¿Cómo se prueba la calidad de los amplificadores de audio durante el proceso de diseño?

Answer 1

El primer paso es comenzar con un buen diseño. Los amplificadores de audio han existido durante mucho tiempo, lo que significa que se ha acumulado mucho conocimiento sobre el tema, y ​​hay muy pocos diseños totalmente nuevos. Esto significa que el primer paso real es decidir los objetivos de diseño exactos y los requisitos de rendimiento. ¿Está buscando un diseño simple con un buen rendimiento, o está buscando un rendimiento realmente impresionante y el costo no es un problema? ¿Estás buscando buenas especificaciones o estás buscando cosas menos fáciles de definir? ¿Tiene algún requisito específico que no esté estrictamente relacionado con el rendimiento?

La industria del audio hoy es una mezcla complicada de productos. Algunos están diseñados para ofrecer el mejor rendimiento medido al menor costo; otros para ofrecer el mejor rendimiento posible, con un costo “sin objeto”; muchos están diseñados para ofrecer el mejor rendimiento posible mientras se venden a un determinado precio; y aún otros están diseñados con otros objetivos en mente. La otra cosa que debe darse cuenta es que el aspecto de marketing de las cosas entra en juego desde el principio. Si el cliente solo quiere un amplificador de audio que “funcione” y suene bien, ya tiene muchas opciones; por lo tanto, cualquier producto nuevo debe ofrecer alguna otra razón para existir. Si su empresa comercializa equipos de tubos para audiófilos que prefieren tubos, entonces es mejor usar tubos. Si todo su marketing está escrito en torno a “baja retroalimentación” o “alta velocidad de respuesta”, entonces esos se convertirán en “requisitos de diseño”. Muchos productos están diseñados simplemente para llenar un vacío en su línea de productos actual. (No es vergonzoso admitir que ha diseñado un “amplificador de potencia de 300 vatios / canal de bajo costo y alta calidad” porque eso es lo que la gente está comprando este año).

Una vez que haya establecido los requisitos, elija un tipo de diseño y cree un diseño básico utilizando los criterios establecidos para ese tipo de diseño. Cada tipo de diseño tiene diferentes cosas que son importantes, y un ingeniero competente, con experiencia en esa área, debe saber cuáles son (es por eso que lo contrató). En ese momento, una vez que tiene un diseño, construye un prototipo y lo prueba para ver si hace lo que espera que haga. Hay una breve lista de especificaciones importantes en el diseño de audio: THD (distorsión armónica total); SNR (relación señal / ruido); respuesta frecuente; y algunos otros Al contrario de lo que pueda pensar, generalmente no es necesario probar docenas de parámetros. Suponiendo que comenzaste con un diseño competente, algunas medidas básicas te dirán si hay algo menos obvio mal. A pesar de que ocasionalmente se descubren problemas nuevos y previamente insospechados, en general, una vez que se conocen, generalmente se pueden evitar mediante la observación cuidadosa de los parámetros básicos. Por ejemplo, la “distorsión de intermodulación transitoria”, a menudo citada, que es difícil de medir, puede inferirse si su circuito tiene una velocidad de respuesta limitada y un THD que aumenta bruscamente a frecuencias de audio más altas. Sin embargo, este sería un buen momento para escuchar su prototipo con atención en busca de coloraciones inesperadas u otros problemas.

Volviendo a la historia … Si bien hay muchos tipos de equipos de prueba que puede usar, muchos de los cuales realizan un solo tipo específico de prueba, una o dos compañías fabrican costosos conjuntos de prueba diseñados específicamente para la industria del audio y que realizan prácticamente todos de las pruebas importantes: la marca más utilizada es Audio Precision. Fabrican equipos de prueba controlados por computadora que realizan todas las pruebas necesarias para diseñar y producir equipos de prueba de audio, y son la marca más utilizada por los diseñadores. fabricantes y revisores.

Una vez que tenga un prototipo que haga lo que quiere, su ingeniero lo vuelve a ver y descubre las cosas que podrían afectar la producción. ¿Hay partes que necesitarán pruebas adicionales? ¿Necesita algún método de ensamblaje especial para asegurarse de que cierta parte no se coloque al revés? Si su empresa fabrica sus propios productos, entonces ese es un tema completamente diferente. Si subcontrata la fabricación, este proceso se reemplaza al decidir qué subcontratista puede entregar la calidad de producción que su producto requiere a un precio razonable.

Finalmente, la ingeniería diseña algunas pruebas estándar para garantizar que cada producto que se fabrica funcione como debería. Pequeños productos relativamente simples pueden ser revisados ​​al azar. Con productos más complicados, tiene más sentido probar cada uno. En Emotiva, la mayoría de nuestros productos se prueban individualmente antes de enviarlos, solo para asegurarnos. (Los conjuntos de pruebas AP están parcialmente automatizados; puede programarlos para realizar un conjunto completo de pruebas, comparar los resultados con los requisitos y hacerle saber si una unidad falla en alguna prueba en particular).

