แอมป์ร้อน-แอมป์เย็น

โดย...อ. ไมตรี ทรัพย์เอนกสันติ

          เป็นที่ทราบกันดีว่าเพาเวอร์แอมป์รถยนต์เวลาใช้งานจะร้อนมากถึงร้อนอย่างยิ่งยวดคือ ร้อนขนาดว่าเอานิ้วแตะแช่ได้ไม่เกิน 1 นาที (นิ้วพอง) จนถึงร้อนขนาด “เตารีด”ร้อนจนผมกลัวจริงๆว่าวันดีคืนดี (จริงๆต้องพูดว่าวันร้ายคืนร้าย)คงลุกเป็นไฟเผารถทั้งคันแน่

          สาเหตุที่เพาเวอร์แอมป์ (คือตัวขยายเสียงของรถยนต์)ร้อนเกิดจาก

1. ลักษณะของวงจรภาคขยาย

     ถ้าโรงงานออกแบบมาโดยตั้งการทำงานแบบ Class A คือ กระแสไฟฟ้าไหลตลอดเวลา ไหลอย่างเต็มที่ตามกำลังขับของแอมป์เอง และจะลดลงมากน้อยตามระดับสัญญาณที่มันขยายเสียง เชื่อกันว่า (และถูกโฆษณาให้เชื่อว่า) แอมป์ Class A ให้เสียงดีที่สุด ความเพี้ยนต่ำสุด แต่ประสิทธิภาพจะต่ำที่สุดพูดง่ายๆว่า แอมป์ Class A แท้ๆ 100 วัตต์จะกินกำลังถึงอย่างต่ำ 400 วัตต์ สูญเสียในรูปความร้อนถึง 300 วัตต์ นั่นคือ ถ้าคุณเล่นเพาเวอร์แอมป์ Class A (แท้ๆ)อยู่ สมมุติสเปคบอก 50W.RMS/ข้าง ก็ไม่ต่างจากคุณกำลังเอาเตารีด 400 วัตต์ต่อกับระบบไฟของ รถ!

ตัวเพาเวอร์แอมป์จะร้อนจี๋ขนาดว่า นิ้วแตะไม่ได้ พอๆกับแตะเตารีด จึงต้องใช้ครีบระบายความร้อนขนาดมโหฬาร บางทีใหญ่กว่าเครื่อง 2 – 3 เท่า อุปกรณ์ชิ้นส่วนภายในก็ต้องตัวใหญ่รับกำลังหรือกระแสไฟได้สูงขนาด 40 แอมป์ขึ้นไป ตัวถังแอมป์ต้องทั้งใหญ่โตและหนักมาก แน่นอนแพงมากๆด้วย พูดตามตรง ข้อดีแทบไม่คุ้มกับความเกะกะและราคาเลย ต่อมามีการพัฒนาให้ภาคขยายทำงานแบบที่เรียกว่า Class AB คือ ต้องมีสัญญาณเข้ามา จึงจะมีกระแสไหล ทำให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น จาก 25% ของ Class A แท้ๆเป็นประมาณ 76% (Class AB) แล้วแต่ ว่าจะตั้งกระแสไหลขณะไม่มีสัญญาณไว้มากน้อยแค่ไหนคือ เอนไปทาง Class A หรือ B มากน้อยแค่ไหน ถ้าเอน ไปทาง Class B มากกว่าเสียงจะออกกระด้างขึ้น ความเกลี้ยงสะอาดหมดจดหมดไป (เสียงสากหูขึ้น) ความสอดใส่ อารมณ์,วิญญาณของดนตรีหรือเสียงร้องลดลง แอมป์งานวัด เสียงดังข้ามทุ่ง เครื่องไม่ใหญ่นัก มันเป็น Class AB  ที่แทบจะเป็น B แท้เลย ตัวเครื่องแค่อุ่นๆ ครีบระบายความร้อนไม่ต้องมาก อุปกรณ์ชิ้นส่วนตัวเล็กๆรับกระแสต่ำ ตัวเครื่องโดยรวม (แอมป์รถ) จึงตัวเล็ก เสียงดัง แอมป์ติดรถกำลังขับสูงๆแต่ตัวเล็ก ราคาถูก มักออกมาทำนองนี้ (เสียงแข็ง)

