[经验]

高清音频系统的基础是什么？

2017-8-21 14:18:37

3709 音频系统

为响应客户对顶级音频质量的需求，音频系统设计人员正在研究高分辨率或高清（HD）音频，因为越来越多的中端系统买家需要以前只能在高端系统中使用的高清音频性能的类型。过去，44.1kHzCD品质采样频率对于大部分市场来说已足够，但是今天（和可以预见的将来），高保真声音的需求只会继续增长。

根据专业和消费类音频设备公司，更高的采样频率捕获并再现更广泛的频率范围。大于20kHz音频频率的再现，包括超高频谐波，给出了声音（特别是声学乐器）的微妙组成部分的特性。据这些音频设备公司介绍，有一些技术优点使其值得转向更高的采样频率，例如由于在数模转换或模数转换期间采用的陡峭滤波器来减少不必要的副作用。

简单地选择一个现成的音乐播放器将不会兑现高分辨率音频的承诺，这需要专门的硬件来真正享受其丰富内涵和微妙之处。当然，并非每个音频文件或媒体都被录制在高清音频中。

设计高清音频系统

与每个高性能设计一样，采用全系统的方式处理整个音频信号链，确保了强大和高性能的解决方案。因为音频信号链中的每一个环节都很重要，确保它没有最弱的环节，每个环节必须能够满足所有设计目标规格，如性能、成本、上市时间和易用性。图1所示为HD系统中的基础。

图1：高清音频系统

电源管理模块为Wi-Fi®扬声器电路提供正确的功率电平。假设应用由系统供电（而非电池供电），并且取决于输出功率，电源不仅需要提供满足系统功率要求所需的电压和电流；它还需要提供干净稳定的电源轨，以防止任何电源噪声进入音频系统并降低音频质量。

连接模块通过计算机、智能手机、平板电脑或支持无线功能的产品使用Wi-Fi或Bluetooth®向系统提供无线通信。标准蓝牙模块今天为便携式音频系统提供一体式解决方案，因为它们本身支持无线和有线音频。但是由于无损高分辨率音频流需要更高的带宽，它们的有限带宽构成了潜在的瓶颈。新的蓝牙音频编码技术承诺增加带宽，以支持高清音频。

另一方面，Wi-Fi包括更大的网络容量、强大的信令和更广泛的无线射频范围。其增加的带宽容量和系统吞吐量使其更适合于高清音频应用。

处理器执行各种音频处理功能，如解码和信号均衡，同时也处理Wi-Fi和/或蓝牙通信软件堆栈。过去，CD品质的采样频率可能已足够。但是今天的高保真音频系统对信号链中的处理器提出了其它要求，因为高保真音质要求在24位音乐信号流中提供48kHz至192kHz范围内的采样率。

音频模块包含驱动系统中扬声器所需的所有电子设备。因为来自连接模块和处理器的信号具有低电压和低电流能力，因此音频放大器为信号提供必要的更高电压和电流能力来驱动扬声器系统中的驱动器。该模块可以包括用于将来自处理器的数字音频信号转换为模拟音频信号的音频数模转换器（DAC），并且在数字域中提供其它音频处理，以进一步丰富高端系统中的客户体验。音频模块的另一个关键组件是音频放大器。

音频放大器：AB类与D类

为您的高清音频系统选择最佳音频放大器时，您有两种选择：AB类或D类。AB类音频放大器是线性放大器，无需许多外部电子元件。但是它们的效率极低，并且需要以散热片和风扇的形式进行大量无源或甚至是有源的热管理。

另一方面，D类音频放大器是高效的开关放大器，需要很少的热管理，但它们需要输出电感器。

多年来，高清音频中的放大器是AB类放大器。音频D类放大器被认为不符合标准，因为它们不符合HD音频的所有要求；如今不复存在。ti的最新一代D类放大器通过与数字引擎建立共生关系，同时有效地将增强的音频质量传输到扬声器，提高了高清音频系统的整体性能和效率。

优化高清音频设计

具有集成DAC和处理功能的高性能高清音频放大器，如TI新的TAS5782M，可帮助音频设计师大大简化设计，降低成本并缩短设计周期。集成DAC通过提供将音频放大器直接连接到处理器的方式来帮助降低系统复杂性，确保最大化信号完整性，并减少组件数量。

集成音频处理可通过将所有音频处理卸载到放大器本身中，大大有助于降低主应用处理器的成本和计算需求。您可通过降低主处理器的成本和尺寸来进一步降低成本和尺寸。图2是优化的框图。

图2：优化的高清音频系统