Puede notar que no puse un montón de pasos separados para “escucharlo”. La razón es simplemente que, si bien las pruebas de audición son una gran parte del diseño de equipos de audio, generalmente no son una gran parte del proceso de diseño formal en sí. Asumiendo que su objetivo es diseñar un equipo de audio que reproduzca la señal con precisión y fidelidad, las pruebas de audición son simplemente una confirmación de que su diseño está funcionando como debería. No diseñas un amplificador para “sonar de cierta manera”. Lo diseñas para que suene “como si no estuviera allí”. (Entonces, por ejemplo, generalmente no se sienta a escuchar decenas de marcas de condensadores, escuchando alguno especial que suena de cierta manera; elige una parte que ofrece el rendimiento que necesita; luego escucha con atención para asegurarse que no ha calculado mal. Con algunos otros tipos de productos, especialmente altavoces y auriculares, las marcas individuales y los tipos de partes suenan lo suficientemente diferentes, y hay suficientes variables, que a menudo se requieren muchas pruebas de escucha cuidadosas. Sin embargo, los amplificadores son más simple: la única excepción sería un amplificador que NO esté diseñado para sonar neutral, en cuyo caso, al igual que con un altavoz, puede haber muchas pruebas y errores para encontrar la pieza con la coloración correcta para hacer un diseño determinado sonar tal como se pretende).

El diseño del amplificador realmente es mucho más una ciencia que un arte.

Answer 2

En la mayoría de las empresas, el marketing comienza el proceso de diseño con una especificación funcional para el producto. Para un amplificador de audio, esto incluiría el tipo de entrada, las cargas que el amplificador debería funcionar con clasificación inteligente y objetivos de rendimiento, que generalmente incluyen ancho de banda, THD + N, ruido, IMD, factor de amortiguación, conversación cruzada y posiblemente otras cifras de mérito técnico. En algún momento hay algo de ida y vuelta sobre lo que se puede lograr, y una posible negociación sobre cuál será el plan de desarrollo. En general, el precio de venta objetivo también se determina, y trabajando hacia atrás desde ese precio, utilizando márgenes objetivo y el costo variable que la empresa aplica a los productos, el costo de fabricación, las cajas de envío, etc., se obtiene el costo objetivo de la lista de materiales. Luego, el ingeniero generaría una lista de materiales esperada, utilizando cotizaciones de proveedores para componentes y estimaciones para todas las partes eléctricas y mecánicas necesarias para construir el amplificador.

A partir de aquí, el diseñador aplica su conocimiento del tipo de tecnología que se utiliza para determinar la calidad del diseño que se puede lograr dadas las limitaciones de costos. Dependiendo de la aplicación objetivo para el amplificador, se utilizan diferentes objetivos para el diseño, pero los fundamentos del diseño, la teoría de retroalimentación, la transferencia de calor, SOA y muchos otros conceptos de ingeniería se utilizan para diseñar el circuito.

La mayoría de los ingenieros comenzarán con el cálculo y comenzarán a modelar el circuito con PSPICE. Si tiene suerte, todas las partes que esté utilizando tendrán modelos de dominio de tiempo y frecuencia válidos en PSPICE, y podrá ejecutar simulaciones de dominio de tiempo y frecuencia y generar confianza en su diseño antes de construirlo.

Una vez que el diseño esté listo, debe diseñar una PCB, construir el diseño y luego validar que funciona correctamente realizando una serie de pruebas de banco y cargas resistivas como estas:

En este punto, entra en el ciclo de encontrar todos los problemas con el diseño y hacer cambios para abordarlos. Las pruebas se realizan para todas las figuras técnicas importantes de mérito, y deben documentarse para referencia futura. A menudo, el rendimiento medido se compara con la simulación para garantizar que el modelo sea preciso y que los componentes del circuito funcionen como se espera. En algún momento se requieren giros de PCB. Las pruebas también incluirían la validación térmica del conjunto electromecánico. Una de las cuestiones más importantes es SOA de dispositivos de salida.

Área de operación segura – Wikipedia

La mejor manera es hacer mediciones de corriente continua y voltaje, si tiene las herramientas, algunos DSO pueden trazar cada captura de datos y ponerla en una curva SOA. Las pruebas de SOA también van de la mano con las pruebas de tortura que algunas compañías hacen cuando lanzan cargas reactivas extremas como un diseño para ver cómo funcionan. Esto puede incluir pruebas de temperatura ambiente elevada.

