บทที่ 3: สัญญาณเสียง ภาคขยาย และคำว่า Watt

บทที่ 3: สัญญาณเสียง ภาคขยาย และคำว่า Watt

ศัพท์สำคัญประจำบท

ศัพท์หลักที่ต้องเข้าใจก่อน

คำศัพท์	ความหมายแบบสั้น	ใช้กับงานลำโพงอย่างไร	ตัวอย่าง/ข้อควรระวัง
ความถี่ (Frequency, Hz)	จำนวนรอบการสั่นต่อวินาที	บอกว่าเป็นเบส/กลาง/แหลม	ลำโพงเล็กเล่น 20Hz ไม่ได้จริง
แอมพลิจูด (Amplitude)	ขนาดของสัญญาณ	มีผลต่อความดัง/กำลัง	สูงเกินไปทำให้ clipping
เดซิเบล (dB)	หน่วยแบบอัตราส่วน (log)	ใช้เปรียบเทียบความดัง/เกน	+3dB ≈ พลังงานเพิ่ม 2 เท่า
Gain	อัตราขยายสัญญาณ	ทำให้สัญญาณเข้าเหมาะกับแอมป์	Gain สูงเกิน = แตก/ซ่า
Clipping	สัญญาณชนเพดานแรงดัน	ทำให้เสียงแตกและเสี่ยงดอกพัง	มักเกิดจาก VCC ไม่พอหรือ gain สูง
THD+N	ความเพี้ยนรวม noise	ดู “ดังได้แค่ไหนก่อนเพี้ยน”	ค่า 10% = แตกชัดแล้ว

ศัพท์เสริมที่จะเจอในบท

คำศัพท์	ความหมายแบบสั้น	ใช้กับงานลำโพงอย่างไร	ตัวอย่าง/ข้อควรระวัง
RMS	ค่าเทียบเท่ากำลังใช้งานจริง	ใช้คำนวณกำลัง/แรงดันในลำโพง	Peak ไม่เท่ากับ RMS
Frequency Response	การตอบสนองความถี่ของระบบ	บอกว่าโทน “บาง/หนา/แหลม”	กราฟเรียบสำคัญกว่าวัตต์
Crossover	วงจรแบ่งย่านความถี่	แยกซับ/ดาวเทียมไม่ให้ทับกัน	ตั้งผิดทำให้เสียงขุ่น
DAC	แปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก	คุณภาพ DAC ส่งผลต่อ noise/เพี้ยน	DAC แย่ → ซ่าช่วงเงียบ
EMI	คลื่นรบกวนไฟฟ้า	ทำให้มีเสียงแทรก/BT หลุด	มักมาจากแอมป์ Class-D/SMPS

เปิดบท: ทำไมเสียงไม่ใช่แค่ “ดัง/เบา”

มือใหม่คิดว่า “เสียงดี = ดัง” แต่ในทางเทคนิค เสียงคือ คลื่นกล ที่มี 3 คุณสมบัติหลัก:

1. ความถี่ (Frequency): สูง = แหลม ต่ำ = ทุ้ม
2. แอมพลิจูด (Amplitude): สูง = ดัง ต่ำ = เบา
3. รูปคลื่น (Waveform): sine = บริสุทธิ์ 1 ความถี่, เพลง = คลื่นซับซ้อนหลายความถี่ผสม

ข้อสังเกตจากชุมชน DIY ไทยและปัญหาที่พบบ่อย: “ทำไมบอร์ดเดียวกัน ต่อลำโพงคนละดอก เสียงไม่เหมือนกัน?” — เพราะลำโพงแต่ละดอกมี frequency response ต่างกัน

ความถี่ (Frequency) และการได้ยิน

ความถี่หน่วย เฮิร์ตซ์ (Hz) = จำนวน cycle ต่อวินาที

ความถี่	ความรู้สึก	ใช้ทดสอบอะไร
20 Hz	เบสสุดที่หนุ่มได้ยิน	ซับวูฟเฟอร์
60–100 Hz	เบสหนัก จังหวะกลอง	ลำโพงใหญ่
300–800 Hz	เสียงพูด กลางล่ำ	ความชัดของเสียงคน
2–5 kHz	แหลม ชัดเจน	เสียง s, t, กระเดื่อง
10–20 kHz	แหลมสุด	ความใส

