ชิปประมวลผล S-Master รหัส CXD9730 ที่จะเขียนถึงในบทความตอนนี้

หลังจากที่เราได้ทำความรู้จักกับวงจรขยาย Class-D และวงจรขยาย S-Master รุ่นแรกกันแล้ว ในบทความตอนที่ 2 นี้ เราก็จะมาทำความรู้จักกับวงจร S-Master รุ่นถัดมาอย่าง Digital Drive และ S-Master Pro ครับ

“Digital Drive” S-Master

เคร่ื่องเล่นแผ่น DVD/SACD/CD แบบ 5 แผ่นพร้อม Receiver ในตัวรุ่น AVD-C70ES

หลังจากที่ Sony เปิดตัวเทคโนโลยี S-Master ด้วยชิป M65817FP ของ Mitsubishi Electric ไปในปี 2001 แล้ว Sony ก็ได้ปรับปรุงและเปิดตัวเทคโนโลยี S-Master รุ่นที่สองออกมาในปี 2002 และได้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานครั้งแรกในเครื่องเล่น DVD/SACD/CD ที่มี Receiver ในตัวรุ่น AVD-C70ES และ AVD-S50ES โดยเรียกจุดเด่นนี้ว่า Full Digital Drive Amplifier ในสื่อประชาสัมพันธ์

บอร์ด Digital Amp ของ AVD-C70ES

ส่วนชื่อ S-Master เองนั้น ถึงจะไม่ได้ถูกใช้ในการประชาสัมพันธ์ แต่ก็ได้มีการสกรีนโลโก้ลงบนชิปประมวลผล CXD9730 และชิลด์ของ Power Module ภายในตัวเครื่องด้วย

ผังการทำงานของ S-Master Pro

หลักการทำงานของ S-Master รุ่นที่สองนี้ ยังคงเหมือนกับ S-Master รุ่นแรก แต่ได้มีการเพิ่มเติมเทคโนโลยี Pulse Height Volume Control เข้ามา ซึ่งเทคโนโลยีนี้จะอยู่ในขั้นตอนต่อจาก S-TACT เพื่อปรับระดับความดังของสัญญาณเสียง

จุดเด่นของ Pulse Height Volume Control คือการปรับแรงดันที่วงจร Regulator จ่ายให้วงจรสร้าง Power Pulse เพื่อปรับความดังของเสียง แทนการประมวลผลแบบดิจิทัลซึ่งจะทำการคูณเข้าไปในแต่ละ sample ของสัญญาณดิจิทัล ส่งผลให้รายละเอียดเสียงในข้อมูลบางบิตนั้นหายไปจากการประมวลผล

จากรูปด้านบนนั้น กราฟ A แสดงสัญญาณลูกคลื่นที่มีความดังเสียงมากที่สุด กราฟ B แสดงสัญญาณลูกคลื่นที่มีความดังลดลงไป 6 dB จากการลดแรงดันที่จ่ายเข้าไป Power Pulse Generator ครึ่งหนึ่ง เนื่องจากวิธีการนี้ไม่ได้เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับสัญญาณดิจิทัลใด ๆ เลย จึงทำให้ข้อมูลในสัญญาณนั้นยังอยู่ครบถ้วนสมบูรณ์ ตั้งแต่ระดับเสียงที่เบาถึง -50 dB ไปจนถึงระดับเสียงที่ดังที่สุด

ข้อสังเกตอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีตัวนี้ เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีใน S-Master อื่น ๆ ก่อนหน้าคือ ทาง Sony ไม่ได้ใส่เทคโนโลยีนี้ไว้ภายในชิปประมวลผล แต่เลือกที่จะเพิ่มวงจรที่ทำหน้าที่ดังกล่าวจากภายนอกแทน

