D类功放的若干问题

shaorc

【不懂就问】
D类功放属于数字型，其原理是输入信号和三角波或者锯齿波比较，生成调制波，再被功放电路放大，经过低通滤波，最后接给喇叭
有以下几个问题
【1】一块功放板的输入接的是什么？虽然知道是声音信号，但是不知道如何实现输入的，比如在公交车的报站语音，输出的是放大的清晰的声音，那么它的输入是怎么提供的呢？
【2】如下图，典型的单端输出的D类功放，这里看的很明白是采用了推挽拓扑，但是经常可以看到D类是采用功放集成芯片（如TPA系列），这时功放芯片内就已经包含了比较器、推挽电路这些部分了吗？
【3】为什么采用低通滤波，高频信号会损坏负载（喇叭）？
【4】图中的R1和C2是阻抗匹配用吗？

maychang

“一块功放板的输入接的是什么？”

功放板接入的是声音信号，这个信号属于模拟信号。可能是差动输入，也可能是单端输入，这要查板子的说明书。

maychang

“比如在公交车的报站语音，输出的是放大的清晰的声音，那么它的输入是怎么提供的呢？”

公交车报站，是存储在芯片里面的语音数据(数字量)，经DA转换，变成模拟信号后输出。

maychang

“但是经常可以看到D类是采用功放集成芯片（如TPA系列），这时功放芯片内就已经包含了比较器、推挽电路这些部分了吗？”

已经把比较器、推挽电路等都做到芯片内部了。这个只要仔细阅读说明书即可。

maychang

“为什么采用低通滤波，高频信号会损坏负载（喇叭）？”

没有的事。这是听谁说的？

maychang

“图中的R1和C2是阻抗匹配用吗？”

R1和C2用来使得负载阻抗变化比较小。扬声器通常是所谓“动圈式”，其构造是个线圈置于磁间隙中。有音频电流通过线圈时，线圈振动带动纸盆发声。因为是线圈，所以具有电感性，其阻抗随频率升高而升高。R1C2特性是阻抗随频率升高而降低，R1C2和扬声器并联作为负载，使得负载阻抗随频率变化比较小。此部分电路往往被称为“茹贝尔电路”。
其实，此电路中已经存在电容C1，故R1C2作用不显著，去掉也关系不大。

shaorc

maychang 发表于 2019-3-15 16:42
“为什么采用低通滤波，高频信号会损坏负载（喇叭）？”

没有的事。这是听谁说的？

因为在图中采用了LC滤波，就是把高频都滤除了，所以才问是不是都是采用低通滤波

shaorc

maychang 发表于 2019-3-15 16:49
“图中的R1和C2是阻抗匹配用吗？”

R1和C2用来使得负载阻抗变化比较小。扬声器通常是所谓“动圈式”，其 ...

茹贝尔电路这时第二次听您说了
这次了解它的作用，是补偿负载随频率的升高而升高
有三个衍生的问题
【1】如果不用茹贝尔这样的补偿电路，就拿扬声器来说，就算负载阻抗随频率在变化，但是它输入信号频率肯定在一定范围内，负载的阻抗在这个对应的范围内波动，是不允许的吗？还是说扬声出来的效果差？

【2】为何不直接用一个电容并联扬声器，这样补偿效果岂不是更好？

【3】如下图，不知道是不是对应的示意图，线圈在磁间隙中，电流信号流过线圈，线圈抖动震动纸盆，线圈是指图中的音圈吗？它不是应该固定的吗，怎么会振动？

maychang

shaorc 发表于 2019-3-15 17:26
因为在图中采用了LC滤波，就是把高频都滤除了，所以才问是不是都是采用低通滤波

“因为在图中采用了LC滤波，就是把高频都滤除了”

是采用低通滤波，但低通滤波并不会损坏扬声器。

maychang

shaorc 发表于 2019-3-15 17:49
茹贝尔电路这时第二次听您说了
这次了解它的作用，是补偿负载随频率的升高而升高
有三个衍生的问题
【 ...

如果不用茹贝尔这样的补偿电路，就拿扬声器来说，就算负载阻抗随频率在变化，但是它输入信号频率肯定在一定范围内，负载的阻抗在这个对应的范围内波动，是不允许的吗？还是说扬声出来的效果差？

阻抗在一定范围内波动，是允许的。
这种茹贝尔电路，作用不大。

maychang

shaorc 发表于 2019-3-15 17:49
茹贝尔电路这时第二次听您说了
这次了解它的作用，是补偿负载随频率的升高而升高
有三个衍生的问题
【 ...

“为何不直接用一个电容并联扬声器，这样补偿效果岂不是更好？”

首帖图中C1就是和扬声器直接并联的。

maychang

shaorc 发表于 2019-3-15 17:49
茹贝尔电路这时第二次听您说了
这次了解它的作用，是补偿负载随频率的升高而升高
有三个衍生的问题
【 ...

