音频放大电路信号的几大规格

良好的音频信号系统不仅仅取决于音频放大，还需要兼顾音频信号链的方方面面。

音频信号是声音的一种表示形式——通常是电压。音频信号的频率一般在20Hz到20,000Hz之间，这对大多数人类来说是可听见的。音频信号可以直接合成，也可以在传感器中产生，例如麦克风、乐器拾音器、唱头或磁头。扬声器或耳机将电音频信号转换为声音。

高保真或HiFi是家庭立体声听众、音响发烧友和家庭音频爱好者使用的术语，用来指代高质量的声音再现，以区别于低成本音频设备产生的较低质量的声音。理想情况下，高保真设备在其预期的频率范围内具有不可听见的噪声和失真，以及平坦的频率响应。

音响系统主要由听觉系统（人耳）、硬件系统（设备）、软件系统（信号源）和听音环境组成。图1展示了典型的音频再现硬件系统的框图，该系统将数字音频源转换为驱动耳机的电压信号。本文将关注这一硬件系统，特别是DAC、电流至电压（I/V）转换放大器和差分放大器。

 

图1. 音频再现硬件系统

为了理想地再现音频信号，关键在于设计一个能够实现超低失真、卓越的信噪比（SNR）、平坦的频率响应、高动态范围、快速瞬态响应、低立体声串音、良好的立体声平衡和适当输出的HiFi音响系统。

• 优秀THD+N

总谐波失真加噪声（THD+N）是信号质量最重要的参数。理论上，HiFi 需要卓越的 THD+N（< −110dB ）来重现无损音频信号。要实现卓越的 THD+N 性能，需要高质量音频源、超低噪声和失真的数字模拟转换器（DAC）和放大器、超低噪声电源、合理的印刷电路板（PCB）布局，以及关注放大器的外部电路。

• 卓越的信噪比（SNR）

可听到的无用噪声和背景嘶嘶声是不允许的。卓越的信噪比意味着在任何时候都听不到可听的嘶嘶声。与 THD+N 一样，要实现卓越的信噪比性能，需要高质量的音频源、超低噪声的 DAC 和放大器及电源、合理的 PCB 布局，以及放大器的适当外部电路。如果要求信噪比 =110dB ，信号幅度为 1Vrms ，根据公式 SNR =20log（信号功率/噪声功率），均方根噪声功率从 20Hz 到 20,000Hz 为 3.16μV 。如果要求信噪比 ≡115dB ，均方根噪声功率为 1.78μV ，这也是可实现的。

• 平坦的频率响应

平坦的频率响应对于重现从低频到高频的最原始音频信号非常重要。放大器和低通滤波器的带宽必须足够高，以避免高频信号的衰减。音频信号链中的匹配电路也应设计得当，以避免音频频段内的波动。

• 卓越的动态范围

动态范围允许 HiFi 音频系统同时准确重现安静和响亮的声音（动态地），这种动态范围对于古典音乐尤其重要。人耳的动态范围是 120dB ，可以通过 24 位 HiFi DAC 和超低噪声放大器以及适当的增益来实现。

• 快速瞬态响应

快速瞬态响应显示了爆炸力，这是重现快速、爆炸性声音并在爆炸声结束时迅速恢复寂静的能力。这一规格由高输出电流和高带宽耳机驱动单元、高带宽数模转换器(DAC)和电流/电压放大器以及具有快速瞬态响应的电源决定。

• 低立体声串扰

左右声道的串扰会导致声场失真，从而造成声场狭窄。由于音频信号的频率低于20 kHz，左右声道之间100分贝的隔离度已经足够高，并且可以通过适当的印刷电路板(PCB)布局和电源解耦轻松实现。

• 高立体声平衡

如果左右声道的音量不同，声场将偏向音量较大的声道。这种偏移对于交响乐尤其糟糕，因为不平衡的音量可以轻易地混淆音乐。这一规格可以通过匹配两个声道的数模转换器(DAC)、放大器和外部电路的增益和PCB布局来实现。对于电阻匹配，0.1% 精密薄膜反馈电阻是推荐的。

• 输出功率

输出功率是消费者容易识别的参数，因此购买决策常常基于这个数字。这一规格由高输出电流耳机驱动单元和电源决定。设计一个具有良好总谐波失真加噪声(THD+N)性能的高输出功率音频系统非常容易，但是过高的输出功率会显著恶化给定音频系统的THD+N性能，因此在设计输出功率时总是要考虑对THD+N的影响。