數字功放音質(zhì)和載波頻率的關(guān)系

數字功放的音質(zhì),一直以來(lái)被許多人灸病,低音不錯,高音刺耳,實(shí)際上的確如此我們在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品過(guò)程中,也發(fā)現這個(gè)問(wèn)題.我們回到數字功放的原理: 音頻信號(20~20K)經(jīng)過(guò)一個(gè)PWM的調制,然后通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)功率放大電路,把PWM信號放大,最后通過(guò)濾波器,把PWM信號濾除掉,這樣就剩下一個(gè)大功率的音頻信號可以直接推動(dòng)喇叭了.這個(gè)調制過(guò)程是數字功放的關(guān)鍵.

一般現在流行的幾個(gè)數字功放的方案的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(kāi)關(guān)管,開(kāi)關(guān)的速度如果變慢了,容易發(fā)熱,想減輕發(fā)熱,就需要把死區調大,死區調大了,就導致失真變大.這個(gè)是一個(gè)兩難的選擇.于是選用極端快速的開(kāi)關(guān)管,是數字功放第一要務(wù).

數字功放的采樣頻率,直接決定了音質(zhì),這個(gè)是我們在開(kāi)發(fā)數字功放的過(guò)程中發(fā)現的一個(gè)重要現象.舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,應該可以很好理解這個(gè)原理.

假設PWM的開(kāi)關(guān)頻率為300K(300~450K是現在市面上的數字功放的最常見(jiàn)的頻率)

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

2: 如果輸入一個(gè)1K的中頻信號,那么他就產(chǎn)生300K/1K , 也就是一個(gè)周期300個(gè)采樣點(diǎn),這個(gè)還是可以接受的,但是已經(jīng)開(kāi)始惡化了.

3: 如果輸入一個(gè)20K的中頻信號,那么只產(chǎn)生300K/20K ,也就是一個(gè)周期15個(gè)采樣點(diǎn), 已經(jīng)不能完整表達一個(gè)正玄波了,個(gè)人認為,這就是高音惡化難聽(tīng)的主要原因,我們再來(lái)看看,到底多高的頻率能高好的表達音頻信號.

下面是一個(gè)表:

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

當工作頻率達到1~2M的時(shí)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(gè)數字功放設計師的夢(mèng)想,但是必須基于更先進(jìn)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(xiàn)化越嚴重,為什么有些低頻率(400K)的數字功放失真怎么那么低呢.這個(gè)主要是出現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(chǎn)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(jiàn)的失真),3K5K比較高是奇次失真(晶體管電路常見(jiàn)的失真),也就是說(shuō)實(shí)際上標稱(chēng)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(huì )產(chǎn)生了標稱(chēng)失真很低,但是實(shí)際的聽(tīng)感不舒服了.大家可以回頭去看看上面哪個(gè)表,300K以上的數字功放對1KHZ的表達是比較完美的了.從這個(gè)角度,也證明了平時(shí)大家的感覺(jué),為什么數字功放高音總是不舒服.關(guān)鍵的問(wèn)題還是基頻不夠高.從另一個(gè)角度,我們再探討一下基頻和音頻信號的關(guān)系.