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什么是数码功放?浅谈数码功放

84 功放 数码 脉宽
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什么是数码功放?浅谈数码功放
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2021-6-7 06:06:15   评论 分享淘帖 邀请回答

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  近年来,一种称为“数码功放”的器件悄悄来到了Hi—Fi领域。有人称它为音频放大器的革命,希望给几成死水一潭的音响业带来生机。所谓“数码功放”,应该是让音频信号以纯数码的形式从输入开始保留到喇叭放音前的最后一级。其基本电路就是D类放大器。
  D类放大器
  D 类放大器实际上是一种开关放大器,其开关频率高达100kHz以上。输入端是直接从数码信号源如CD唱机、DVD影碟机、DVD Audio或SACD光碟机以及DTV数码电视等输入的数码音频信号,而不是经过ADC模数转换或DAC数模转换处理的音乐模拟信号。典型的实现过程如下:
  先由振荡器调制直流电源产生一个基准方波信号,其工作频率可跟随输入信号变化,设定为几十到几百千赫;脉冲宽度则随输入信号的幅度大小而变化。还可以设置一个锯齿波信号产生器,其频率为基准方波信号的一倍,并与之同步。锯齿波信号用来同需要放大的、不断变化的输入信号作比较。当锯齿波同输入信号发生差异时,便产生与其瞬时振幅一致的相移信号。再用一个逻辑上由基准信号和相移信号控制的开关电路输出一个极性经过选择的脉冲宽度调制信号(PWM信号)。PWM信号经晶体管放大和高速整流,再通过低通滤波器滤除高频成分、平滑处理后回复为音频信号馈送扬声器放音。
  这种电路最大优点是功耗极小。因为它通常采用耐二次击穿、开关转换效率极高的场效应晶体管,运行中几乎没有损耗,效率可达90%以上(普通A类或AB类放大器的效率最大也只不过50%)。高效意味着耗电小、散热要求低,从而导致集成电路化的大批量生产。其另一个优点是失真小。我们都知道,为了增加频响宽度、防止信号饱和畸变,几乎所有放大器都需要使用反馈电路,可是反馈产生的延时效应却对原音重现带来失真。由于数码放大器转换时间极快,延时效应微乎其微,产生的误差只有传统模拟放大器的六分之一,所以对输出控制得更好,尤其是瞬态反应更为精确真实,特别适用于爆发力要求较高的重低音功放。
  应该指出,早期的数码功放仍用模拟电路来处理数字信号,虽然效率提高,但高保真效果较差并有射频干扰。真正的数码功放应该采用数字逻辑电路,以先进的数字处理技术来补偿晶体管高速导通、截止时引起的失真。
  Class—T放大器
  为了有别于早期的D类放大器,一些公司避开了这个名称。成立于1995年的美国Tripath公司就属此类。该公司拥有称为数码功率处理(DPPTM)的专利技术,推出的Class—T(注册商标)1bit数码音频功放则摒弃了脉宽调制方式而采用多种信号处理技术,包括自适应预处理、噪声整形、预失真处理和Δ—∑调制电路,进一步减小失真和噪音。公布Class—T技术的白皮书指出:“如果比较一下滤波器前的波形,就可以看出Class—T同D类放大器的明显差别。D类放大器滤波前是脉冲宽度变化而频率不变的数字信号(PWM),其频率取决于锯齿波产生器。而Class—T的波形却是脉宽、频率瞬变的综合的数字信号波形,变化速率达到1.5MHz,因此互调失真率很低,小于0.1%。在20 Hz“20kHz整个音频范围内,功率输出特性呈一条平坦的曲线。同时,高频端的互调失真率(IHF—IM)也小于0.1%,所以动态范围可大于120dB,噪音电平达到-100 dB,放大效率超过90%。”自1998年以来,该公司在各方面已取得24项专利。
  2001年,Tripath公司宣布第一款采用其DPPT专利技术的高集成化数码功放电路诞生。该芯片48插脚双直列封装,内含2X300W(4Ω)两路Class—T电路,采用1bitΔ—∑数模转换技术,取样频率高达50 MHz,据称具有无可比拟的发烧级音质和天下无敌的放大效率。如果外接大功率场效应管,输出功率可提高到2X350W。如采用桥式连接,则功率大得不可思议,1200W!这一芯片还具有开机静音、过流保护、过温保护以电压过低/过高保护等功能 ,主要面向高级音响和家庭影院,目前网上订购价16美元/块。今年8月底,该公司又推出TK2150(每声道150W)TK2350(每声道350W)数码功放芯片 。