ต่อมามีการพัฒนาภาคขยายแบบอัจฉริยะคือ ถาสัญญาณต่ำ หรือเราเร่งวอลลูมไม่ดังมาก (ที่ตัววิทยุ) มันจะทำงานแบบ Class A ถึงที่กำลังขับระดับหนึ่งเช่น ถ้าไม่เกิน 10 วัตต์มันจะทำงานแบบ Class A ถ้าเสียงดังจนมัน ต้องจ่ายกำลังเกิน 10 วัตต์ มันจะสวิทซ์ตัวเองเป็น Class AB (เรียก Sliding A ) วิธีนี้ทำให้ได้สุ้มเสียงที่ดีขึ้นกว่า Class AB และประสิทธิภาพ 65 – 70 % ได้สบายๆตัวเครื่องก็ไม่ใหญ่โตมโหฬารมากแต่ก็ยังร้อนพอควร อาจแตะได้สัก 1 นาทีก่อนนิ้วพอง เพาเวอร์แอมป์ที่คุยว่า Class A แต่ตัวเครื่องขนาดปกติเหมือนแอมป์ Class AB จงรู้ไว้ เถิดว่าไม่ใช่ Class A แท้ เป็น Sliding A ( A วูบวาบ) แอมป์ติดรถที่คุยว่า Class A ในท้องตลาด 95% เป็นแบบนี้ (ราคาก็ไม่สูงมากนัก)

ปัจจุบันที่ชิ้นส่วนอุปกรณ์มีคุณภาพสูงขึ้นและผู้ผลิตก็เลือกใช้ของดี ถือได้ว่า แอมป์ Class A (วูบวาบ) แทบไม่ แพ้ Class A แท้ๆแล้วแต่กำลังขับดีกว่ามาก เพื่อให้ตัวเครื่องเล็กลงอีก ร้อนน้อยลง ราคาถูกลงอีก ผู้ออกแบบจึงหัน ไปจัดการกับภาคจ่ายไฟ ที่เรียกว่า ภาคจ่ายไฟอัจฉริยะ โดยจะมีวงจรพิเศษคอยตรวจสอบระดับสัญญาณที่เข้ามา ถ้าสัญญาณเข้ามาต่ำมันจะสั่งให้ภาคจ่ายไฟหดกำลังลงมา กระแสลดลงได้ แม้จะตั้งการขยายเป็น Class A,Class A (วูบวาบ), Class AB ทำให้ได้สุ้มเสียงตาม Class ที่ตั้งไว้และประสิทธิภาพสูงขึ้น ตัวเครื่องไม่ใหญ่มาก แต่กลับให้กำลังขับหลายร้อยวัตต์/ข้างๆได้ ภาคจ่ายไฟอัจฉริยะแบบนี้อาจทำงานคู่กับภาคขยายอัจฉริยะที่เลื่อนตัวเองไปมาระหว่าง Class A กับ  AB หรือปรับความเป็น A เป็น B ตลอดเวลา เทคนิคเหล่านี้มีชื่อเรียกต่างๆกันไปเช่น Class T , Class H, Class G ซึ่งในอดีตมีการนำไปใช้กับเพาเวอร์แอมป์ออกงานคอนเสิร์ต (เรียก PA แอมป์) ที่ต้องการ กำลังขับสูงๆเป็น 1,000 วัตต์หรือ 10,000 วัตต์ โดยตัวเครื่องไม่ต้องใหญ่เท่าน้องๆตู้เย็น 4 คิวเพื่อสะดวก แก่การ ขนย้าย ออกงานติดตั้ง

อย่างไรก็ตาม คุณภาพเสียงของแอมป์พวกนี้มักได้แค่เสียงดังแต่ขาดน้ำหนักของเสียง ดังแบบกลวงๆ ภาษาลูกทุ่งว่า ไร้แรงถีบ หรือกระแทกกระทั้น ขาดรายละเอียดหยุมหยิม มิติเสียง ทรวดทรงเสียง ตำแหน่งชิ้นดนตรีในวง ไม่น่าประทับใจเอาเสียเลย แถมช่วงดนตรีโหมสลับซับซ้อนหลายๆชิ้น เสียงจะอีรุงตุงนัง สับสน มั่วไปหมด กอดกันไปหมดไม่แจกแจงแยกแยะเป็นชิ้นเป็นอัน ฟังนานๆน่าเบื่อและอึดอัด ฟังไม่ได้ศัพท์ ดังลูกเดียว มีความเป็นดนตรีต่ำ แอมป์พวกนี้มักราคาไม่สูงลิบตัวถังไม่มหึมา แม้กำลังขับจะสูง 300 – 400 วัตต์ต่อข้าง (ที่ 4 โอห์ม) คาดหวังได้ว่าเสียงจะออกมาในแนวไร้อารมณ์ดังกล่าวแล้ว

