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。
( c: f1 h) z" H+ b; r, ~/ O B
2 n5 H; l1 n# S* o' v9 Z. x 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。
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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。
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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)
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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。0 H8 N7 z% s# O4 V# M
- W5 j, j6 `, N( y9 Y 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。 G3 z2 u, r/ f' e( _; O
! l4 {0 G9 O: q9 j; l" G 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。0 w- L6 B% j: P* D% Y W, N( m5 ^7 e
; X9 t2 a, D" m2 Y* T) b 下面是一个表:
, U8 o( Z& P! z% o5 w/ A$ w% S0 A2 s' p+ ]9 t
PWM 20 250 500 1K 2K 5K 10K 15K 20K& n( x# T+ `! G
, P/ a# g& t+ V. m8 B 100K 5000 400 200 100 50 20 10 7 5
; d k% i& q6 j5 X3 V) {, w' [: U% I- l3 d- B3 @
300K 15000 1200 600 300 150 60 30 20 15
9 y9 p( r# w7 [ y/ O5 x
4 w% w1 z* Q( ^: s: U 500K 25000 2000 1000 500 250 100 50 33 254 n2 b; x; q6 I2 M( j& t& A
* _/ U& v% Q- l- n c
600K 30000 2400 1200 600 300 120 60 40 30
% n2 r( R; v- T0 Q5 P6 `, G4 n" s9 G# q' a# i( d8 D2 L
1000K 50000 4000 2000 1000 500 200 100 67 50- Y) X* [5 r5 D
5 b8 x4 ?7 s/ k7 c+ y8 a2 D
2000K 100000 8000 4000 2000 1000 400 200 133 100( Q @6 M8 o8 E4 G3 G
' y, v1 K. g* D" R- z, M& i( U
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。
. a' Z5 S) ~3 o1 g6 @7 h# F4 @. L
: [2 _! E% Q/ o) k5 s" r: t 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)
4 Z: R. v% O1 a$ Z+ l" T5 |) ]4 V! j/ x
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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