“如下图，不知道是不是对应的示意图，线圈在磁间隙中，电流信号流过线圈，线圈抖动震动纸盆，线圈是指图中的音圈吗？它不是应该固定的吗，怎么会振动？”

就是音圈。
音圈是和纸盆(振动膜)胶合在一起的，靠“定心支片”保持与“软铁心柱”和磁铁均不接触的位置。音圈振动(图中是左右方向)带动纸盆振动，发出声音。

xunke

R1和C2 觉得是多余的。

maychang

xunke 发表于 2019-3-16 21:52
R1和C2 觉得是多余的。

在功率放大级为近似电流源输出情况下，R1C2是有用的，在D类放大器输出端，R1C2就有些多余。

shaorc

maychang 发表于 2019-3-15 18:11
“如下图，不知道是不是对应的示意图，线圈在磁间隙中，电流信号流过线圈，线圈抖动震动纸盆，线圈是指图 ...

原来是这样
还想深入了解2个问题
【1】有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳，这是因为从功放电路（推挽）输出的（正弦）信号，在传送到喇叭过程中，阻抗匹配是否做好的原因吗？常说的喇叭负载是8欧姆，如果音质好的话，是不是全部的输出信号都加载在其上了？

【2】在列车上，每节车厢都有报站器，相当于很多个喇叭的串联，加上传输线路加长，功放的输出能量在传输上就有很大损耗，且负载阻抗也变得复杂。如果采用D类功放，让功放电路输出信号经过升压变压器，使得输出信号电压变大，经过传输线路后，再通过降压变压器降低信号电压，从而驱动所有喇叭负载。看到资料说这种叫做定压式或者定阻式D类功放。那这种类型的功放的硬件结构可以看做下图吗？

maychang

shaorc 发表于 2019-3-17 13:54
原来是这样
还想深入了解2个问题
【1】有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳， ...

“有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳，这是因为从功放电路（推挽）输出的（正弦）信号，在传送到喇叭过程中，阻抗匹配是否做好的原因吗？”

这个问题可是非常复杂，几乎够半本书的内容。
一般地说，现代音频放大器的非线性失真和频率失真等等都足够好(早期变压器耦合音频放大器则比较差)，“明显音质渣渣”主要发生在扬声器。在现代音频系统中，“音质渣渣”通常与“阻抗匹配”没有多大关系。

maychang

shaorc 发表于 2019-3-17 13:54
原来是这样
还想深入了解2个问题
【1】有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳， ...

“在列车上，每节车厢都有报站器，相当于很多个喇叭的串联，加上传输线路加长，功放的输出能量在传输上就有很大损耗，且负载阻抗也变得复杂。如果采用D类功放，让功放电路输出信号经过升压变压器，使得输出信号电压变大，经过传输线路后，再通过降压变压器降低信号电压，从而驱动所有喇叭负载。看到资料说这种叫做定压式或者定阻式D类功放。那这种类型的功放的硬件结构可以看做下图吗？”

可以用此图表示。
稍长距离传输功率音频信号(数百米乃至上千米)，用变压器升压后传输，是很常见到方法。此方法主要是减少传输中的功率损耗。此方法对声音质量有影响(假定扬声器相同)，最主要的影响来源于变压器。

chunyang

shaorc 发表于 2019-3-17 13:54
原来是这样
还想深入了解2个问题
【1】有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳， ...

音质的好坏涉及很多方面，最终的品质也符合“水桶原则”，即失真度最高的部分会拖累整个系统。至于阻抗匹配，这个只是诸多电路品质中的一点，并不构成高保真的充要条件。一个好的功放电路一定是阻抗匹配的，但仅仅做到阻抗匹配，可以跟高保真差了十万八千里。所以，并不存在什么音质好就是全部输出信号加在扬声器上这回事。
好的音质一般来说具有较高的信号还原性，但有时反而需要特殊的失真，因为人耳是非线性的。

maychang

shaorc 发表于 2019-3-17 13:54
原来是这样
还想深入了解2个问题
【1】有的音频功放效果很好（比如有低音炮），有的明显就音质很喳喳， ...

变压器的频率特性相当差，尤其是在频率范围相当宽的情况下。如果最高和最低频率之比为10倍，那么变压器可以相当满意地传输信号，100倍就要考虑采用特殊的绕法并且采用比较大的铁心，1000倍还要求频率特性平直那是几乎做不到的事。通常我们说人耳可闻的频率是20Hz～20kHz，是1000倍，变压器传输这么宽频率范围还要求频率特性平直，还要求非线性失真够小，简直就是办不到。

zhuyebb

谢谢楼主，支持分享