在当今的音频系统中，Class D 功率放大器凭借其高效率和小尺寸的显著优势，得到了广泛的应用。然而，该放大器在启动或关闭过程中，以及进行静音 / 取消静音切换时，扬声器常常会发出爆裂声或点击声，这极大地影响了用户的听觉体验。为了解决这一问题，本文深入探讨了静音 / 取消静音过渡期间爆裂声的产生原因，并精心设计了相应的预补偿方法来抑制这些噪音。
图 1 展示了使用 Class D 功率放大器的典型音频系统。音频处理器负责将音频信号传送到功率放大器，同时还能对功率放大器的启动和关闭进行控制。Class D 功率放大器输出与输入音频信号相对应的脉冲，A 点和 B 点的脉冲由半桥开关产生。低通滤波器由电感和电容组成，其作用是从高频脉冲中解调出音频信号，该信号通过扬声器将电能转换为声能，终被人耳接收。
（图 1：Class D 功率放大器系统）
图 2 呈现了典型的 Class D 功率放大器原理图。OP1、CAMP1、驱动器和功率级 A 构成单端功率放大器 A，OP2、CAMP2、驱动器和功率级 B 构成另一个单端功率放大器 B，扬声器连接在功率放大器单端 A 和单端 B 之间。OP1 和 OP2 根据输入和反馈生成误差信号，该信号与比较器中的锯齿波进行比较，触发输出响应宽度脉冲。锯齿波以固定的载波频率运行，在每个载波周期内，脉冲的占空比与误差信号的幅度成正比，这一过程被称为小信号调制。调制脉冲作为源逻辑信号进入驱动器设备，驱动器根据输入逻辑脉冲打开 / 关闭输出功率级，完成功率放大器的功率调制。低通滤波器从功率脉冲中解调音频信号，并施加在 SPKP 和 SPKN 上。
（图 2：Class D 功率放大器原理图）
在音频系统开机或关机期间，所有电源轨都不稳定，此时让功率放大器保持静音是避免更大爆裂噪声的必要措施。当电源轨供电稳定后，音频系统会让功率放大器从静音变为取消静音并准备播放音乐。但如果功率放大器没有设计抑制方法，用户仍会听到爆裂声或点击声。
接下来，文章详细分析了预补偿方法。在理想条件下，扬声器端子 SPKP 和 SPKN 之间的电压水平相同，不会有电流流入扬声器线圈，也就不会产生点击或爆裂噪声。然而，在实际的模拟电路中，元件的公差、参考点位置不同、驱动器时间方案差异以及 PCB 走线因素等，都会导致 A 点的 PWM 与 B 点的 PWM 不匹配。即使在相同的初始条件下启动，SPKP 也不等于 SPKN，这会在扬声器端子之间产生容差电压，驱动电流流入线圈，从而产生点击声或爆裂声。这种偏移值被称为功率放大器的直流偏置电压，它会在扬声器上造成功率损耗，在功率放大器静音时也会产生点击声或爆裂声。
（图 3：理想条件下波形图）
预补偿的目的是减少输出脉冲的不匹配，降低施加在扬声器上的偏置电压水平，终减少从静音到取消静音或从取消静音到静音时的爆裂噪声。从图 4 可以看出，功率放大器在 5 - 6 个周期调节后终输出 50% 占空比的脉冲，而人类的听觉范围是 20 Hz - 20 kHz，因此由 50% 占空比脉冲产生的直流偏置电压 Vb 是导致爆裂噪声的主要能量源，SPKN - SPKP 从 0 到 Vb 的跃变是点击声的根本原因。减少 Vb 就能抑制爆裂噪声，Vb 是调制器的校正参数。
（图 4：实际波形）
图 6 展示了预补偿原理图，微调电阻 Rc1 和 Rc2 用于预补偿，它们可以调整比较器上的直流电平，减少单端 A 和单端 B 之间的调制不匹配。通过调整 Rc1 和 Rc2 的值，可以使 SPKP 等于 SPKN，从而降低直流偏置电压。
（图 6：预补偿原理图和波形图）
为了验证预补偿方法的有效性，文章进行了实验。图 7 所示的测试平台用于爆裂噪声评估，V - Meter 测量直流偏置电压，Sound meter 测量来自扬声器的爆裂噪声的声压。测试分别在有预补偿和无预补偿的情况下进行，结果表明，预补偿可以有效减少直流偏置电压，抑制静音到取消静音过渡过程中的爆裂噪声。
（图 7：爆裂噪声测试平台）
综上所述，预补偿方法为解决 Class D 功率放大器的爆裂噪声问题提供了一种有效的途径，能够显著提升音频系统的音质和用户体验。在实际应用中，可根据具体情况合理调整预补偿参数，以达到的降噪效果。