  数码放大器已进入实用阶段
  以前,数码功放只是在实验室或高价终端音频放大器应用。这几年的技术发展使元件数减少到只用一两个芯片就能实现,一般小功率芯片的批量价格已降到五六美元一块。有人甚至预言,著名的摩乐定律将要在HI-FI界实现,即芯片容纳的晶体管数量和数码处理速度每18个月翻一番。
  由于功耗和体积的优势,数码功放首先在能源有限的汽车音响中得到应用。随着DVD家庭影院、迷你音响系统、机顶盒、SACD、DVD AUDIO、个人电脑、LCD电视和平板显示器等电子消费产品日新月异的发展,数码功放也被市场飞速接受。在Tripath公司产品发布会上同时展示的采用Class—T功放技术的SONYDVD机,集多个功放于一身,插上喇叭就可组成5.1声道的家庭影院。其外型小巧、音色细腻、背景洁静,但应付故事片中动态爆发的音响却游刃有余,叫人爱不释手。
  2002年5月30日,夏普公司在纽约宣布推出世界上第一组价格低于500美元的1bit数码音频功率放大系统SD-EX100和SD-EX101。取样频率2.8 MHz,是普通CD机的64倍。其动态范围之宽、频率响应之快远超常规产品,将原始的音乐效果再现得细微无暇,将模拟放大器所有的“浑浊不清”一扫而光。那轻微的呼吸声、清晰的军鼓点击声,使听者产生乐队就在身边的感觉。早在1999年,夏普公司就推出过1bit数码音频放大器,但当时的初衷是满足有特异听觉、财大气粗的音响发烧友,价格高达$2000。而这次推出的SD-EX系统具有难以置信的同等性能和造型,价格却不可同日而语。
  Tripath的专利技术是紧凑型产品的理想元件。索尼公司于2002年7月初推出的迷你组合音响系统EX5-CMT运用了TA2020 Class—T芯片。这套非常小巧紧凑的系统有一个垂直的载片结构,隐蔽的控制面板,可以回放CD-R/RW、可预置20个调频电台和10个调幅电台。外接两路低音反射式音箱,并有辅助的音频输入端子和动态声产生器。虽然TA2020产生的总功率只有30W(15W×2),但音质非同一般。今年7月底,Tripath公司双宣布其TA3020数码功放芯片将应用于索尼的大功率SRP-700PA/V矩阵混合系统中。这是一套全新概念“All-In-one”多媒体视听中心。将高保真音响、无线话筒接收器、RGB/视频信号转换开关、均衡器、动态反馈还原器和功率放大器合成在一个小型机箱中。输出功率为400W(200W+200W;4ohm)。
  北美DVD最大制造商APEX公司也在其HT100系列产品中应用了TA2020 Class—T芯片,这是一个有5.1声道输出的家庭影院系统,总功率 达到250W。具有AM/FM广播收音机、可以回放DVDs、SVCD、CD、CD—R、CD—FW和MP—3等不同音源。APEX的目标是重新创造消费者买得起的家庭影院系统,而Tripath的技术正中设计师们的下怀。
  除了影音产品和计算机,Tripath数码功放还计划运用到耗电量大的手机和其它通讯设备上。目前,Sony/Aiwa/Panasonic/Denon/JVC/Kenwood/Hitachi/APEX/Blaupunkt等世界著名的音视巨头,以及Apple和Motorola等电脑通讯公司都与之签了订货合同。
  结语
  高保真领域的腾飞点已在地平线上闪现,人们应该熟悉一下数码链直接放大的概念了,你将听到有关这方面的许多言论、许多惊人的进展!在数码王国,DAC等这类模拟信号的“中介者”可能会被驱逐出局,换来的将是高保真的新生。但是,就目前而言,某些制造质量差的准数码功放还没有彻底克服电磁噪音问题;有的数码功放的标称功率过于夸大,与芯片厂提供的数据不符,这是值得我们注意的。总之,选购时还是要耳听为实。
  本文付论的内容对于电子消费市场和制造商来说,也许是属于预测性的,正如DVD技术刚刚出现时那样,目前还众说纷纭,实际结果有待于未来证明。此间可能包含有许多不测的风险,但是,不担风险就不会有高的产出,不能顺之限定产品的开发日程而失去占领未来市场的机会。
2021-6-7 16:55:03 评论

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