สเปกที่ดี: 20Hz–20kHz ±3dB แต่ลำโพงจิ๋ว (2–3 นิ้ว) มักได้แค่ 150Hz–18kHz

Decibel (dB) — หน่วยที่สับสนที่สุด

dB เป็นอัตราส่วน (ratio) ในลอการิทึม ไม่ใช่หน่วยความดัง

dB = 10 × log₁₀(P₂/P₁)   (กำลัง)
dB = 20 × log₁₀(V₂/V₁)   (แรงดัน)

ทำไมใช้ log: หูมนุษย์ได้ยิน “อัตราส่วน” 10W→20W = ดังขึ้นนิดหน่อย แต่ 1W→1000W = ดังมาก แม้ต่าง 999W vs 10W

dB SPL (Sound Pressure Level):

• 30 dB: ห้องเงียบ
• 60 dB: การสนทนา
• 85 dB: ลำโพงดังพอใจ (1 เมตร)
• 100 dB: คอนเสิร์ตร็อก
• 120 dB: เจ็บหูทันที

กฎ thumb: +3 dB = กำลัง 2×, +10 dB = ดังขึ้น 2× ในความรู้สึก = กำลัง 10×

dBV / dBu: ระดับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์

• dBV: อ้างอิง 1V RMS
• dBu: อ้างอิง 0.775V RMS (+4 dBu ≈ 1.23V, -10 dBV ≈ 0.316V)

Line Level:

• Consumer: ~0.3V RMS (-10 dBV)
• Pro: ~1.2V RMS (+4 dBu)

กำลัง (Watt) — จริง vs โฆษณา

ชนิด	ความหมาย	สัมพันธ์กับ RMS
RMS Power	กำลังเฉลี่ยต่อเนื่องที่ THD+N กำหนด	มาตรฐานจริง
Peak Power	สูงสุดชั่วขณะ	≈ 2× RMS
Program Power	ที่ลำโพงรับได้จากเพลงจริง	≈ 2× RMS
PMPO	ตัวเลขโฆษณาไม่มีมาตรฐาน	5–10× RMS

ตัวอย่างตลาดไทย: ลำโพง 299 บาท เขียน “1000W PMPO” — จริง ~10W RMS ถ้า Class-D 90% กินไฟ ~11W จาก adapter 12V 1A (12W) เป็นไปได้ แต่ “1000W” เป็นเท็จ

เสียงแตก (Clipping)

ภาพที่ 3.1 สัญญาณปกติ (เขียว) เทียบกับสัญญาณที่เกิด clipping (แดง) เมื่อแอมป์ขยายเกินขีดจำกัด สัญญาณถูกตัดหัวทั้งบนและล่าน

เมื่อ volume สูงเกินกำลังแอมป์ sine wave ถูก “ตัดหัว” เป็นสี่เหลี่ยม → มี harmonics มหาศาล → บาดหู + ทำลายลำโพง

วิธีตรวจ:

1. ฟังที่ volume สูง — เสียง “แตก แตก” ตอนเบส = clipping
2. ลด volume หาย → ใช่ คือ clipping
3. ไม่หาย → อาจเป็นลำโพงเสียหรือสัญญาณแหลมจากแหล่งอื่น

ข้อสังเกตจากชุมชน DIY ไทยและปัญหาที่พบบ่อย: “เปิดเพลงเบสแล้วดับ” = แอมป์ clipping + BMS overcurrent + thermal shutdown พร้อมกัน

THD+N และ SNR

THD+N (Total Harmonic Distortion + Noise):

• < 0.1%: หูแทบจำไม่ได้
• 1%: สังเกตได้ถ้าฟังดี ๆ
• 10%: เสียงแตกชัด

SNR (Signal-to-Noise Ratio):

