ไปเจาะลึกเทคโนโลยี “Dynamic Audio Amplification” ของแบรนด์ Onkyo กันดูหน่อย..

หน้าที่หลักๆ ของ แอมปลิฟายนั้นเรียบง่ายและตรงไปตรงมา นั่นคือขยายสัญญาณเสียงให้มีพลังมากพอขับดันไดเวอร์ของลำโพง ทว่า ภาคแอมปลิฟายที่ใช้อยู่ในอุปกรณ์เครื่องเสียงแต่ละรุ่นแต่ละแบรนด์ต่างก็ให้ คุณภาพเสียงออกมาต่างกัน นั่นแสดงว่า เทคนิคการออกแบบภาคแอมปลิฟายของแต่ละแบรนด์ที่มีรายละเอียดต่างกัน ส่งผลโดยตรงกับคุณภาพเสียง

การพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวกับ เสียงมีมาโดยตลอด โดยเฉพาะแบรนด์ดังๆ ที่ยังคงทำธุรกิจอยู่ในวงการ คอลัมน์ Brand Story ตอนนี้เราจะไปวิเคราะห์เจาะลึกเทคนิคการออกแบบภาคแอมปลิฟายของแบรนด์ Onkyo กัน

* ลิ้งค์ต้นฉบับบทความ

“Dynamic Audio Amplification”

คำว่า “Dynamic Audio Amplificationเป็นปรัชญา หรือองค์รวมทางความคิดที่ Onkyo ใช้กำหนดเป็นแนวทางในการออกแบบภาคแอมปลิฟายที่ใช้อยู่ในอุปกรณ์เครื่องเสียงและโฮมเธียเตอร์ทุกรุ่นที่ผลิตออกมาจำหน่ายอยู่ในช่วงปี 2018 – 2019

ความหมายในทางปฏิบัติสำหรับปรัชญา Dynamic Audio Amplification ก็คือความพยายามที่จะถ่ายทอดคุณสมบัติของเสียง 2 ประการสำคัญ คือ “energyหรือพลังงาน กับ “dynamismหรือการขยับเคลื่อนไหวอย่างคล่องแคล่ว ที่อยู่ในสัญญาณอินพุตออกมาได้โดยปราศจากการสูญเสีย

ทำไม Dynamic Audio Amplification
จึงมีความสำคัญ.?

ทีมวิศวกรที่ออกแบบวงจรขยายของแบรนด์ Onkyo มองว่า สัญญาณเสียงไม่ได้มีลักษณะ คงที่เหมือนกับสัญญาณ test tone (ประเภท pink noise และ white noise) ที่ใช้ในการวัดค่าต่างๆ ในแล๊ป แต่เสียงเพลงเป็นสัญญาณเสียงที่มีคลื่นเสียงที่แตกต่างกันจำนวนมากเคลื่อนไหวด้วยความไม่คงที่ไปเรื่อยๆ แต่อย่างไรก็ดี ในมุมของวิศวกรออกแบบ สัญญาณคงที่ที่ใช้ตรวจวัดคุณสมบัติของคลื่นเสียง อย่างเช่น S/N ratio (สัดส่วนของสัญญาณเสียงเทียบกับสัญญาณรบกวน) และ Total Harmonic Distortion (THD = ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม) ยังคงมีความสำคัญ ในขณะที่วิศวกรของ Onkyo มีความเชื่อว่า ความสามารถในการตอบสนองต่อ ไดนามิกเร้นจ์กับ สัญญาณฉับพลันเป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้ผู้ฟังสามารถเข้าถึงและมีอารมณ์ร่วมไปกับเสียงที่ฟัง

Dynamism มีความหมายตรงกับคำว่า “lifeของดนตรี ซึ่งก็คือความมีชีวิตชีวานั่นเอง ซึ่งจะได้คุณสมบัติข้อนี้ออกมาก็ต่อเมื่อ แอมปลิฟายสามารถตอบสนองกับการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเสียงได้อย่าง ทันทีทันใดส่งผลให้ตัวโน๊ตของดนตรีมีไทมิ่งในการ เกิดขึ้นกับ หยุดลงตรงกับต้นฉบับ และทำให้ได้ช่วงอิมแพ็คของไดนามิก, ช่วงผ่อนคลายพลัง, ช่วงแผ่วพลิ้ว ไปจนถึงลักษณะการทอดปลายเสียง ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้ได้เสียงที่ให้ความรู้สึกเหมือนจริงตามธรรมชาติ