S-Master Pro

AV Receiver รุ่น STR-DA9000ES

ในปี 2003 ทาง Sony ได้เปิดตัวเทคโนโลยี S-Master รุ่นที่ 3 ในชื่อ S-Master Pro โดยได้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ใน AV Receiver ตระกูล ES รุ่นประจำปี 2003 ตั้งแต่รุ่น STR-DA2000ES ไปจนถึง STR-DA9000ES ซึ่งเป็นรุ่นท็อปในตระกูล ทาง Sony ออกแบบ S-Master Pro เพื่อแก้ปัญหาที่พบในวงจรขยายแอนะล็อกดังนี้

• ความซับซ้อนของวงจร
• ความร้อนที่เกิดขึ้น
• Crossover Distortion ซึ่งเกิดจากทรานซิสเตอร์ 2 ตัวซึ่งทำหน้าที่ขยายสัญญาณเสียงซีกบนและซีกล่าง
• Thermal Modulation Distortion ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงสัญญาณเสียงที่ผ่านทรานซิสเตอร์ขาออก ทำให้อุณหภูมิของทรานซิสเตอร์สูงขึ้น ทำให้เกิดความเพี้ยนของสัญญาณ
• Open-loop distortion วงจรขยายทั่วไปจะมีความเพี้ยนของสัญญาณเกิดขึ้นขณะทำงานแบบ open-loop ซึ่่งโดยปกติแล้วสามารถแก้ไขได้ด้วย Negative Feedback แต่การใช้ Negative Feedback จะทำให้เกิด Transient Intermodulation Distortion และปัญหาอื่น ๆ ขึ้นมาอีก

ผังการทำงานของชิป CXD9730

หัวใจหลักของ S-Master Pro นั้น ยังคงเป็นชิปประมวลผลสัญญาณ CXD9730 ที่เคยถูกนำมาใช้ในสินค้า S-Master รุ่นที่สองอย่าง AVD-C70ES รวมทั้งเทคโนโลยีอย่าง Pulse Height Volume Control ที่ใช้ในการปรับระดับความดังของเสียง โดยไม่เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับสัญญาณดิจิทัลด้วย

กราฟแสดงความเพี้ยนของเฟสในสัญญาณเสียงย่านความถี่ต่ำ

สิ่งที่เป็นของใหม่ที่ถูกเพิ่มเติมเข้ามาใน S-Master Pro คือ เทคโนโลยีประมวลสัญญาณ DC Phase Linearizer ซึ่งทำหน้าที่จำลองความเพี้ยนของเฟสในสัญญาณเสียงย่านความถี่ต่ำ (30 – 50 Hz) เพื่อให้เสียงเบสที่มี “ความอุ่น” ตามแบบฉบับของวงจรขยายแอนะล็อก เพราะวงจรขยาย S-Master ไม่มีความเพี้ยนของเฟสดังกล่าว

เพื่อเพิ่มเทคโนโลยีนี้ลงไปในวงจร S-Master Pro ทีมออกแบบได้นำชิปประมวลผลสัญญาณความละเอียด 65 bit รุ่น CXD9770Q มาใช้งาน พร้อมทั้งสร้าง preset การตั้งค่าความเพี้ยนรูปแบบต่าง ๆ ให้ผู้ใช้สามารถเลือกใช้ให้เข้ากับชุดลำโพงที่ใช้งาน เพราะความเพี้ยนของเฟสจากเครื่องขยายเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบลำโพง ซึ่งรูปแบบของ preset ที่ให้มาก็จะแตกต่างกันไปตามรุ่นสินค้า

ภาค Power Swtich และภาค Low Pass Filter ของ S-Master Pro

นอกจากการปรับปรุงการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลแล้ว ทีมออกแบบยังให้ความสำคัญถึงส่วนอื่น ๆ ในวงจรขยาย Class D เช่น ภาค Power Switch ภาค Low Pass Filter รวมไปถึงภาคจ่ายไฟของวงจรขยาย พวกเขาจึงได้เลือกใช้ชิ้นส่วนที่ดีที่สุดเพื่อรีดประสิทธิภาพจากวงจร S-Master Pro ให้ได้มากที่สุด เช่น

