音頻放大電路信號的幾大規格

良好的音頻信號系統不僅僅取決于音頻放大，還需要兼顧音頻信號鏈的方方面面。

音頻信號是聲音的一種表示形式——通常是電壓。音頻信號的頻率一般在20Hz到20,000Hz之間，這對大多數人類來說是可聽見的。音頻信號可以直接合成，也可以在傳感器中產生，例如麥克風、樂器拾音器、唱頭或磁頭。揚聲器或耳機將電音頻信號轉換為聲音。

高保真或HiFi是家庭立體聲聽眾、音響發燒友和家庭音頻愛好者使用的術語，用來指代高質量的聲音再現，以區別于低成本音頻設備產生的較低質量的聲音。理想情況下，高保真設備在其預期的頻率范圍內具有不可聽見的噪聲和失真，以及平坦的頻率響應。

音響系統主要由聽覺系統（人耳）、硬件系統（設備）、軟件系統（信號源）和聽音環境組成。圖1展示了典型的音頻再現硬件系統的框圖，該系統將數字音頻源轉換為驅動耳機的電壓信號。本文將關注這一硬件系統，特別是DAC、電流至電壓（I/V）轉換放大器和差分放大器。

 

圖1. 音頻再現硬件系統

為了理想地再現音頻信號，關鍵在于設計一個能夠實現超低失真、卓越的信噪比（SNR）、平坦的頻率響應、高動態范圍、快速瞬態響應、低立體聲串音、良好的立體聲平衡和適當輸出的HiFi音響系統。

• 優秀THD+N

總諧波失真加噪聲（THD+N）是信號質量最重要的參數。理論上，HiFi 需要卓越的 THD+N（< ?110dB ）來重現無損音頻信號。要實現卓越的 THD+N 性能，需要高質量音頻源、超低噪聲和失真的數字模擬轉換器（DAC）和放大器、超低噪聲電源、合理的印刷電路板（PCB）布局，以及關注放大器的外部電路。

• 卓越的信噪比（SNR）

可聽到的無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候都聽不到可聽的嘶嘶聲。與 THD+N 一樣，要實現卓越的信噪比性能，需要高質量的音頻源、超低噪聲的 DAC 和放大器及電源、合理的 PCB 布局，以及放大器的適當外部電路。如果要求信噪比 =110dB ，信號幅度為 1Vrms ，根據公式 SNR =20log（信號功率/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 ，這也是可實現的。

• 平坦的頻率響應

平坦的頻率響應對于重現從低頻到高頻的最原始音頻信號非常重要。放大器和低通濾波器的帶寬必須足夠高，以避免高頻信號的衰減。音頻信號鏈中的匹配電路也應設計得當，以避免音頻頻段內的波動。

• 卓越的動態范圍

動態范圍允許 HiFi 音頻系統同時準確重現安靜和響亮的聲音（動態地），這種動態范圍對于古典音樂尤其重要。人耳的動態范圍是 120dB ，可以通過 24 位 HiFi DAC 和超低噪聲放大器以及適當的增益來實現。

• 快速瞬態響應

快速瞬態響應顯示了爆炸力，這是重現快速、爆炸性聲音并在爆炸聲結束時迅速恢復寂靜的能力。這一規格由高輸出電流和高帶寬耳機驅動單元、高帶寬數模轉換器(DAC)和電流/電壓放大器以及具有快速瞬態響應的電源決定。

• 低立體聲串擾

左右聲道的串擾會導致聲場失真，從而造成聲場狹窄。由于音頻信號的頻率低于20 kHz，左右聲道之間100分貝的隔離度已經足夠高，并且可以通過適當的印刷電路板(PCB)布局和電源解耦輕松實現。

• 高立體聲平衡

如果左右聲道的音量不同，聲場將偏向音量較大的聲道。這種偏移對于交響樂尤其糟糕，因為不平衡的音量可以輕易地混淆音樂。這一規格可以通過匹配兩個聲道的數模轉換器(DAC)、放大器和外部電路的增益和PCB布局來實現。對于電阻匹配，0.1% 精密薄膜反饋電阻是推薦的。

• 輸出功率

輸出功率是消費者容易識別的參數，因此購買決策常常基于這個數字。這一規格由高輸出電流耳機驅動單元和電源決定。設計一個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非常容易，但是過高的輸出功率會顯著惡化給定音頻系統的THD+N性能，因此在設計輸出功率時總是要考慮對THD+N的影響。

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