浅谈数字功放音质和载波频率的关系

icon

　　数字功放的音质，一直以来被许多人灸病，低音不错，高音刺耳，实际上的确如此我们在开发产品过程中，也发现这个问题。我们回到数字功放的原理：音频信号（20~20K）经过一个PWM的调制，然后通过一个开关功率放大电路，把PWM信号放大，最后通过滤波器，把PWM信号滤除掉，这样就剩下一个大功率的音频信号可以直接推动喇叭了。这个调制过程是数字功放的关键。

　　一般现在流行的几个数字功放的方案的PWM频率都是工作在300K~500k范围，有些低音跑甚至工作在100K以下的频率。工作频率越高，越难选择开关管，开关的速度如果变慢了，容易发热，想减轻发热，就需要把死区调大，死区调大了，就导致失真变大。这个是一个两难的选择。于是选用极端快速的开关管，是数字功放第一要务。

　　数字功放的采样频率，直接决定了音质，这个是我们在开发数字功放的过程中发现的一个重要现象。举个简单的例子，应该可以很好理解这个原理。

　　假设PWM的开关频率为300K（300~450K是现在市面上的数字功放的最常见的频率）

　　1：如果输入一个20HZ的低频信号进入，那么等于把一个20HZ的低频信号周期分割为15000个采样点，这个采样点足够在输出的时候完美表达一个正玄波的波形，低音可以得到很好的表现。

　　2：如果输入一个1K的中频信号，那么他就产生300K/1K，也就是一个周期300个采样点，这个还是可以接受的，但是已经开始恶化了。

　　3：如果输入一个20K的中频信号，那么只产生300K/20K，也就是一个周期15个采样点，已经不能完整表达一个正玄波了，个人认为，这就是高音恶化难听的主要原因，我们再来看看，到底多高的频率能高好的表达音频信号。

　　下面是一个表：

　　PWM202505001K2K5K10K15K20K

　　100K500040020010050201075

　　300K15000120060030015060302015

　　500K2500020001000500250100503325

　　600K3000024001200600300120604030

　　1000K500004000200010005002001006750

　　2000K1000008000400020001000400200133100

　　从上表，可以看出，如果PWM的频率是100K输入一个20K的音频信号，他只能把20K的一个周期分辨出5个信号，这显然不行，100K最高可以比较好的表达1K的信号（有100个采样点），所以工作在100K的数字功放只能是作为低音炮（20~250HZ）。一个300K的数字功放也只能比较完美的表达5K（有60个采样点）的高音。一个600K的数字功放，可以比较好的表达10K的音频。

　　当工作频率达到1~2M的时候，才能真正的把高音的失真减低，减低并不等于完美：）能追求更高的频率是每个数字功放设计师的梦想，但是必须基于更先进的器件（更高的工作频率的功率管）

　　采样频率越低，高频波形的折线化越严重，为什么有些低频率（400K）的数字功放失真怎么那么低呢。这个主要是出现在失真的测量方法上，普通的失真测量是输入1K信号，输出后测量1K信号产生的谐波（2K3K，4K，5K等），2K4K比较高，那是偶次失真（电子管常见的失真），3K5K比较高是奇次失真（晶体管电路常见的失真），也就是说实际上标称的失真只是代表1KHZ的失真，而不能代表其他信号频率的失真。于是就会产生了标称失真很低，但是实际的听感不舒服了。大家可以回头去看看上面哪个表，300K以上的数字功放对1KHZ的表达是比较完美的了。从这个角度，也证明了平时大家的感觉，为什么数字功放高音总是不舒服。关键的问题还是基频不够高。从另一个角度，我们再探讨一下基频和音频信号的关系。