ในการออกแบบภาคแอมปลิฟายให้ได้คุณสมบัติออกมาตามปรัชญา Dynamic Audio Amplification อย่างที่ทีมวิศวกรของ Onkyo กำหนดไว้ ประกอบด้วยเทคนิคหลักๆ ในการออกแบบอยู่ 3 อย่าง นั่นคือ

1. Hi-Current Amp Design
2. Non-Phase-Shift Amp for Realistic Audio Imaging
3. Noiseless Audio Processing with VLSC

ไปดูกันว่าเทคนิคพิเศษเหล่านี้มีรายละเอียดอย่างไรกันบ้าง.?


Hi-Current Amp Design

แบรนด์ Onkyo มีพัฒนาการทางด้านงานออกแบบแอมปลิฟายมานานเกือบ 70 ปีแล้ว พื้นฐานหลักๆ ที่พวกเขาใช้เป็นเทคนิคในการออกแบบก็มีความสามารถในการจ่ายกระแสสูงแบบ high-current กับโครงสร้างวงจรแบบ low-impedance เพื่อให้มีความสามารถในการควบคุมไดอะแฟรมของไดเวอร์ลำโพงได้อย่างเที่ยงตรงแม่นยำ สามารถตอบสนองกับการปรับเปลี่ยนไดนามิกได้อย่างฉับไว กับออกแบบวงจรแบบแยกส่วนที่ตอบสนองความถี่ได้กว้าง เพื่อขจัดปัญหาเรื่อง phase shift ทำให้ได้เสียงที่ชัดใส และได้มิติอิมเมจของเสียงที่แม่นยำ

ภาพด้านบนนี้เป็นกราฟแสดงเปรียบเทียบความสามารถในการจ่ายกระแส (current) ระหว่างผลิตภัณฑ์ของ Onkyo (สีม่วง) กับผลิตภัณฑ์ของแบรนด์อื่นสองแบรนด์ ได้แก่ แบรนด์ A (สีน้ำเงิน) และ แบรนด์ B (สีแดง)

กราฟแนวตั้ง (vertical axis) แสดง ปริมาณของกระแสในขณะที่แนวนอน (horizontal axis) แสดง เวลาจากภาพ เส้นกราฟที่พุ่งสูงขึ้นไปด้านบนและต่ำลงมาด้านล่างที่มีระดับต่างกัน แสดงถึง ความสามารถในการจ่ายกระแสที่ต่างกัน เส้นกราฟที่มีระดับการสวิงของเส้นกราฟที่กว้างกว่าเพราะถูกขยายด้วยแอมปลิฟายที่จ่ายกระแสได้มากกว่า สรุปจากที่เห็นในกราฟแสดงว่า ผลิตภัณฑ์ของ Onkyo สามารถจ่ายกระแสได้สูงกว่าอีก 2 แบรนด์ที่นำมาเทียบกันนั่นเอง ซึ่ง กระแสที่ว่านี้จะเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนที่ของไดอะแฟรมของไดเวอร์ กระแสที่มากกว่าจะทำให้ไดเวอร์ของลำโพงสร้างเสียงออกมาใกล้เคียงกับต้นฉบับได้มากกว่า มีความผิดเพี้ยนต่ำกว่า ให้การควบคุมที่ดีกว่า ตอบสนองกับสัญญาณได้เร็วกว่า และให้เสียงที่เป็นจริงมากกว่า

More Current to Drive Bigger Speakers
จ่ายกระแสได้มาก ก็สามารถขับลำโพงตัวใหญ่ได้

เอวี รีซีฟเวอร์ที่ใช้ภาคแอมปลิฟายที่สามารถจ่ายกระแสได้สูง จะสามารถขับลำโพงที่มีไดเวอร์ขนาดใหญ่ได้ง่ายๆ ส่วนแอมป์ฯ ที่จ่ายกระแสได้ไม่สูง จะไม่สามารถควบคุมไดเวอร์ได้ดี ทำให้สูญเสียความเที่ยงตรงของเสียง ภาพด้านบนทางแบรนด์ Onkyo ต้องการสื่อว่าเอวี รีซีฟเวอร์รุ่น TX-NR646 สามารถขับลำโพงที่ใช้วูฟเฟอร์ที่มีขนาดตั้งแต่ 8 .. ไปจนถึง 13 .. (ประมาณ 5.2 นิ้ว) ออกมาได้ดี ในขณะที่รุ่น TX-RZ900 สามารถขับลำโพงที่ใช้วูฟเฟอร์ที่มีขนาดตั้งแต่ 8 .. ไปจนถึง 30 .. (ประมาณ 12 นิ้ว) ออกมาได้ดี ได้เสียงที่มีความเที่ยงตรงสูง

How is the Sound Differenct?

