飞虹剑客
发表于 2016-10-27 19:20:44
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数字功放的音质，一直以来被许多人灸病，低音不错，高音刺耳，实际上的确如此我们在开发产品过程中，也发现这个问题。我们回到数字功放的原理： 音频信号(20~20K)经过一个PWM的调制，然后通过一个开关功率放大电路，把PWM信号放大，最后通过滤波器，把PWM信号滤除掉，这样就剩下一个大功率的音频信号可以直接推动喇叭了。这个调制过程是数字功放的关键。& b R! r4 F% w$ ^1 [; t
$ Z/ q- j: j8 \$ V- [ 一般现在流行的几个数字功放的方案的PWM频率都是工作在300K~500k范围，有些低音跑甚至工作在100K以下的频率。工作频率越高，越难选择开关管，开关的速度如果变慢了，容易发热，想减轻发热，就需要把死区调大，死区调大了，就导致失真变大。这个是一个两难的选择。于是选用极端快速的开关管，是数字功放第一要务。' {5 `. l, q- f4 ?7 }" W7 j$ U' ?
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数字功放的采样频率，直接决定了音质，这个是我们在开发数字功放的过程中发现的一个重要现象。举个简单的例子，应该可以很好理解这个原理。3 b) C2 }' s3 \
; q4 m' w: P; R 假设PWM的开关频率为300K(300~450K是现在市面上的数字功放的最常见的频率)9 b1 D. _' V. x: u8 `5 V
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1：如果输入一个20HZ的低频信号进入，那么等于把一个20HZ的低频信号周期分割为15000个采样点，这个采样点足够在输出的时候完美表达一个正玄波的波形，低音可以得到很好的表现。$ l4 P! E% R( [# w8 i2 g+ h5 O+ g( y
% x! h6 `; Q2 w. H t+ K6 T 2：如果输入一个1K的中频信号，那么他就产生300K/1K ， 也就是一个周期300个采样点，这个还是可以接受的，但是已经开始恶化了。
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3：如果输入一个20K的中频信号，那么只产生300K/20K ，也就是一个周期15个采样点， 已经不能完整表达一个正玄波了，个人认为，这就是高音恶化难听的主要原因，我们再来看看，到底多高的频率能高好的表达音频信号。
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7 q6 S5 @+ x a, r& @1 \, r 下面是一个表：
% |4 E; J! r- q9 c+ u# X+ H9 z0 u
4 }& N) W; p, q2 @6 q PWM 20 250 500 1K 2K 5K 10K 15K 20K
+ [, i( B) z( h. D% B9 ^: C q' | Q& K m( N2 p+ M
100K 5000 400 200 100 50 20 10 7 5
+ X/ R7 [# k1 V9 j4 ]% M+ ]' m& w. d. J7 }
300K 15000 1200 600 300 150 60 30 20 157 `1 U. |7 ?& i2 s, W
2 o# G0 u- d9 V( g5 Y" N% G/ a/ u# |
500K 25000 2000 1000 500 250 100 50 33 25
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- S) b) \2 T8 b 600K 30000 2400 1200 600 300 120 60 40 304 ^3 D( i$ {; h- @# A. T" c4 E @/ k
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1000K 50000 4000 2000 1000 500 200 100 67 50& x! ?' I* `, B8 ]% w
& }9 q$ j. v) Z( ] 2000K 100000 8000 4000 2000 1000 400 200 133 1009 S2 }9 U. i) Y$ K) c" K
$ e, V! x. t. v D5 R 从上表，可以看出，如果PWM的频率是100K 输入一个20K的音频信号，他只能把20K的一个周期分辨出5个信号，这显然不行，100K最高可以比较好的表达1K的信号(有100个采样点)，所以工作在100K的数字功放只能是作为低音炮(20~250HZ)。一个300K的数字功放也只能比较完美的表达5K(有60个采样点)的高音。一个600K的数字功放，可以比较好的表达10K的音频。
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当工作频率达到1~2M的时候，才能真正的把高音的失真减低，减低并不等于完美：)能追求更高的频率是每个数字功放设计师的梦想，但是必须基于更先进的器件(更高的工作频率的功率管)
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采样频率越低，高频波形的折线化越严重，为什么有些低频率(400K)的数字功放失真怎么那么低呢。这个主要是出现在失真的测量方法上，普通的失真测量是输入1K信号，输出后测量1K信号产生的谐波(2K 3K，4K，5K等)，2K 4K比较高，那是偶次失真(电子管常见的失真)，3K5K比较高是奇次失真(晶体管电路常见的失真)，也就是说实际上标称的失真只是代表1KHZ的失真，而不能代表其他信号频率的失真。于是就会产生了标称失真很低，但是实际的听感不舒服了。大家可以回头去看看上面哪个表，300K以上的数字功放对1KHZ的表达是比较完美的了。从这个角度，也证明了平时大家的感觉，为什么数字功放高音总是不舒服。关键的问题还是基频不够高。从另一个角度，我们再探讨一下基频和音频信号的关系。 |
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