音頻放大電路信號(hào)的幾大規(guī)格

良好的音頻信號(hào)系統(tǒng)不僅僅取決于音頻放大，還需要兼顧音頻信號(hào)鏈的方方面面。

音頻信號(hào)是聲音的一種表示形式——通常是電壓。音頻信號(hào)的頻率一般在20Hz到20,000Hz之間，這對(duì)大多數(shù)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是可聽(tīng)見(jiàn)的。音頻信號(hào)可以直接合成，也可以在傳感器中產(chǎn)生，例如麥克風(fēng)、樂(lè)器拾音器、唱頭或磁頭。揚(yáng)聲器或耳機(jī)將電音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音。

高保真或HiFi是家庭立體聲聽(tīng)眾、音響發(fā)燒友和家庭音頻愛(ài)好者使用的術(shù)語(yǔ)，用來(lái)指代高質(zhì)量的聲音再現(xiàn)，以區(qū)別于低成本音頻設(shè)備產(chǎn)生的較低質(zhì)量的聲音。理想情況下，高保真設(shè)備在其預(yù)期的頻率范圍內(nèi)具有不可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲和失真，以及平坦的頻率響應(yīng)。

音響系統(tǒng)主要由聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)（人耳）、硬件系統(tǒng)（設(shè)備）、軟件系統(tǒng)（信號(hào)源）和聽(tīng)音環(huán)境組成。圖1展示了典型的音頻再現(xiàn)硬件系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)將數(shù)字音頻源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)耳機(jī)的電壓信號(hào)。本文將關(guān)注這一硬件系統(tǒng)，特別是DAC、電流至電壓（I/V）轉(zhuǎn)換放大器和差分放大器。

 

圖1. 音頻再現(xiàn)硬件系統(tǒng)

為了理想地再現(xiàn)音頻信號(hào)，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)超低失真、卓越的信噪比（SNR）、平坦的頻率響應(yīng)、高動(dòng)態(tài)范圍、快速瞬態(tài)響應(yīng)、低立體聲串音、良好的立體聲平衡和適當(dāng)輸出的HiFi音響系統(tǒng)。

• 優(yōu)秀THD+N

總諧波失真加噪聲（THD+N）是信號(hào)質(zhì)量最重要的參數(shù)。理論上，HiFi 需要卓越的 THD+N（< −110dB ）來(lái)重現(xiàn)無(wú)損音頻信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)卓越的 THD+N 性能，需要高質(zhì)量音頻源、超低噪聲和失真的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）和放大器、超低噪聲電源、合理的印刷電路板（PCB）布局，以及關(guān)注放大器的外部電路。

• 卓越的信噪比（SNR）

可聽(tīng)到的無(wú)用噪聲和背景嘶嘶聲是不允許的。卓越的信噪比意味著在任何時(shí)候都聽(tīng)不到可聽(tīng)的嘶嘶聲。與 THD+N 一樣，要實(shí)現(xiàn)卓越的信噪比性能，需要高質(zhì)量的音頻源、超低噪聲的 DAC 和放大器及電源、合理的 PCB 布局，以及放大器的適當(dāng)外部電路。如果要求信噪比 =110dB ，信號(hào)幅度為 1Vrms ，根據(jù)公式 SNR =20log（信號(hào)功率/噪聲功率），均方根噪聲功率從 20Hz 到 20,000Hz 為 3.16μV 。如果要求信噪比 ≡115dB ，均方根噪聲功率為 1.78μV ，這也是可實(shí)現(xiàn)的。

• 平坦的頻率響應(yīng)

平坦的頻率響應(yīng)對(duì)于重現(xiàn)從低頻到高頻的最原始音頻信號(hào)非常重要。放大器和低通濾波器的帶寬必須足夠高，以避免高頻信號(hào)的衰減。音頻信號(hào)鏈中的匹配電路也應(yīng)設(shè)計(jì)得當(dāng)，以避免音頻頻段內(nèi)的波動(dòng)。

• 卓越的動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍允許 HiFi 音頻系統(tǒng)同時(shí)準(zhǔn)確重現(xiàn)安靜和響亮的聲音（動(dòng)態(tài)地），這種動(dòng)態(tài)范圍對(duì)于古典音樂(lè)尤其重要。人耳的動(dòng)態(tài)范圍是 120dB ，可以通過(guò) 24 位 HiFi DAC 和超低噪聲放大器以及適當(dāng)?shù)脑鲆鎭?lái)實(shí)現(xiàn)。

• 快速瞬態(tài)響應(yīng)

快速瞬態(tài)響應(yīng)顯示了爆炸力，這是重現(xiàn)快速、爆炸性聲音并在爆炸聲結(jié)束時(shí)迅速恢復(fù)寂靜的能力。這一規(guī)格由高輸出電流和高帶寬耳機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、高帶寬數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和電流/電壓放大器以及具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的電源決定。

• 低立體聲串?dāng)_

左右聲道的串?dāng)_會(huì)導(dǎo)致聲場(chǎng)失真，從而造成聲場(chǎng)狹窄。由于音頻信號(hào)的頻率低于20 kHz，左右聲道之間100分貝的隔離度已經(jīng)足夠高，并且可以通過(guò)適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布局和電源解耦輕松實(shí)現(xiàn)。

• 高立體聲平衡

如果左右聲道的音量不同，聲場(chǎng)將偏向音量較大的聲道。這種偏移對(duì)于交響樂(lè)尤其糟糕，因?yàn)椴黄胶獾囊袅靠梢暂p易地混淆音樂(lè)。這一規(guī)格可以通過(guò)匹配兩個(gè)聲道的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、放大器和外部電路的增益和PCB布局來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于電阻匹配，0.1% 精密薄膜反饋電阻是推薦的。

• 輸出功率

輸出功率是消費(fèi)者容易識(shí)別的參數(shù)，因此購(gòu)買(mǎi)決策常?；谶@個(gè)數(shù)字。這一規(guī)格由高輸出電流耳機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和電源決定。設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好總諧波失真加噪聲(THD+N)性能的高輸出功率音頻系統(tǒng)非常容易，但是過(guò)高的輸出功率會(huì)顯著惡化給定音頻系統(tǒng)的THD+N性能，因此在設(shè)計(jì)輸出功率時(shí)總是要考慮對(duì)THD+N的影響。