• 90 dB: ดีมาก

• 80–90 dB: ดี
• < 70 dB: ได้ยินฮัม/ซ่า

ข้อควรระวัง: บอร์ดราคาถูกระบุ THD+N ที่เงื่อนไขไม่เป็นปกติ (เช่น VCC=12V, RL=8Ω, Pout=1W) บอร์ดดีระบุที่หลายจุด

Class-D Amplifier ลึก

ภาพที่ 3.2 แผนภาพบล็อกของแอมป์ Class-D: สัญญาณอนาล็อกเข้า → เปรียบเทียบกับคลื่นสามเหลี่ยม → ได้ PWM → สวิตช์ MOSFET → กรองด้วย LC filter → สัญญาณอนาล็อกออกไปลำโพง

ขั้นตอน:

1. Input Stage → รับสัญญาณอนาล็อก
2. Comparator → เปรียบเทียบกับ triangle wave (~250kHz–1MHz) → ได้ PWM
3. Gate Driver + MOSFET → เปิด-ปิดเร็วมาก
4. LC Filter (ถ้าจำเป็น) → กรองความถี่สวิตช์ออก → สัญญาณอนาล็อกกลับมา

ทำไมประสิทธิภาพสูง (80–92%): MOSFET เปิด-ปิดอย่างเดียว ไม่มีช่วง linear ที่ร้อนเหมือน Class-AB

ปัญหา EMI: สลับเร็ว 250kHz+ → คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า → รบกวน BT/WiFi/AM/FM ถ้าสายยาว ไม่มี shielding หรือ LC filter ไม่ดี

ภาพที่ 3.3 BTL (Bridge-Tied Load) ขับลำโพง 1 ดอกด้วยสัญญาณ 2 ขา สวิงแรงดัน 2× เท่า single-ended vs PBTL (Parallel BTL) ขนาน 2 ช่องเพื่อเพิ่มกระแส เหมาะกับซับวูฟเฟอร์

LC Filter — ไม่ใช่ทุกตัวต้องมีเสมอ:

• แอมป์กำลังสูง / สายลำโพงยาว / งานติดตั้งจริงจัง → ควรมี LC filter และ PCB layout ดี
• แอมป์กำลังต่ำ (เช่น PAM8403 3W, MAX98357A 3W) สายสั้น → บางรุ่นออกแบบให้ใช้งานแบบ filterless ได้ ต้องดู datasheet/application circuit ของชิปจริง
• ถ้าไม่มี LC filter ในงานกำลังสูง → ความถี่สวิตช์ 250kHz+ ไปถึงลำโพง → voice coil ร้อน + EMI รบกวน BT/WiFi
• ดูบอร์ดดี: มี inductor 22–33μH (ทรงกระบอกสีเหลือง/ดำ) ใกล้ output
• บอร์ดราคาถูก: ใช้ inductor เล็กเกิน → filter ไม่ดี

ภาพที่ 3.4 Headroom คือช่องว่างปลอดภัยระหว่าง peak ของสัญญาณกับเพดาน VCC — ถ้าเหลือ headroom 20% จะไม่เกิด clipping

Signal Chain

[มือถือ] --(AAC/SBC/aptX)--> [BT Module] --(0.3–2V)--> [Amp] --(1–15V)--> [Speaker]
                                      ^
                                      |
[แบต] --(DC)--> [BMS] --(DC)--> [Amp]

Gain Structure:

• BT module output ~80% ของ max
• ปรับ amp gain ให้เสียงดังพอโดยไม่ clipping
• ถ้า BT output ต่ำ + amp gain ต่ำ → เสียงเบา
• ถ้า BT output สูง + amp gain สูง → clipping

ทดลองทำเอง

ทดลอง 1: ฟังความถี่

อุปกรณ์: โทรศัพท์ + แอป frequency generator (NCH Tone Generator)

ขั้นตอน:

1. เล่น 50Hz — ได้ยินเบสไหม? (ลำโพง 2 นิ้วอาจไม่ได้ยิน)
2. เล่น 1kHz — ชัดไหม?
3. เล่น 10kHz — แหลมไหม?
4. เพิ่ม volume จนแตก = clipping

คำถาม: ทำไมลำโพง 2 นิ้วไม่ได้ยิน 50Hz? (เฉลย: cone เล็ก ผลักอากาศไม่พอที่ความถี่ต่ำ)

