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:
PWM 20 250 500 1K 2K 5K 10K 15K 20K
100K 5000 400 200 100 50 20 10 7  5
300K 15000 1200 600 300 150 60 30 20  15
500K 25000 2000 1000 500 250 100 50 33  25
600K 30000 2400 1200 600 300 120 60 40  30
1000K 50000 4000 2000 1000 500 200 100 67  50
2000K 100000 8000 4000 2000 1000 400 200 133  100
  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.

----關(guān)于濾波器.
  數字功放,基本都有濾波器(小功率的現在發(fā)展到?jīng)]濾波器了),這個(gè)濾波器的作用主要是把PWM的基頻濾除,一個(gè)陡峭的濾波器是非常難以設計的.雙方的頻率越靠近,想用簡(jiǎn)單的濾波器把兩個(gè)不同頻率的信號分離越困難.所以說(shuō),頻率越高濾波器越容易處理.當然頻率高濾波器使用的材料是有很大區別的.很多300~500K的數字功放只使用一個(gè)兩階濾波器.這個(gè)是遠遠不夠的,很多數字功放輸出都有0.3~1V的靜態(tài)電壓,我測試過(guò)兩家提供的半成品板,有家甚至達到了3V的高頻電壓輸出,這個(gè)是非�？植赖氖虑�.這個(gè)輸出電壓是高頻電壓,頻率就是PWM的基頻,雖然理論上這個(gè)信號是聽(tīng)不見(jiàn)的,但是他會(huì )嚴重干擾高音喇叭的工作.我初期設計過(guò)600K的CLASS-D 必須使用4階以上的濾波器才能有效減低這個(gè)輸出電壓.