数字音频放大：便携式设备音频放大的新手段

　　音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，早的电子管放大器的个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进、主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。

　　数字音频放大器是指利用数字信号处理的能力及可靠性实现诸如均衡、音量和音调控制以及声音效果等音频处理功能。

　　现如今音频市场仍然在不断地发生着各种变化，同时，数字市场（互联网，数字网络，无线数字通信）近几年也发生了巨的的变化，各种新型数字声音源相继出现（如MP3，Mini-Disk，DVD）。所有这些都为数字音频系统创造了崭新的需求。因此，利用数字信号处理的能力及可靠性实行诸如均衡、音量和音调控制以及声音效果等音频处理功能变得更加可行了。然而直到目前，仍然有必要通过AB类模拟放大器（AB类放大器，实际上是A类（甲类）和B类（乙类）的结合，每个器件的导通时间在50—100％之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类（乙类）设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类（甲乙类））或D类模拟输入放大器（D类放大器，是通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器）的合理使用，来把这些数字信号转换成模拟信号进行放大。

　　竞争继续促使数字电视系统、家庭影院、平板电视和DVD系统的零售价格下降，但这些产品中的音频放大系统的材料清单成本保持不变，因为支持目前数字放大器的元件数量众多。这种情形也同样阻碍了手机、MP3播放器和iPod等手持及电池驱动产品的小型化和市场增长速度。由于几乎所有的音源都转向了数字化的格式和媒体，因此需要新的音频放大方法以满足消费者对于小型化、低价格和品质更好的音像产品的需求。

　　小型化成了另一种市场趋势。台式音响系统已经逐渐的过时了，生产厂商正在寻求适宜放在书架上，甚至可以挂在墙上的音频系统。但是这种变革也随之带来了一些难题：如何在保证音频质量的前提下去设计系统的尺寸大小、成本以及散热？这比便携系统所遇到的困难更大，便携系统在开始时尺寸相对小一些，随后在市场压力下变得更小更轻。

　　纯数字音频放大器是基于PCM数字（pcm,中文称脉码调制）的数字处理技术，这些数据来自CD、DVD、Mini-Disk、HDTV、数字卫星广播、数字音频磁带播放机、MP3播放机、家庭网络、本地网以及从互联网上的音频信息等数字源。不经数/模或模/数转换，线性编码音频PCM（采样率是32～192KHz）信号可被直接重射进强电流PWM脉冲内，然后送到扬声器，其间只有一个普通无源滤波器（见图）。

　　纯数字音频放大器的工作如下：

　　1 内插PCM信号以提高采样率。

　　2 前馈纠错确保其后系统中的高质量音频信号。

　　3 噪声形成器把量化误差排除在音频带外。

　　4 根据上（噪声形成器）的输出形成PWM信号。

　　5 H桥（开关方式采用MOSFET）为负载提供电流。

 

　　6 由一个简单滤波器（由两个电感和两个电容构成）对PWM进行解调，并给扬声器输送高质量的音频信号。

　　随着TacT Audio推出一款名为Millennium（千禧年，世纪之交的时候，Backstreet Boys曾携着这片专辑向我们展示了完美的千年演绎。）的发烧及放大器，音响行业次感受到了纯数字音频放大器。这种放大器是根据等比特技术设计的。

　　在该系统中，总谐波失真（THD，是指用信号源输入时，输出信号比输入信号多出的额外谐波成分。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，它通常用百分数来表示。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。）很低并且与频率无关。另外，纯数字音频放大器不受模拟噪声以及交流声的影响。其独特的结构设计使得通过改变H桥电源电压在数字或模拟域中实现音量控制更具有灵活性。

　　使用数字放大器的原因

　　对于小型产品，数字放大器除了提供极高质量的音频信号外，还具有功效高、重量轻、体积小、散热少等优点。高功效意味着可延长电池的寿命，并使产品的体积、重量轻，由于不需要散热片，这种小型化是可以实现的。另外由于所需的功率只比提供给负载的稍微多一点，因此电源也可以更小。总的来说，机壳将会变得更小，结构上也不用考虑太多散热的问题，设计变得更加灵活了。内部结构可符合EMI要求且不再需要特殊屏蔽。

　　音频信号曲线现在已从模拟完全转向数字了。因此，数字放大器也会与PC或其它数字设备一样在相对较短的时间内有着巨大的改变。消费者可以预计这种放大器会成为含有对解码、3D、均衡及音量、音调控制等进行数字音频处理能力的单一、完整器件。

　　更重要的是随着这种放大器性能的不断改进，其大小以及成本会进一步降低。换句话说，小型产品的消费者将可享受到现在只有富有的发烧友才能享受到的高质量音频信号，如所谓“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”。这些都将成为数字放大器将会越来越主流的原因。