• การใช้ Field Effect Transistors (FETs) หรือ MOS FETs ที่มีความเพี้ยนต่ำในภาค Power Switch
• การใช้ขดลวด Toroidal ที่ปรับแต่งเพื่อคุณภาพเสียง แทนขดลวดทรงกระบอกในภาค Low Pass Filter
• การใช้ภาคจ่ายไฟแบบ Two-Stage Pulse Power Supply ซึ่งประกอบไปด้วยภาคจ่ายไฟแบบลูกคลื่นซึ่งมีประสิทธิภาพสูง และภาคจ่ายไฟความต่างศักย์คงที่ซึ่งมีความเสถียร ทำให้ภาคจ่ายไฟที่มีประสิทธิภาพสูง แต่คงไว้ซึ่งความเสถียรอยู่ เหมาะแก่การสร้างเสียงความละเอียดสูง

อย่างไรก็ตาม AV Receiver รุ่นใหญ่อย่าง STR-DA9000ES ทาง Sony ได้เลือกใช้ภาคจ่ายไฟที่ใช้หม้อแปลง Toroidal แทน Two-Stage Pulse Power Supply เพื่อให้สามารถขับลำโพงทั้ง 7 ตัว ด้วยกำลังขยาย 200 วัตต์ต่อช่องได้ เพราะว่าทางทีมออกแบบไม่สามารถสร้างวงจรจ่ายไฟแบบลูกคลื่นที่มีความสามารถระดับนี้ได้

32 bit S-Master Pro

ชิปประมวลผล S-Master Pro แบบ 32 bit รุ่น CXD9773Q

ช่วงประมาณปี 2004 – 2005 ทาง Sony ได้ปรับปรุงเทคโนโลยี S-Master Pro ใหม่ ซึ่ง S-Master Pro รุ่นใหม่นี้ก็จัดเป็นรุ่นที่ 4 ของเทคโนโลยีตระกูล S-Master โดยมีจุดเด่นในเรื่องการประมวลสัญญาณที่ความละเอียด 32 bit ทำให้สามารถรองรับสัญญาณเสียงที่มีช่วง Dynamic Range ได้มากขึ้นกว่า S-Master Pro รุ่นก่อนหน้าซึ่งมีความละเอียดในการประมวลผลที่ 24 bit ได้

ผังการทำงานของชิป CXD9773Q

นอกจากนี้ทาง Sony ยังได้นำตัวประมวล DC Phase Linearizer รวมเข้าไปอยู่ภายในชิปประมวลผล CXD9773Q เลย ทำให้ไม่ต้องใช้ชิปประมวลผลแยกจากภายนอกอีกเหมือนใน S-Master Pro รุ่นก่อนหน้า

เครื่องขยายเสียงดิจิทัลสเตอริโอรุ่น TA-DR1

ตัวอย่างสินค้าที่ใช้ S-Master Pro รุ่นปรับปรุงนี้ เช่น AV Receiver รุ่น STR-DA9100ES ซึ่งเป็นรุ่นปรับปรุงของ STR-DA9000ES และหนึ่งในสุดยอดเครื่องขยายเสียงสเตอริโอที่ทาง Sony เคยสร้างมาอย่าง TA-DR1 ซึ่งวางขายเฉพาะที่ประเทศญี่ปุ่น ด้วยราคาเปิดที่ 1 ล้านเยน

บทความเกี่ยวกับ S-Master ยังไม่จบลงเพียงเท่านี้ ตอนหน้าเราจะมาต่อกันกับเทคโนโลยี S-Master ในอุปกรณ์พกพาและ S-Master HX ที่รองรับมาตรฐานเสียงความละเอียดสูงกันครับ

Reference

• “ES Series Receivers Technical Background”, Sony, 30 May 2003
• “ES Series Receivers Technical Background Version 1.1”, Sony, 25 May 2005