《電子技術應用》
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謹慎增加音頻處理系統的THD:如何操作,為什么?
摘要: 對于為獲得更高音頻系統保真度而努力的您,我們給您介紹一種新的概念。許多系統,特別是應用到家庭影院/迷你小型樂隊市場的一些系統,都謹慎地給輸出信號增加失真。
Abstract:
Key words :

 

對于為獲得更高音頻系統保真度而努力的您,我們給您介紹一種新的概念。許多系統,特別是應用到家庭影院/迷你小型樂隊市場的一些系統,都謹慎地給輸出信號增加失真。盡管這樣做看似不符合我們的常識,但設計人員考慮這么做是有原因的。這種技術的主要目的是最大化平均功率輸出,同時限制峰值的出現。

一些客戶在一些列產品中都使用相同的功率放大器 IC。這讓他們可以更大批量地采購一種器件,從而降低成本,簡化庫存。他們可能會使用一種小功率電源來節省成本??蛻魰褂靡粋€小功率電源的閉環、固定增益放大器。它限制了輸出電壓擺動(通過限制輸出),這樣可以保護小功率電源免受過電流狀態的損壞。但是,一個簡單的衰減器便可讓系統更加安靜。讓輸出稍微失真,可極大增加感知RMS功率。在確定增加失真程度時需小心謹慎,不得增加過多!

對于其他客戶而言,限制其信號的電壓輸出可幫助限制揚聲器漂移。但是,在這種情況下應小心操作,因為進入揚聲器的高 RMS 功率可能會引起可靠性問題。

在數字處理系統中,可通過使數字采樣飽和給信號引入 THD。也就是說,使用足夠增益,推移最高有效位,讓其超出數字采樣大小。例如,您有一個 24 位字,您的采樣為 0x900000。使用 12 Db 增益,最高音頻位便超出采樣的最高有效位(MSB)。

之后,下調該數據至您需要的音頻輸出電平。所以,其可以概括為:

放大信號為削波增加 THD,然后降低輸出產生特定峰值到峰值電壓的更平均功率

圖 1 放大信號為削波增加 THD,然后降低輸出產生特定峰值到峰值電壓的更平均功率

這聽起來簡單,但許多音頻處理器實際并非最高有效位=全量程音頻。例如,一些TI的音頻處理器使用一種被稱為 9.23 的數據格式。這種采樣數據可用下列方法表示 16 位或者 24 位數據:

把標準16位或者24位音頻采樣映射至 32 位或者 48 位內存位置中

圖 2 把標準16位或者24位音頻采樣映射至 32 位或者 48 位內存位置中

正如您看到的那樣,MSB 和 LSB 添加了一些補位。LSB 很容易理解—如果您削減某個 16 位字(使用 CD 播放器),則您仍然有一些無需刪減便可復制的位。

在頂端,共有 9 個位,用于防止音頻數據意外飽和。例如,如果您使用一個24-dB增壓的均衡器 (EQ),并且您輸入一個“全量程”16 位字,則您可能會非有意地讓信號飽和,也即增加失真,而這與我們努力的方向背道而馳。

削波時存在振幅損失,因此 THD(后)可能允許少量增益通過 THD 管理器。10%失真削波帶來約–1dB輸出電平損失。

實例操作

在我們的例子中,系統有一條9.23音頻通路。我們希望在–12 dB輸出下產生10%THD。平均輸入為–10 dBFS(–10 dB參考24位全量程音頻源)。

我們需要放大至全量程及以上(“溢出位”9位)。因此,在一個增壓模塊中,我們給原始源添加10 dB,以達到全量程,之后再添加27dB來填充9個溢出位?,F在,增加3dB增益,以對信號削波??傆?,我們需要增加40dB增益。

現在,我們有一個填充音頻通路MSB的信號,并要求進行削減,這樣便可在–12 dB下輸出內容。這意味著削減39dB。產生的輸出具有10%失真,且輸出電平為–12 dB。看!我們現在已經在–12 dB輸出下增加了RMS功率(通過增加失真),并同時讓電源和揚聲器的工作都更加輕松愜意。

與圖形可編程處理器(例如:PCM3070 等)一起工作時,利用 TI 的 TI’s PurePath工作室圖形開發環境,可以快速地對其進行樣機制造和試聽。

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