ภาพนี้แสดงให้เห็นว่า เอวี รีซีฟเวอร์ที่ใช้ภาคแอมปลิฟายที่มีความสามารถในการจ่ายกระแสได้มากกว่า จะสามารถผลักดันไดอะแฟรมของไดเวอร์ให้เคลื่อนที่เดินหน้าถอยหลังได้ระยะทางมากกว่า (แถวล่าง – สีฟ้า) ขณะที่ไดอะแฟรมเคลื่อนที่เดินหน้าถอยหลังนั้น แผ่นไดอะแฟรมจะผลักและคลายมวลอากาศที่อยู่บริเวณด้านหน้าของไดอะแฟรม เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดเป็นคลื่นเสียงออกมา ซึ่งไดอะแฟรมที่เคลื่อนที่เดินหน้าถอยหลังได้ระยะทางมากกว่าจะให้เสียงที่มีไดนามิกกว้างกว่า ทำให้ลำโพงสามารถถ่ายทอดเสียงที่ให้รายละเอียดที่ดี

Combining Power and Current for Ultimate Performance
ผสมผสานระหว่าง พลังกับ กระแสเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

ทาง Onkyo พยายามโยงให้เห็นว่า แค่ทำให้แอมปลิฟายมี กำลังสูงอาจจะไม่ได้ทำให้ได้เสียงที่ดี เหมือนกับรถที่มีกำลังขับดันสูง จะมีความสามารถในการลากน้ำหนักบรรทุกได้ดี แต่ขาดความฉับไวในการตอบสนองต่อการขับขี่ เมื่อเทียบกับรถสปอร์ตที่ใช้เครื่องยนต์ที่ออกแบบให้มีทั้งกำลังที่เยอะ และสามารถตอบสนองการขับขี่ได้อย่างรวดเร็วฉับไวกว่า

กำลังหรือ “powerของแอมปลิฟาย มีส่วนประกอบอยู่ 2 ส่วน คือ “Wattsกับ “Currentซึ่ง Watts (วัตต์) หรือกำลังจะเป็นตัวกำหนด ความดัง” (loudness) ของเสียง ในขณะที่ Current หรือกระแส เป็นตัวกำหนด กำลังสำรองทำหน้าที่ปั๊มไดนามิกให้กับเสียง ซึ่งเป็นส่วนที่แสดงรายละเอียดของเสียง ถ้าแอมปลิฟายที่คุณใช้จ่ายกระแสได้ไม่มากพอ ลำโพงของคุณจะไม่สามารถทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้คุณไม่ได้สัมผัสกับเสียงที่โอบอุ้มความรู้สึกได้อย่างเต็มที่ แค่ได้ยินความดังของมันเฉยๆ


Non-Phase-Shift Amp
for Realistic Audio Imaging

เทคนิคการออกแบบวงจรที่ชื่อว่า Wide Range Amp Technology (WRAT) ของ Onkyo มีคุณสมบัติป้องกันปัญหา phase shift (หรือ เฟสเคลื่อน) ด้วยการดันจุด roll-off ของความถี่ไปให้ไกลกว่าความถี่ในระดับที่ประสาทหูของมนุษย์ได้ยิน ซึ่งการขยายเสียงที่ไม่มีปัญหาเฟสเคลื่อน จะทำให้ได้โฟกัสของเสียงที่ดี และได้อิมเมจของเสียงที่มีลักษณะสมจริงมากกว่าปกติ

What Happens If Phase is Not Accurate?
จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าเฟสสัญญาณไม่ถูกต้อง?

