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解析音频数字放大技术 解析音频数字放大技术 　　当今数字音频技术发展迅速，各类声源（CD、DVD、MP3、DAT……）早已实现了数字化，并还在向更高技术迈进。传统的模拟功放虽然成熟、音质良好，但它难以与数字化设备配合。同时，无法远距离监控和较低的电源转换速率也阻碍了其进一步发展。数字放大技术取代模拟功放是大势所趋。 什么是数字放大技术 　　数字放大并不是把数字模拟转换器（DAC）装在传统的音频放大器里面，然后再从数字音源传送数字音频信号进入功放。这种方式最终还是要把数字信号转换成模拟信号，再以放大过的模拟信号去推动扬声器。真正的数字放大并没有经过数转模这关，而是从数字音源开始，就全部以数字的方式把数字信号放大到能够推动扬声器为止。这才是货真价实的“数字放大”。 数字取代模拟将是必然 一、模拟功放回顾 　　传统的模拟音频功率放大器都是以线性放大为基础的模拟类功放，即把连续变化的模拟音频信号直接进行线性放大。模拟功放的发展共经历了三代： 　　第一代电子管功放又称“胆机”，诞生已有数十年。它的转换速率高、工作稳定、偶次谐波失真小，音质好。但它的缺点是电源利用效率低、发热量大、体积大、成本高。近年来由于新技术、新概念的使用，使得电子管这个古老的真空器件又重放异彩。 　　第二代晶体管功放又称“石机”，是近20多年发展起来的新秀。它最大的优点是电源转换率高，体积小，发热小，成本低。缺点是转换速率低，偶次谐波失真大，音质和可靠性都逊色于胆机。随着晶体管制造技术的发展，它的各项电气性能指标和可靠性指标都已得到很大的提高，并在不断向更大输出功率、更小体积和更智能化方向发展。 　　第三代功放——开关MOSFET（场效应管）功放电子管是一种用电压控制的器件，不需要控制电流，开关速率很快；而晶体管是一种电流控制器件，需要较大的控制电流，转换速率慢，这就是两者最大的区别。MOSFET（场效应管）正好结合了这两者的优点。开关MOSFET（场效应管）功放的优点在于：频率响应宽、信号动态范围大、转换速率高。 　 胆机优美的音色勾起了发烧友美好的回忆 　　当然，我们不能忘记用于家庭影院的AV功放。AV功放配有具备杜比定向逻辑解码、DTS解码等功能的数字DSP电路来提供不同的声场效果，但其实质还是一台模拟功放，在电路的信号流通环节上，又经过了太多而且复杂的处理，声音受到了过多的“染色”，使得AV功放在重放Hi-Fi音乐时效果不理想。 二、数字取代模拟的原因 　　一方面，随着家庭数字影音娱乐系统，HDTV系统，DVD-Audio等一大批设备的普及，传统的模拟功放已明显无法适应越来越多的数字音源信号的连接需要。 　　另一方面，CD时代16bit/44.1kHz的数字音频信号早已落伍，声音的数字化处理技术日趋复杂，24bit甚至32bit的量化率、48kHz的采样频率开始崭露头角。而模拟功放由于必须经过数/模这一环节，使得其制造成本难以控制，体积能耗也越来越高。如今一些具备数字信号接入的Hi-Fi功放的价格已不是普通消费者所能承受。 　　此外，MP3/MP4播放器、娱乐手机、车载影音设备都已成为现代年轻人生活的一部分。新一代的音频放大技术不再是单纯的数字输入－放大－输出，更高的集成度、更小的体积、更低的功耗才是首先要解决的问题。 迈向数字化进程中的探索 　　早在20世纪60年代就有人开始研究数字放大技术。1983年M.B.Sandler等学者提出D类PCM（脉冲编码调制）数字功放的基本结构，主要技术要点是如何将PCM调制信号变为PWM（脉冲宽度调制）信号，这种PWM数字信号是一种高度相同、宽度不同的方波讯号，它看起来类似于声波的疏密结构。 　　这类功率放大器的原理是：首先将PCM音频数据流通过专门的等比特数字处理器变换为PWM数据流。采用脉宽调制后，音频信号便成为一系列的用“0”和“1”表示的宽度可变的脉冲串，脉冲的宽度越宽，信号的幅度就越大。用这些脉宽调制的数据流去推功率放大器的常规晶体输出管。晶体输出管将迅速地时而饱和导通，时而截止，音频信息便包含在这些接通、断开的周期过程中。在PWM转换过程中，采样频率为44.1kHz或48kHz，信号振幅的量化率为8bit或16bit。然后再对PWM信号进行功率放大（即D类放大），采用截止频率为30～40kHz的低通滤波器就可以把模拟信号从PWM中解调出来。 　　D类数字放大技术在电源利用率上可达到90％以上，它的延时也只有模拟放大的1/6，因此中、高音的音质更清晰，声像定位更准确。但是D类数字功放的缺陷有以下两点： 　　1.输入的数字音频信号虽然没有转换为模拟信号，可是PWM调制也只是用幅度不变，宽度变化的脉冲信号来代替原先的线性放大，用脉冲宽度变化来控制输出管导通时间的长短。可以看到，这仍是一种模拟技