當數位音訊資料處理完畢,成為類(lèi)比聲音訊號後,須加以放大輸出,因此放大IC也是攸關(guān)音質(zhì)高低的重要環(huán)節。
不過(guò)放大技術(shù)與音質(zhì)的關(guān)連性,卻不能完全以音質(zhì)的角度出發(fā),以傳統的ClassA/AB放大技術(shù)來(lái)看,A類(lèi)放大的音質(zhì)最好,其原理是純粹的以類(lèi)比訊號進(jìn)行線(xiàn)性放大,音質(zhì)沒(méi)有失真。
不過(guò),A類(lèi)放大雖具有最佳的信號傳真性,但是卻相當耗電,一般來(lái)說(shuō),電能利用率只有20%~30%,例如供應100W電力給A類(lèi)放大裝置,最後真正輸出到喇叭發(fā)聲功率的只有25W左右,其餘的75W通通耗掉,除了電力效率不佳,高耗能也代表會(huì )產(chǎn)生高廢熱,常需要再放大電晶體上配裝大型的散熱片輔助散熱。對手持式裝置來(lái)說(shuō),高功耗與高熱都是設計上的原罪,開(kāi)發(fā)者避之唯恐不及。
另一種B類(lèi)放大設計,雖省電性較佳,但信號失真影響音質(zhì)甚巨,因此衍生兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的AB類(lèi)放大,在音質(zhì)與省電性取得較能接受的均衡點(diǎn),過(guò)去成為消費性音響領(lǐng)域最受歡迎的放大方式。
但目前在數位播放裝置,越來(lái)越講求整體電路配置空間縮小,並且降低功耗讓產(chǎn)品更省電,以維持電池續航力等種種發(fā)展趨勢下,於1958年就提出的D類(lèi)放大(Class D Audio Power Amplifier),目前成為當紅炸子雞。
D類(lèi)放大利用的原理為PWM(Pulse Width Modulation),作用方式類(lèi)似於主機板上交換式電源概念,即利用數位頻率波型的疏密來(lái)輸出類(lèi)比振幅的高低大小,頻率密則振幅高,反之頻率疏時(shí)則振幅降低。也因此運作模式,D類(lèi)放大意被稱(chēng)為數位式功率放大或數位功放。
D類(lèi)放大省略了傳統AB類(lèi)晶體放大,在做成大功率機型時(shí)所需的大型變壓器、超大濾波電容,可改以小電容與類(lèi)似交換式電源供應模式(Switching Power)的小型變壓器取代,使得電能可以快速直接地驅動(dòng)喇叭單體,此運作模式提供極高的電能利用率,純理論上是100%運用,實(shí)務(wù)上電能利用率也經(jīng)常在80%、90%水準。
由上述驅動(dòng)模式即可發(fā)現,D類(lèi)放大電路當然在工作時(shí)不易產(chǎn)生高熱,所以可以免掉佔空間的散熱片,此外,由於採用PWM模式,D類(lèi)放大電路所需的體積,會(huì )比傳統的功率放大線(xiàn)路小了許多,成本也較低,加上低耗熱優(yōu)點(diǎn),D類(lèi)放大線(xiàn)路非常適合塞在小空間裡。
不過(guò)以音質(zhì)的角度檢視,D類(lèi)放大的缺點(diǎn)是以調變程序所形成的放大,其結果必然與原始信號有些出入,但在一般消費性產(chǎn)品的音樂(lè )播放上,其品質(zhì)可被接受,甚至在目前的技術(shù)下,D類(lèi)放大的音質(zhì)越來(lái)越好,特別是在低瓦數的狀況下。
例如,以?huà)裼肈類(lèi)放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5設計方案,與同等級AB類(lèi)放大輸入比較,在1KHz、接4Ω負載時(shí),80W以下區域,D類(lèi)放大的THD+N實(shí)際上是低於AB類(lèi)放大器,而在60W附近,D類(lèi)放大的THD+N更是進(jìn)步到了0.005%的水準。
只有在80W到140W區域,AB類(lèi)放大的性能才稍高過(guò)D類(lèi)放大,不過(guò)即使到的120W,D類(lèi)放大的THD仍不超過(guò)1%。對於大部份數位音效裝置來(lái)說(shuō),很少用到高功率,低功率的情況比較常見(jiàn),此時(shí)D類(lèi)放大的反而佔有音質(zhì)優(yōu)勢。
D類(lèi)放大的優(yōu)劣評估,在於供電抑制率(Power Supply Rejection Rate; PSRR)以dB為單位,PSRR必須盡可能高。對於音質(zhì)方面,則為總諧波失真加噪訊比(THD+N)要求,此點(diǎn)以百分比(%)為單位,THD+N則是盡量低,一般不超過(guò)10%,高標要求上還要低於0.1%、0.01%。不過(guò)THD+N建議與負載阻抗RI、輸出功率(Output Power)、PWM的調變頻率(f)等作比較,才能準確判斷。
此外,D類(lèi)放大有獨特的電子特性,因此在音質(zhì)評估時(shí),必須注意EMI電磁干擾問(wèn)題。因D類(lèi)放大IC會(huì )持續、頻繁地進(jìn)行電晶體的導通、關(guān)閉作業(yè),所以很容易產(chǎn)生電磁干擾,對於音質(zhì)當然有不利影響。因此越能降低電磁干擾散發(fā)度的產(chǎn)品越好,不過(guò)此點(diǎn)在空間與成本許可的情況下,可用金屬外殼加強屏蔽。
此外,許多D類(lèi)放大IC在省電性、控制性、體積縮小、彈性、保護能力上都有所著(zhù)墨,形成各家的特色,大部份與音質(zhì)沒(méi)有太大的關(guān)係,不過(guò)有些設計如果太過(guò)頭,對於音質(zhì)就會(huì )有影響。
例如一些D類(lèi)放大IC減少後段的LC低通濾波電路品質(zhì),如使用更小的電容,或根本省去電容(Cap-Free),甚至有些設計連外接電感都一?省去(LC-Free、Filter-Free),直接將揚聲器的的音圈之漏電感來(lái)充當LC用,當然,此種D類(lèi)放大IC能夠達到相當小的體積,因其輸出接腳可與喇叭、耳機直接相連。
雖此種設計方式可將體積縮至極小,但高頻部份未經(jīng)過(guò)濾就直接輸出,喇叭不易將20KHz以上的頻率發(fā)聲,即便發(fā)出人耳也聽(tīng)不到的20KHz以上的頻率,但如果省過(guò)頭,也可能對可聽(tīng)範圍內的音質(zhì)產(chǎn)生負面影響,D類(lèi)放大IC的提供商有ADI, Cirrus Logic, MAXIM, Motorola, NS, Philips, Sanyo, ST, TI, TriPath等。
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