1. การเข้าสู่ยุคดิจิตอลและกึ่งดิจิตอลแอมป์

     ในอดีตภาคขยาย Class D ถูกออกแบบเพื่อการทหารที่แบกสัมภาระซึ่งต้องเล็กและเบาที่สุด รวมทั้งวงการบิน การทำงานคือ จะมีวงจรสร้างคลื่นรูปสี่เหลี่ยมดุจเป็นการปิด-เปิดกระแสที่ไหลผ่านลำโพง สัญญาณเพลงที่รับเข้ามาจะไปควบคุมจังหวะการปิด-เปิดนั้นก่อนถูกขยายออกลำโพงจึงต้องมีวงจรกรองคลื่นความถี่สูงรูปสี่เหลี่ยมทิ้ง (เรียกวงจร LPF…Low Pass Filter) ไม่ให้ไปเผาลำโพงพัง

ภาคขยาย Class D จึงให้ประสิทธิภาพสูงที่สุดระดับ 86% ทำให้ลดขนาดครีบระบายความร้อน อุปกรณ์ชิ้นส่วนตัวเครื่อง เรียกว่าแทบไม่ร้อนเลย แต่ยุคแรกๆความเพี้ยนจะสูงมาก (เป็น 10% THD) แทบไม่มีความเป็น ดนตรี เสียงกลางสูงถึงสูงตกลงมาก (จากการมีวงจรกรอง LPF) อีกทั้งความสามารถใน การหยุดการสั่น ค้างของ กรวยลำโพงก็ต่ำ (ค่า DANPING FACTOR หรือ DF ต่ำ) ทำให้เสียงโดยรวมขุ่น ทึบ แห้ง ทุ้มเบลอ(สั่นด้วย)

ต่อมามีการพัฒนาอุปกรณ์ชิ้นส่วนที่จะใช้กับแอมป์ Class D ให้ดีขึ้น เสถียรมากขึ้น พร้อมๆกับขยับความถี่ ของวงจรสร้างรูปคลื่นสี่เหลี่ยมให้สูงขึ้นๆ ทำให้ปัญหาค่า DF ต่ำเกินไปลดลงเรื่อยๆจนสามารถนำแอมป์ Class D ไปขับเสียงทุ้ม (ดอกเสียงทุ้มหรือดอกซับได้) แต่ก็ยังใช้ได้กับย่านเสียงต่ำเท่านั้น แอมป์ Class D จึงถูกทำมาให้ได้ กำลังขับสูงๆเป็นหลายๆร้อยวัตต์เพื่อขับซับโดยเฉพาะ แต่สุ้มเสียงก็ยังเป็นรองภาคขยาย Class AB ปกติ (ในแง่ ความมีรูปลักษณ์ตัวตน(3D) ของเสียงทุ้ม ความกระชับกระเด็นหลุดลอยออกมา ความเปิดโปร่ง สด พลิ้ว) จนเมื่อ ไม่กี่ปีมานี้อุปกรณ์ขยายกระแสของภาคขยาย Class D ได้รับการพัฒนาให้เสถียรขึ้น ไม่พังง่ายๆแถมตอบสนอง ความถี่ได้สูงขึ้นมาก จึงสามารถเขยิบความถี่วงจรสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมให้สูงมากๆได้พร้อมกับเขยิบวงจรกรองความถี่สูงขาออก ให้ทำงานที่ความถี่สูงมากๆได้ (เกิน 20 KHz) จึงทำให้แอมป์ Class D สามารถขยายความถี่เสียง ได้ตลอดตั้งแต่ 20Hz – 20 KHz ได้แบบแอมป์ Class AB และเรียกว่า FULL RANGE Class D Amp. ซึ่งเราเริ่มเห็นมีการทำออกมามากขึ้นๆทั้งเครื่องเสียงบ้าน (ฟังเพลงและโฮมเธียเตอร์.....ดูหนัง)และเครื่องเสียงรถ

