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信号链基础知识#69:谨慎增加音频处理系统的THD:如何操作,为什么?

作者:时间:2016-10-16来源:网络

对于为获得更高音频系统保真度而努力的您,我们给您介绍一种新的概念。许多系统,特别是应用到家庭影院/迷你小型乐队市场的一些系统,都谨慎地给输出信号增加失真。尽管这样做看似不符合我们的常识,但设计人员考虑这么做是有原因的。这种技术的主要目的是最大化平均功率输出,同时限制峰值的出现。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/308203.htm

一些客户在一些列产品中都使用相同的功率放大器IC。这让他们可以更大批量地采购一种器件,从而降低成本,简化库存。他们可能会使用一种小功率电源来节省成本。客户会使用一个小功率电源的闭环、固定增益放大器。它限制了输出电压摆动(通过限制输出),这样可以保护小功率电源免受过电流状态的损坏。但是,一个简单的衰减器便可让系统更加安静。让输出稍微失真,可极大增加感知RMS功率。在确定增加失真程度时需小心谨慎,不得增加过多!

对于其他客户而言,限制其信号的电压输出可帮助限制扬声器漂移。但是,在这种情况下应小心操作,因为进入扬声器的高RMS功率可能会引起可靠性问题。

在数字处理系统中,可通过使数字采样饱和给信号引入。也就是说,使用足够增益,推移最高有效位,让其超出数字采样大小。例如,您有一个24位字,您的采样为0x900000。使用12Db增益,最高音频位便超出采样的最高有效位(MSB)。

之后,下调该数据至您需要的音频输出电平。所以,其可以概括为:

放大信号为削波增加 THD,然后降低输出产生特定峰值到峰值电压的更平均功率

图1放大信号为削波增加,然后降低输出产生特定峰值到峰值电压的更平均功率

这听起来简单,但许多音频处理器实际并非最高有效位=全量程音频。例如,一些TI的音频处理器使用一种被称为9.23的数据格式。这种采样数据可用下列方法表示16位或者24位数据:

把标准16位或者24位音频采样映射至 32 位或者 48 位内存位置中

图2把标准16位或者24位音频采样映射至32位或者48位内存位置中

正如您看到的那样,MSB和LSB添加了一些补位。LSB很容易理解—如果您削减某个16位字(使用CD播放器),则您仍然有一些无需删减便可复制的位。

在顶端,共有9个位,用于防止音频数据意外饱和。例如,如果您使用一个24-dB增压的均衡器(EQ),并且您输入一个“全量程”16位字,则您可能会非有意地让信号饱和,也即增加失真,而这与我们努力的方向背道而驰。

削波时存在振幅损失,因此(后)可能允许少量增益通过THD管理器。10%失真削波带来约–1dB输出电平损失。

实例操作

在我们的例子中,系统有一条9.23音频通路。我们希望在–12dB输出下产生10%THD。平均输入为–10dBFS(–10dB参考24位全量程音频源)。

我们需要放大至全量程及以上(“溢出位”9位)。因此,在一个增压模块中,我们给原始源添加10dB,以达到全量程,之后再添加27dB来填充9个溢出位。现在,增加3dB增益,以对信号削波。总计,我们需要增加40dB增益。

现在,我们有一个填充音频通路MSB的信号,并要求进行削减,这样便可在–12dB下输出内容。这意味着削减39dB。产生的输出具有10%失真,且输出电平为–12dB。看!我们现在已经在–12dB输出下增加了RMS功率(通过增加失真),并同时让电源和扬声器的工作都更加轻松惬意。

与图形可编程处理器(例如:PCM3070等)一起工作时,利用TI的TI’sPurePath工作室图形开发环境,可以快速地对其进行样机制造和试听。

下次,我们将讨论模拟正交调制器失衡的数字校正,敬请期待。



关键词: THD 信号链 基础知识

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