ทดลอง 2: ตรวจ LC filter

อุปกรณ์: บอร์ด TPA3116/3118

ขั้นตอน:

1. หา inductor ใกล้ output (ทรงกระบอก สีเหลือง/ดำ)
2. อ่านค่า (“220” = 22μH, “330” = 33μH)
3. เปิด datasheet หน้า Typical Application ดูค่าที่แนะนำ
4. เปรียบเทียบ

คำถาม: ถ้าไม่มี inductor ใหญ่ มีแค่ R+C เล็ก ๆ → เกิดอะไร? (เฉลย: ไม่มี LC filter → 250kHz+ ไปถึงลำโพง → ร้อน + EMI)

อาการเสีย

อาการ	สาเหตุ	วิธีตรวจ	ค่าปกติ	ค่าผิด
เสียงแตก	Clipping / gain สูง	ลด volume	ไม่แตก	แตกที่ volume ต่ำ
ฮัม	Ground loop / adapter	ใช้แบตแทน adapter	เงียบ	ฮัมตลอด
ซ่า	Gain สูง / สายยาว	ลด gain, สายสั้น	เงียบ	ซ่าชัด
เบสไม่ออก	ลำโพงเล็ก / ไม่มีซับ	ฟังเพลงเบส	ได้ยินเบส	แห้ง
กระตุก	EMI / ไฟไม่ stable	ห่าง BT จาก amp	เล่นต่อเนื่อง	กระตุก

Decision Rule

ถ้าต้องการ…	ให้ทำ…	ตัวอย่าง
รู้ SPL	sensitivity + กำลัง	87 dB/W/m + 10W = ~97 dB ที่ 1 เมตร
รู้ amp พอไหม	ดู THD+N ที่กำลังที่ต้องการ	THD+N 10% ที่ 50W → ใช้จริง ~30W ที่ 1%
รู้ BT match amp	เทียบ output vs amp input	BT 2V + amp gain 20dB = 20V output → ต้อง VCC > 22V
ป้องกัน clipping	headroom 20%	max 10W → ตั้งที่ 8W

สรุปบทที่ 3

1. เสียง = คลื่นกล: ความถี่ แอมพลิจูด รูปคลื่น
2. dB เป็น ratio — +3 dB = กำลัง 2×, +10 dB = ดังขึ้น 2× = กำลัง 10×
3. RMS power = มาตรฐานจริง, PMPO = โฆษณา
4. Clipping = เสียงแตก + ทำลายลำโพง
5. Class-D = PWM + LC filter (ถ้าจำเป็น) — งานกำลังสูง/สายยาวต้องมี LC filter ที่ดี มิฉะนั้น EMI + voice coil ร้อน
6. Signal chain ต้อง match ระดับสัญญาณและ impedance
7. Gain structure: BT ~80% → ปรับ amp ให้ไม่ clipping

แบบฝึกหัด

1. แอมป์ 20W RMS ขับลำโพง 85 dB/W/m → SPL เท่าไรที่ 1 เมตร? (เฉลย: 10×log(20)=13 dB + 85 = 98 dB SPL)
2. ทำไม PMPO ไม่ควรเชื่อ? (เฉลย: ไม่มีมาตรฐาน มักสูงกว่าจริง 5–10×)
3. แอมป์ 10W RMS ที่ THD+N 1% — ถ้า PMPO บอก 100W จริง ๆ เป็นเท่าไร? (เฉลย: ~10W)
4. วิธีตรวจ clipping โดยไม่มี oscilloscope? (เฉลย: ลด volume ดูว่าหายไหม, ฟังเสียงแตกตอนเบส)
5. ทำไม Class-D บางตัวถึงต้องมี LC filter แต่บางตัวไม่ต้อง? (เฉลย: งานกำลังสูง/สายยาวต้องกรองความถี่ switching 250kHz+ ออกก่อนถึงลำโพง ส่วนชิปกำลังต่ำ/สายสั้นบางรุ่นออกแบบ filterless ได้ ตาม datasheet)

---