ภาคขยาย FULL RANGE Class D ถือว่าเข้าถึงจุดที่พูดได้ว่าฟังได้ไม่อุบาทว์หูอีกต่อไป ฟังในระดับเสียงไฮ-ไฟได้เลย ไม่ว่าความพริ้ว,สด,เปิด,กังวาน,มีรายละเอียด จุดเด่นคือพละกำลังที่น่าทึ่ง ขนาดเครื่องที่เล็กลงมาก ราคาที่ต่ำลงมากๆเมื่อเทียบกับแอมป์ Class AB ที่กำลังขับเท่าๆกัน

เพาเวอร์แอมป์ดิจิตอลบ้านมีการผลิตออกมาขายนานมากแล้วร่วม 40 ปีแต่ไม่ได้รับความสนใจเพราะสุ้มเสียงยังสอบตก แอมป์ดิจิตอลทำงานคล้ายๆ Class D จนหลายคนสับสนเรียกปนกันไปมา การทำงานคือ จะมีวงจรแปลงสัญญาณเสียงอนาล็อกปกติให้เป็นสัญญาณดิจิตอล (รูปสี่เหลี่ยม) แล้วขยายให้ใหญ่ขึ้น เหมือนการ ปิด-เปิดสวิทซ์ที่จ่ายกระแสให้ลำโพง พูดง่ายๆว่าเป็นการขยายรูปคลื่นสี่เหลี่ยมคล้ายกับ Class D ต้องมีวงจรกรองสัญญาณความถี่สูง(มากๆ)ทิ้งเช่นกัน ปัญหาในยุคต้นๆจึงคล้ายกัน แต่แอมป์ดิจิตอลขยายความถี่เสียงได้ครบ (FULL RANGE) ตั้งแต่ต้นเลย วงจรแปลงขาเข้าก็มีทั้งแบบ PWM,PCM แอมป์ดิจิตอลในยุคแรกสุด เสียง อุบาทว์หูมาก แข็งกร้าว แห้ง จัดจ้าน มิติเสียงไม่ต้องพูดถึง แบน,ตื้น เรียกว่าแทบหาความน่าฟังเป็นดนตรีไม่ได้เลย ถ้าจะว่าไปแล้วดิจิตอลแอมป์ได้รับการพัฒนาช้าและน้อยกว่า Class D มาก จนปัจจุบันเกือบพูดได้ว่า แอมป์ Class D ให้สุ้มเสียงได้ถึงระดับไฮไฟชั้นดี เสียงที่อ่อนโยนผ่อนคลายกว่า เป็นอนาล็อกกว่า ขณะที่แอมป์ดิจิตอลดีขึ้นบ้าง พอจะฟังเข้าหูรายละเอียดดีกว่า เสียงกังวานฉ่ำกว่า Class D ตอบสนองฉับไวกว่ามาก แต่ยังขาดความลื่น ไหลผ่อนคลาย ยังไม่สามารถแยกแยะบุคลิกเสียงของเครื่องดนตรีอย่างเดียวกันแต่คนละยี่ห้อ คนละเกรด (ระดับราคา)ได้ นักร้องกี่คนๆร้องเสียงคล้ายกันไปหมด (พูดง่ายๆว่าดิจิตอลแอมป์ ทำลายฮาร์โมนิกของเสียงหรือเก็บมาไม่ครบ) เรื่องของทรวดทรงเสียงว่า Class D ไม่ค่อยได้เรื่องแล้ว ดิจิตอลแอมป์ยิ่งสลบชัย ชิ้นดนตรีต่างๆ ในวง จะออกแบนเป็นแผ่นโปสเตอร์หนัง ความตื้น-ลึกของเวทีเสียงแทบไม่มี โอเค ทุกอย่างชัดดีหมด (ชัดเกินไปด้วย) จนฟังนานๆน่าเบื่อ ขาดเสน่ห์โดยสิ้นเชิง

