當(dāng)數(shù)位音訊資料處理完畢,成為類比聲音訊號(hào)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(jié)。
不過放大技術(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(tǒng)的ClassA/AB放大技術(shù)來看,A類放大的音質(zhì)最好,其原理是純粹的以類比訊號(hào)進(jìn)行線性放大,音質(zhì)沒有失真。
不過,A類放大雖具有最佳的信號(hào)傳真性,但是卻相當(dāng)耗電,一般來說,電能利用率只有20%~30%,例如供應(yīng)100W電力給A類放大裝置,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(duì)手持式裝置來說,高功耗與高熱都是設(shè)計(jì)上的原罪,開發(fā)者避之唯恐不及。
另一種B類放大設(shè)計(jì),雖省電性較佳,但信號(hào)失真影響音質(zhì)甚巨,因此衍生兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的AB類放大,在音質(zhì)與省電性取得較能接受的均衡點(diǎn),過去成為消費(fèi)性音響領(lǐng)域最受歡迎的放大方式。
但目前在數(shù)位播放裝置,越來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(xù)航力等種種發(fā)展趨勢(shì)下,於1958年就提出的D類放大(Class D Audio Power Amplifier),目前成為當(dāng)紅炸子雞。
D類放大利用的原理為PWM(Pulse Width Modulation),作用方式類似於主機(jī)板上交換式電源概念,即利用數(shù)位頻率波型的疏密來輸出類比振幅的高低大小,頻率密則振幅高,反之頻率疏時(shí)則振幅降低。也因此運(yùn)作模式,D類放大意被稱為數(shù)位式功率放大或數(shù)位功放。
D類放大省略了傳統(tǒng)AB類晶體放大,在做成大功率機(jī)型時(shí)所需的大型變壓器、超大濾波電容,可改以小電容與類似交換式電源供應(yīng)模式(Switching Power)的小型變壓器取代,使得電能可以快速直接地驅(qū)動(dòng)喇叭單體,此運(yùn)作模式提供極高的電能利用率,純理論上是100%運(yùn)用,實(shí)務(wù)上電能利用率也經(jīng)常在80%、90%水準(zhǔn)。
由上述驅(qū)動(dòng)模式即可發(fā)現(xiàn),D類放大電路當(dāng)然在工作時(shí)不易產(chǎn)生高熱,所以可以免掉佔(zhàn)空間的散熱片,此外,由於採(cǎi)用PWM模式,D類放大電路所需的體積,會(huì)比傳統(tǒng)的功率放大線路小了許多,成本也較低,加上低耗熱優(yōu)點(diǎn),D類放大線路非常適合塞在小空間裡。
不過以音質(zhì)的角度檢視,D類放大的缺點(diǎn)是以調(diào)變程序所形成的放大,其結(jié)果必然與原始信號(hào)有些出入,但在一般消費(fèi)性產(chǎn)品的音樂播放上,其品質(zhì)可被接受,甚至在目前的技術(shù)下,D類放大的音質(zhì)越來越好,特別是在低瓦數(shù)的狀況下。
例如,以採(cǎi)用D類放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5設(shè)計(jì)方案,與同等級(jí)AB類放大輸入比較,在1KHz、接4Ω負(fù)載時(shí),80W以下區(qū)域,D類放大的THD+N實(shí)際上是低於AB類放大器,而在60W附近,D類放大的THD+N更是進(jìn)步到了0.005%的水準(zhǔn)。
只有在80W到140W區(qū)域,AB類放大的性能才稍高過D類放大,不過即使到的120W,D類放大的THD仍不超過1%。對(duì)於大部份數(shù)位音效裝置來說,很少用到高功率,低功率的情況比較常見,此時(shí)D類放大的反而佔(zhàn)有音質(zhì)優(yōu)勢(shì)。
D類放大的優(yōu)劣評(píng)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(duì)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10%,高標(biāo)要求上還要低於0.1%、0.01%。不過THD+N建議與負(fù)載阻抗RI、輸出功率(Output Power)、PWM的調(diào)變頻率(f)等作比較,才能準(zhǔn)確判斷。
此外,D類放大有獨(dú)特的電子特性,因此在音質(zhì)評(píng)估時(shí),必須注意EMI電磁干擾問題。因D類放大IC會(huì)持續(xù)、頻繁地進(jìn)行電晶體的導(dǎo)通、關(guān)閉作業(yè),所以很容易產(chǎn)生電磁干擾,對(duì)於音質(zhì)當(dāng)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,不過此點(diǎn)在空間與成本許可的情況下,可用金屬外殼加強(qiáng)屏蔽。
此外,許多D類放大IC在省電性、控制性、體積縮小、彈性、保護(hù)能力上都有所著墨,形成各家的特色,大部份與音質(zhì)沒有太大的關(guān)係,不過有些設(shè)計(jì)如果太過頭,對(duì)於音質(zhì)就會(huì)有影響。
例如一些D類放大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(shè)計(jì)連外接電感都一?省去(LC-Free、Filter-Free),直接將揚(yáng)聲器的的音圈之漏電感來充當(dāng)LC用,當(dāng)然,此種D類放大IC能夠達(dá)到相當(dāng)小的體積,因其輸出接腳可與喇叭、耳機(jī)直接相連。
雖此種設(shè)計(jì)方式可將體積縮至極小,但高頻部份未經(jīng)過濾就直接輸出,喇叭不易將20KHz以上的頻率發(fā)聲,即便發(fā)出人耳也聽不到的20KHz以上的頻率,但如果省過頭,也可能對(duì)可聽範(fàn)圍內(nèi)的音質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響,D類放大IC的提供商有ADI, Cirrus Logic, MAXIM, Motorola, NS, Philips, Sanyo, ST, TI, TriPath等。
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