La protección del amplificador también debe validarse, lo que significa probar el amplificador en cortocircuito y asegurarse de que sobreviva. También hay pruebas de encendido y apagado que aseguran que el amplificador esté en silencio con él encendido y apagado.

¡Después de mucho trabajo y una cantidad de pruebas paralizantes, finalmente está listo para conectar un altavoz real y hacer algo de ruido! Las pruebas de audición a menudo se realizan, pero tienden a ser menos que objetivas (en otras palabras, rara vez se utiliza el método de comparación doble ciego). Una vez que el amplificador funciona de manera aceptable, el producto se libera internamente para aumentar la fabricación y el marketing decide cuándo se anuncia el producto al mundo.

Si el ingeniero ha hecho un excelente trabajo, y no hay sorpresas con los materiales y la fabricación del producto, nunca tendrá noticias del departamento de servicio sobre las devoluciones, porque no hay ninguna, o hay muy pocas devoluciones.

Diseñé el amplificador y la fuente de alimentación para el amplificador de potencia Audia Fusion de Biamp hace muchos años. Este es un suministro lineal corregido por PFC y 8 ​​ranuras de amplificación con una tarjeta amplificadora de Clase D que puede producir hasta 600 W en una variedad de cargas:

AudiaFUSION

Answer 3

He diseñado bastantes amplificadores en mi tiempo, pero no para la producción. Por otro lado, he diseñado muchas otras cosas de este tipo que se produjeron en masa, y el proceso general es el mismo.

Primero, la mayoría de los diseñadores que se especializan en amplificadores de audio tendrán mucha experiencia y conocimiento sobre lo que funciona. Luego también están las opciones de componentes: se sabe qué tipos de componentes tienen las mejores características para el audio. A menudo, estos tenderán a ser caros para obtener la mejor calidad, por lo que es una compensación de rendimiento / costo que el diseñador deberá aplicar.

El proceso de diseño es así:

Comienza con un circuito teórico basado en la experiencia, cálculos, simulaciones y datos de la hoja de datos. Lo prototipas. Mide su rendimiento, si se queda corto, averigua por qué e itera hasta que sea lo que desea. Es casi el mismo proceso que escribir software: comience con un diseño en papel, codifíquelo, pruébelo, depúrelo y repita.

La medición del rendimiento es parte del proceso de iteración del diseño. Medirás cosas obvias como potencia de salida, niveles de ruido, distorsión, etc. También estabilidad con variaciones como temperatura, tensión de alimentación y muchas otras variables. Las mediciones de rendimiento son tanto de estado estable (es decir, una onda sinusoidal continua o entrada de onda sinusoidal múltiple) como dinámica: respuesta a cargas transitorias y reactivas, y así sucesivamente. Un buen laboratorio de I + D tendrá todo el equipo de prueba necesario para ejecutar estas pruebas.

Cuando el diseño parece estar listo, generalmente hay una breve ejecución de preproducción. Esto construye una cantidad de unidades idénticas a ese diseño, tal vez 10 unidades. Todos estos se ejecutan a través de las mismas pruebas. No debería haber diferencias significativas entre ellos. Si es así, es posible que se necesiten más revisiones de diseño, más pruebas, más compilaciones de preproducción.

En esta etapa, no solo se prueba el rendimiento de los amplificadores, sino también su capacidad de construcción. Esto involucra a las personas que construirán las unidades asegurándose de que no haya problemas incómodos en el ensamblaje y que las unidades de producción puedan probarse (si las hay, revisar nuevamente). Las pruebas de producción a menudo son menos rigurosas que las pruebas de I + D, pero deben cubrir suficientes puntos de datos para garantizar que se cumplan las especificaciones. Durante la producción completa, es probable que se realicen pruebas por lotes en las que se seleccionan unidades aleatorias para pruebas completas de nivel de I + D.

El marketing lo tiene fácil. Solo necesitan vender las cosas.

Answer 4

En amplificadores de audio (junto con otros equipos). Su calidad es tan igual a la entrada que la salida es. Queremos coincidir exactamente con lo que le ponemos.

así se puede hacer con una prueba nula.

Esto compara la forma de onda de la entrada con la salida, invierte la fase uno y las suma. La suma de estas dos señales es 0.

Si el amplificador es perfecto, la prueba nula no tiene absolutamente nada. Big fat 0. Si la entrada es + 8db en un punto y la salida es idéntica, será -8db exactamente. La prueba nula sería un 0.

Cualquier cosa con cualquier amplitud en la prueba nula muestra que hay algún tipo de distorsión. Esto creará su propia forma de onda. Puede analizar visualmente los datos como otra forma de onda, y puede reproducirse para escuchar lo que falta.

los datos se basan en equipo costoso para hacer tal cosa.