carga diretamente à fonte de alimentação.

A arquitetura DDX consiste de um controlador e um dispositivo de potência diretamente conectados. O controlador converte dados de áudio digital em modulação ternária por largura de pulso (damped ternary PWM) patenteada pela Apogee. Estes sinais são usados para controlar o chaveamento de transistores de alta potência em uma configuração de ponte completa. Um filtro passa-baixas é utilizado para remover os componentes de alta freqüência da saída PWM antes da carga.

Menos ruídos - Uma vez que não há qualquer sinal analógico envolvido, não existem problemas com ruído analógico. Isso simplifica o projeto do circuito impresso e aumenta a performance de áudio mesmo em ambientes altamente ruidosos tipicamente encontrados em sistemas de áudio digital.

A modulação em três estados, ou Damped Ternary Modulation, produz menos ruídos de chaveamento que amplificadores em dois estados (ou binários), pois reduz pela metade a amplitude das transições abruptas.

Outro fator importante é que para gerar níveis baixos de saída, a modulação binária precisa usar o cancelamento de dois grandes pulsos de polaridade oposta para gerar uma pequena resultante de saída. Ou seja, nos níveis de sinal mais usuais para a música, a modulação binária desperdiça energia continuamente.

Em contraste, a operação em Damped Ternary fornece apenas energia para produzir o sinal. Quando nenhum sinal é necessário, a carga é conectada ao terra, literalmente abafando o alto-falante. Em testes com o mesmo dispositivo chaveador, a energia da portadora do sinal ternário foi medida como 16 dB menor do que com sinal binário. Essa redução de energia permite a algumas aplicações eliminar a necessidade do filtro de saída, resultando em diminuição adicional de custos.

300% - Essa diferença resulta em até 20% de vantagem em eficiência dos amplificadores DDX sobre amplificadores classe D em sinais de baixa potência. Para amplificadores classe AB, essa diferença pode chegar até 300%!

A relação sinal/ruído é excelente, devido ao seu projeto digital. Nos projetos analógicos, mesmo quando não há sinal, a entrada é sempre amplificada pelo estágio de potência. Com DDX, caso o sinal seja igual a zero, a saída ficará no terceiro estado, aterrando ambos os terminais da carga. Isso resulta em valores de SNR quase infinitos. A tecnologia DDX é feita para operar assim, portanto não existem problemas de estalos nos falantes, como em sistemas analógicos que buscam simular tal facilidade.

Variações na fonte de alimentação nos amplificadores convencionais podem produzir distorções audíveis em sinais de baixa intensidade. Na modulação DDX, a maioria dos erros é simplesmente inaudível, novamente porque a maior parte do tempo a carga não está conectada à fonte de alimentação e sim aterrada.

Em projetos de amplificadores realimentados, problemas de estabilidade podem criar sérios desafios quando operando a baixas impedâncias. Não há como um projeto DDX ser instável, pois opera em malha aberta mesmo alimentando baixas impedâncias ou impedâncias variáveis. Existem casos de aplicações automotivas usando DDX com uma carga de 0,7 ohms e produzindo acima de 100 watts.

Essa alta eficiência beneficia aplicações operadas a bateria sem degradar a performance com a queda de tensão durante a descarga. Isso contrasta com amplificadores classe AB, que usam a polarização de saída e realimentação para reduzir distorções.

Amortecimento - Uma das comparações de performance entre amplificadores é o fator de amortecimento. Esse parâmetro é a razão entre a impedância de saída do amplificador e a impedância da carga e geralmente indica a habilidade do amplificador de controlar a carga. Assume-se que quanto maior o fator, melhor controle dos falantes e melhor performance sonora. DDX contradiz a relação entre o fator de amortecimento e performance. Projetos de malha aberta DDX tem um baixo fator (cerca de 16), entretanto obtém melhores notas em testes de audição quando comparados por audiófilos com amplificadores com fatores acima de 100. Essa aparente inconsistência é devida ao terceiro estado e à malha aberta que elimina efeitos de realimentação.

Além de tudo isso, a arquitetura DDX é escalável em ambos os estágios: processamento de sinais e potência. O processamento DDX pode ser prontamente escalável para 24 bits em aplicações sofisticadas de áudio ou reduzidas para 8 bits para voz ou aplicações de áudio de baixa performance.

Uma vez que DDX inclui uma função para aumentar a taxa de entrada em múltiplos de 8, padrões de taxa de amostragem mais altas adotadas pela indústria de áudio (exemplo: 96 kHz) podem ser facilmente acomodadas. Da mesma forma, para aplicações com largura de banda reduzida, como subwoofers, pode-se tirar vantagem deste fato e operar a uma velocidade reduzida. A arquitetura DDX permite ao mesmo dispositivo controlar desde alguns miliwatts a até 120 watts de áudio em todo o espectro.

Integração - Em projetos que integram sinais analógicos e digitais, como para incluir o DAC existem problemas sérios com a redução da tensão de alimentação. Embora os sinais digitais possam ser implementados tanto em 3.3V como 5V ou outra tensão qualquer, a performance dos sinais analógicos sofre degradação com a redução da tensão. A tecnologia DDX é absolutamente independente da tensão de alimentação do bloco digital.

Esta arquitetura permite que se integrem novas funções de processamento de sinais à parte de controle e ainda permite a criação de novos módulos de potência bem como integrar ambas as partes mantendo a compatibilidade com projetos existentes.

O conjunto único de características da arquitetura DDX a posiciona para ser a tecnologia de amplificação do futuro por atender a um amplo espectro de requisitos da indústria de amplificadores de áudio.

(*) Cláudio Sonáglio é engenheiro de aplicações da Lay Line. Sediada em Curitiba (PR) e com filial em São Paulo, a Lay Line é uma representante nacional multimarca de componentes eletrônicos para as indústrias de telecom, de eletrônica de consumo e comercial. Oferece um portifólio de produtos enxuto, composto por marcas de primeira grandeza no universo de fabricação de circuitos integrados e infra-estrutura de serviços de pré e pós-venda. Entre seus parceiros destacam-se fabricantes como Legerity, Zilog e Apogee.