อย่างไรก็ตาม ข้อดีอย่างฉกาจฉกรรจ์ของดิจิตอลแอมป์คือ แทบไม่มีความร้อนเลย อีกทั้งเป็นไปได้ที่เราจะนำสัญญาณเสียง (ที่ปัจจุบันบันทึกอยู่ในรูปดิจิตอลทั้งสิ้น) ต่อตรงเข้าสู่แอมป์ดิจิตอลได้เลยไม่มากก็น้อยอาจต้องมีการแปลงการเข้ารหัสไปมาบ้าง แต่ก็อยู่ในรูปดิจิตอลล้วนทั้งหมด จากขาเข้าถึงขาออก ข้อดีอีกอย่างคือ แอมป์ดิจิตอลสามารถทำให้มีขนาดเล็กจิ๋วได้เช่นภาคขยายกำลังขับ 80W.RMS/CH แผงวงจรเล็กแค่แสตมป์ 1 ดวง (อาจใหญ่กว่านิดหน่อย) (ไม่นับภาคจ่ายไฟ) พอๆกับ 1 ตัวของทรานซิสเตอร์ MOS FET หรือ BIPOLA ของแอมป์ Class AB เป็นไปได้ที่ดิจิตอลแอมป์ที่ดีๆทำยากจึงถูกผูกขาดโดยผู้ผลิตโมดูลดิจิตอลแอมป์สำเร็จรูปแค่ 3 – 4 ยี่ห้อในโลก (เสียงมีตั้งแต่แห้ง ไร้อารมณ์ จนโอเคฟังได้รับได้)

ที่น่ากลัวอีกข้อคือ มีโอกาสสูงมากที่ดิจิตอลแอมป์จะส่งคลื่นความถี่สูง (มาก) ออกไปป่วนอุปกรณ์เครื่องเสียงอื่นๆภายนอกจนพัง ซึ่งผมก็พบมาแล้วอินทริเกรทแอมป์ดิจิตอลราคา 30,000 กว่าบาทส่งคลื่นไปกวนเครื่องเล่น CD หลอดราคา 3 แสนบาทจนภาคจ่ายไฟพัง

กับเครื่องเสียงรถเชื่อว่า นับวันเราจะได้เห็นเพาเวอร์แอมป์ Class D  FULL RANGE จากยี่ห้อต่างๆออกมามากขึ้นๆในบ้านเราอย่างน้อยที่เห็นและจำได้ก็ 2 – 3 ยี่ห้อแล้ว เสียงก็ไม่เลวด้วย ขณะที่ดิจิตอลแอมป์ยังไม่เห็นในวงการเครื่องเสียงรถ เป็นไปได้ว่ามันยังทนและเสถียรไม่พอที่จะใช้งานในรถที่ระบบไฟสกปรก เต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนและไม่เคยนิ่ง มีโอกาสที่แอมป์ดิจิตอลจะพังหรือเสียงอุบาทว์หูสุดๆได้มาก

1. สาเหตุสำคัญที่เพาเวอร์แอมป์รถร้อนจัดมากๆคือ

     มันขยายกระแสมากกว่าขยายแรงดันไฟ (ตรงข้ามกับเพาเวอร์แอมป์บ้าน) เนื่องจากแรงดันไฟของระบบไฟรถต่ำแค่ 12 V.DC (วงจรภาคจ่ายไฟของเพาเวอร์แอมป์รถนำ 12 V.DC มาสวิทซ์ขยับเป็น+/- 40 – 50 V.DC ป้อนให้แก่ภาคขยายขาออกอีกที) นอกจากนั้น ลำโพงรถยนต์ก็มีความต้านทานเฉลี่ยแค่ 4 โอห์ม (ลำโพงบ้าน 8 โอห์ม) จึงยิ่งดึงกระแสจากแอมป์มหาศาล (40 -50 แอมป์โดยเฉลี่ย บางเครื่องเป็นร้อยๆแอมป์) ก็ยิ่งร้อนกันไปใหญ่

นี่ยังไม่นับการติดตั้งที่มักถูกซุกๆซ่อนๆไว้ไม่ให้รกตา แม้หลายๆเครื่องจะมีระบบพัดลมระบายอากาศมากับแอมป์ แต่ก็มักแค่ไม่ให้น็อคเท่านั้น ยังร้อนจัดอยู่ดี