ถ้ามีปัญหา เฟสเคลื่อนหรือ “ไทมิ่งของสัญญาณเกิดความคลาดเคลื่อน(timing error) เกิดขึ้นอย่างใดอย่างหนึ่ง จะส่งผลต่ออิมเมจของเสียง คล้ายกับการเล่นกีต้าร์ที่มีคอบิดงอ เสียงโน๊ตที่ออกมาไม่ถูกต้อง และอิมเมจของเสียงก็จะผิดเพี้ยนไป


Noiseless Audio Processing
with VLSC

เทคโนโลยีดิจิตัล ฟิลเตอร์ที่ชื่อว่า “Vector Linear Shaping Circuitry” (VLSC) จะทำการประกอบสัญญาณขึ้นมาใหม่จากสัญญาณต้นฉบับเดิมในขั้นตอนแปลงสัญญาณดิจิตัลเป็นอะนาลอก (digital-to-analog conversion) ซึ่งไม่เหมือนกับวงจรฟิลเตอร์แบบทั่วไป วงจรฟิลเจอร์ VLSC จะทำการขจัดสัญญาณรบกวนที่เรียกว่า electrical pulse-noise ที่เกิดขึ้นในกระบวนการแปลงสัญญาณออกไปก่อนส่งออกไปให้กับภาคขยาย ทำให้สัญญาณที่ถูกขยายเสียงออกมามีความเป็นธรรมชาติสูง

What’s the Advantage?

electrical pulse-noise เป็นสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการแปลงสัญญาณดิจิตัลให้กลายเป็นสัญญาณอะนาลอก ซึ่งเป็นผลข้างเคียงที่ไม่อาจจะหลีกเลี่ยงได้ สัญญาณรบกวนที่ว่านี้เป็นสัญญาณที่ความถี่สูง ซึ่งจะเข้าไปส่งผลกับอิมเมจของเสียง ด้วยการเปรียบเทียบสัญญาณอินพุตก่อนเข้าสู่ภาค DAC กับสัญญาณเอ๊าต์พุตที่ออกมาจากภาค DAC ทำให้ VLSC สามารถสร้างสัญญาณต้นฉบับขึ้นมาใหม่ ทำให้สัญญาณที่ถูกขยายมีลักษณะที่เหมือนกับสัญญาณที่ดึงออกมาจากแผ่น

How Does VLSC Work?
VLSC ทำงานอย่างไร.?

ไดอะแกรมข้างบนนี้แสดงลักษณะการทำงานของฟิลเตอร์ VLSC

(1) สัญญาณอินพุตเข้าสู่การแปลงจากสัญญาณดิจิตัลให้ออกมาเป็นสัญญาณอะนาลอก
(2) สัญญาณเอ๊าต์พุตที่ได้ออกมามีสัญญาณรบกวน pulse noise ติดมาด้วย
(3) VLSC ปรับรูปร่างสัญญาณใหม่โดยอาศัยเส้นแนวสมมุติ (vector) ของสัญญาณต้นฉบับ เปรียบเทียบกับสัญญาณเอ๊าต์พุตที่มี pulse noise
(4) วงจร VLSC ทำการฟิลเตอร์สัญญาณรบกวนที่เป็น pulse noise ออกไป แล้วปล่อยสัญญาณเอ๊าต์พุตที่มีลักษณะคล้ายกับต้นฉบับอย่างมากออกไป

Comparison to Conventional Filters
เปรียบเทียบกับฟิลเตอร์แบบทั่วไป

สัญญาณอินพุตที่อยู่ในรูปของสัญญาณดิจิตัลถูกแปลงให้เป็นสัญญาณอะนาลอกโดย DAC จากนั้น สัญญาณเอ๊าต์พุตจาก DAC ก็ถูกส่งต่อไปผ่านวงจรฟิลเตอร์ วงจรฟิลเตอร์ทั่วไปไม่สามารถขจัด pulse noise ออกไปจากสัญญาณเอ๊าต์พุตที่ออกมาจาก DAC ได้อย่างหมดจด ซึ่งสัญญาณเสียงที่มี pulse noise จะถูกส่งเข้าสู่ขั้นตอนขยาย ทำให้สัญญาณรบกวน pulse noise ถูกขยายพร้อมกับสัญญาณต้นฉบับไปด้วย มีผลให้คุณภาพเสียงแย่ลง /

**************************

mm

About ธานี โหมดสง่า

View all posts by ธานี โหมดสง่า