前述探討的幾個零件,都在于訊號轉換的部分,不過當數(shù)字音訊數(shù)據(jù)處理完畢,成為模擬的聲音訊號后,必須加以放大輸出,因此放大IC也是攸關音質高低的重要環(huán)節(jié)。
不過放大技術與音質的關連性,卻不能完全以音質的角度出發(fā),以傳統(tǒng)的Class A/AB放大技術來看,A類放大的音質最好,其原理是純粹的以模擬訊號進行線性放大,音質沒有失真。
不過,A類放大雖具有最佳的信號傳真性,但卻相當耗電,一般來說,電能利用率只有20%~30%,例如供應100W電力給A類放大裝置,最后真正輸出到喇叭發(fā)聲功率的只有25W左右,其余的75W通通損耗掉,除了電力效率不佳,高耗能也代表會產生高廢熱,常需要在放大晶體管上配裝大型的散熱片輔助散熱。對手持式裝置來說,高功耗與高熱都是設計上的原罪,開發(fā)者避之唯恐不及。
另一種B類放大設計,雖省電性較佳,但信號失真影響音質甚巨,因此衍生兼具兩者優(yōu)點的AB類放大,在音質與省電性取得較能接受的均衡點,過去成為消費性音響領域最受歡迎的放大方式。
但目前在數(shù)字播放裝置,越來越講求整體電路配置空間縮小、并且降低功耗讓產品更省電,以維持電池續(xù)航力等種種發(fā)展趨勢下,于1958年就提出的D類放大(Class D Audio Power Amplifier),目前成為當紅炸子雞。
D類放大利用的原理為PWM(Pulse Width Modulation),作用方式類似于主機板上交換式電源概念,即利用數(shù)字頻率波型的疏密來輸出模擬振幅的高低大小,頻率密則振幅高,反之頻率疏時則振幅降低。也因此運作模式,D類放大亦被稱為為數(shù)字式功率放大或數(shù)字功放。
D類放大省略了傳統(tǒng)AB類晶體放大,在作成大功率機型時所需的大型變壓器、超大濾波電容,可改以小電容與類似交換式電源供應模式(Switching Power)的小型變壓器取代,使得電能可以快速直接地驅動喇叭單體。此運作模式提供了極高的電能利用率,純理論上是100%運用,實務上電能利用率也經常在80%、90%水平。
由上述驅動模式即可發(fā)現(xiàn),D類放大電路當然在工作時不易產生高熱,所以可以免掉占空間的散熱片,此外,由于采用PWM模式,D類放大電路所需的體積,會比傳統(tǒng)的功率放大電路小了許多,成本也較低,加上低耗熱優(yōu)點,D類放大電路非常適合塞在小小空間里。
不過以音質的角度檢視,D類放大的缺點是以調變程序所形成的放大,其結果必然與原始信號有些出入,但在一般消費性產品的音樂播放上,其質量可被接受,甚至在目前的技術下,D類放大的音質越來越好,特別是在低瓦數(shù)的狀況下。
例如,以采用D類放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5設計方案,與同等級AB類放大輸入比較,在1kHZ、接4Ω負載時,80W以下區(qū)域,D類放大的THD+N實際上是低于AB類放大器,而在60W附近,D類放大的THD+N更是進步到了0.005%的水平。
只有在80W到140W區(qū)域,AB類放大的性能才稍高過D類放大,不過即使到了120W,D類放大的THD仍不超過1%。對于大部分數(shù)字音效裝置來說,很少用到高功率,低功率的情況比較常見,此時D類放大的反而占有音質優(yōu)勢。
D類放大的優(yōu)劣評估,在于供電抑制率(Power Supply Rejection Rate;PSRR)以dB為單位,PSRR必須盡可能高。對于音質方面,則為總諧波失真加噪訊比(TDH+N)要求,此點以百分比(%)為單位,,THD+N則是盡量低,一般不超過10%,高標要求上還要低于0.1%、0.01%。不過THD+N建議與負載阻抗Rl、輸出功率(Output Power)、PWM的調變頻率(f)等做比較,才能準確判斷。
此外,D類放大有獨特的電子特性,因此在音質評估時,必須注意EMI電磁干擾問題。因D類放大IC會持續(xù)、頻繁地進行晶體管的導通、關閉作業(yè),所以很容易產生電磁干擾,對于音質當然有不利影響。因此越能降低降低電磁干擾的發(fā)散度的產品當然越好,不過此點在空間與成本許可的情況下,可用金屬外覆來屏蔽。
許多D類放大IC在省電性、控制性、體積縮小、彈性、保護能力上都有所著墨,形成各家的特色,大部分與音質沒有太大關系,不過有些設計如果太過頭,對于音質就會有影響。
例如一些D類放大IC減少后段的LC低通濾波電路質量,如使用更小的電容,或根本省去電容(Cap-Free),甚至有些設計連外接電感都一并省去(LC-Free、Filter-Free),直接將揚聲器的音圈之漏電感來充當LC用,當然,此種D類放大IC能夠達到相當小的體積,因其輸出接腳可與喇叭、耳機直接相連。
雖此種設計方式可將體積縮至極小,但高頻部分未經過濾就直接輸出,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20kHz以上的頻率,但如果省過頭,也可能對可聽范圍內的音質產生負面影響。D類放大IC的提供商有ADI、Cirrus Logic、MAXIM、Motorola、NS、Philips、Sanyo、ST、TI、TriPath等。

圖說:D類放大原理與AB類放大比較。
我司的D類放大IC請查閱:http://www.wujiu5zhuce.cn/product_1012.htm |