數(shù)字功放音質和載波頻率的關系

數(shù)字功放的音質,一直以來被許多人灸病,低音不錯,高音刺耳,實際上的確如此我們在開發(fā)產品過程中,也發(fā)現(xiàn)這個問題.我們回到數(shù)字功放的原理: 音頻信號(20~20K)經過一個PWM的調制,然后通過一個開關功率放大電路,把PWM信號放大,最后通過濾波器,把PWM信號濾除掉,這樣就剩下一個大功率的音頻信號可以直接推動喇叭了.這個調制過程是數(shù)字功放的關鍵.

一般現(xiàn)在流行的幾個數(shù)字功放的方案的PWM頻率都是工作在300K~500k范圍,有些低音跑甚至工作在100K以下的頻率.工作頻率越高,越難選擇開關管,開關的速度如果變慢了,容易發(fā)熱,想減輕發(fā)熱,就需要把死區(qū)調大,死區(qū)調大了,就導致失真變大.這個是一個兩難的選擇.于是選用極端快速的開關管,是數(shù)字功放第一要務.

數(shù)字功放的采樣頻率,直接決定了音質,這個是我們在開發(fā)數(shù)字功放的過程中發(fā)現(xiàn)的一個重要現(xiàn)象.舉個簡單的例子,應該可以很好理解這個原理.

假設PWM的開關頻率為300K(300~450K是現(xiàn)在市面上的數(shù)字功放的最常見的頻率)

1: 如果輸入一個20HZ的低頻信號進入,那么等于把一個20HZ的低頻信號周期分割為15000個采樣點,這個采樣點足夠在輸出的時候完美表達一個正玄波的波形,低音可以得到很好的表現(xiàn).

2: 如果輸入一個1K的中頻信號,那么他就產生300K/1K , 也就是一個周期300個采樣點,這個還是可以接受的,但是已經開始惡化了.

3: 如果輸入一個20K的中頻信號,那么只產生300K/20K ,也就是一個周期15個采樣點, 已經不能完整表達一個正玄波了,個人認為,這就是高音惡化難聽的主要原因,我們再來看看,到底多高的頻率能高好的表達音頻信號.

下面是一個表:

從上表,可以看出,如果PWM的頻率是100K 輸入一個20K的音頻信號,他只能把20K的一個周期分辨出5個信號,這顯然不行,100K最高可以比較好的表達1K的信號(有100個采樣點),所以工作在100K的數(shù)字功放只能是作為低音炮(20~250HZ).一個300K的數(shù)字功放也只能比較完美的表達5K(有60個采樣點)的高音.一個600K的數(shù)字功放,可以比較好的表達10K的音頻

當工作頻率達到1~2M的時候,才能真正的把高音的失真減低,減低并不等于完美:)能追求更高的頻率是每個數(shù)字功放設計師的夢想,但是必須基于更先進的器件(更高的工作頻率的功率管).

采樣頻率越低,高頻波形的折線化越嚴重,為什么有些低頻率(400K)的數(shù)字功放失真怎么那么低呢.這個主要是出現(xiàn)在失真的測量方法上,普通的失真測量是輸入1K信號,輸出后測量1K信號產生的諧波(2K 3K,4K ,5K等),2K 4K 比較高,那是偶次失真(電子管常見的失真),3K5K比較高是奇次失真(晶體管電路常見的失真),也就是說實際上標稱的失真只是代表1KHZ的失真,而不能代表其他信號頻率的失真.于是就會產生了標稱失真很低,但是實際的聽感不舒服了.大家可以回頭去看看上面哪個表,300K以上的數(shù)字功放對1KHZ的表達是比較完美的了.從這個角度,也證明了平時大家的感覺,為什么數(shù)字功放高音總是不舒服.關鍵的問題還是基頻不夠高.從另一個角度,我們再探討一下基頻和音頻信號的關系.