D級(jí)放大器如何彌補(bǔ)與高分辨率AB級(jí)放大器的差距

擁有高度優(yōu)化和高性能引擎的賽車，因?yàn)椴缓细竦能囕喓洼喬ビ绊懶阅埽@并不罕見。在這種情況下，引擎必須更加費(fèi)力地運(yùn)行才能彌補(bǔ)車輪和輪胎的缺陷，而且賽車整個(gè)系統(tǒng)的性能也會(huì)受到影響。

同樣的道理也適用于高性能音頻和驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器選擇。多年以來(lái)，人們一直選擇AB級(jí)放大器作為高清(HD)音頻的放大器。音頻D級(jí)放大器被認(rèn)為是不合格的，因?yàn)樗鼈儾荒軡M足高清音頻的所有要求。但這種情況已經(jīng)改變。

高清或高分辨率音頻是指音質(zhì)在16位以上(超過(guò)激光唱片的音質(zhì))，取樣率大于44.1kHz的音頻，如圖1所示。

圖 1：一些聲頻格式的動(dòng)態(tài)范圍和帶寬

在高清音頻中，數(shù)字前端包括帶有32位音頻數(shù)據(jù)路徑的數(shù)字信號(hào)處理機(jī)、不低于96kHz的音頻取樣率和集成的24位超低噪聲數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。更高的位數(shù)改進(jìn)了信號(hào)噪聲比(SNR)和動(dòng)態(tài)范圍(DR)，提供了更好的分辨率(>97dB)，從而使極小的聲音也能被聽見且不失真。更快的取樣率能實(shí)現(xiàn)高于人耳聽力范圍(>22kHz)的更高的帶寬(取樣率/2)，且能編碼更多聲音信息，從而進(jìn)行準(zhǔn)確復(fù)制。

驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的音頻放大器位于數(shù)字后端，在這里可以實(shí)現(xiàn)并評(píng)價(jià)音頻的性能和安全性。系統(tǒng)中包含一些聲音增強(qiáng)和聲音補(bǔ)償?shù)奶幚硭惴?如均衡算法、動(dòng)態(tài)范圍控制、聲場(chǎng)空間定位和3D效果)。但即使擁有所有這些處理能力，補(bǔ)充這些性能的音頻放大器仍必須滿足特定的高清音頻規(guī)格，包括：

Ÿ SNR和DR > 97dB。

Ÿ 總諧波失真+噪聲(THD+N) < -80dB。

Ÿ 帶寬(BW) >22kHz。

高清音頻放大器結(jié)合這些自動(dòng)算法，產(chǎn)生了一個(gè)和諧運(yùn)行的系統(tǒng)，這樣，數(shù)字工程師就不必手動(dòng)運(yùn)行大型處理算法來(lái)彌補(bǔ)音頻放大器的不足。畢竟，高性能模擬放大器沒有很好的數(shù)字替代品。事實(shí)上，高性能模擬放大器在配備更小/更簡(jiǎn)單/更便宜的數(shù)字引擎的情況下可實(shí)現(xiàn)相同甚至更高的性能。

上一代的D級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)了0.03% (-70dB)的總諧波失真+噪聲，相比之下，擁有相似輸出功率的AB級(jí)放大器的總諧波失真為0.005% (-86dB)，如圖2所示。圖3顯示了同樣的對(duì)比，但它使用了TI最新的高功率D級(jí)放大器。此前，雖然D級(jí)放大器在高功率水平時(shí)的效率要提高大約1.5倍，因此和相似功率的AB級(jí)放大器相比不需要很多散熱，但對(duì)于高清音頻，人們并不會(huì)考慮使用D級(jí)放大器。

圖 2：高功率AB級(jí)總諧波失真和功率性能對(duì)比

圖 3：TPA3251D2 總諧波失真+噪聲和功率性能對(duì)比

TI最新一代的高功率D級(jí)放大器通過(guò)與數(shù)字引擎產(chǎn)生共生關(guān)系，并向揚(yáng)聲器高效傳輸增強(qiáng)的聲頻質(zhì)量，提升了高清聲頻系統(tǒng)的整體性能和效率。TPA3251D2及其同系列設(shè)備可提供0.002% (-94dB)的總諧波失真+噪聲、100dB的信號(hào)噪聲比和100kHz的帶寬，同時(shí)提供大于70W的輸出功率。該系列兼容具有超低噪聲和高達(dá)192kHz聲頻取樣率的系統(tǒng)。此外，內(nèi)置的保護(hù)功能使其能安全地驅(qū)動(dòng)高清音頻。

圖4中所示的TIDA-00874顯示了TPA3251D2和高清系統(tǒng)數(shù)字引擎之間共生、和諧的關(guān)系。如果您想用D級(jí)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，TI的這款參考設(shè)計(jì)---TIDA-00874能夠幫到你，它將PCM5242音頻DAC與TPA3251D2 D級(jí)音頻放大器配對(duì)，能夠流取樣率高達(dá)192kHz的多數(shù)字輸入音頻格式，增強(qiáng)音效體驗(yàn)。

圖 4：配備有TPA3251D2和PCM5242的TIDA-00874

不到十年前，我們還認(rèn)為激光唱片傳送的是最高品質(zhì)的聲音。今天，“金耳朵”音響愛好者會(huì)嘲笑僅僅16位的音質(zhì)。過(guò)去十年以來(lái)，伴隨這種音質(zhì)快速提升的還有海量的放大器可供選擇。就像我們現(xiàn)在嘲笑CD一樣，音響愛好者也曾經(jīng)嘲笑D級(jí)放大器。但現(xiàn)在情況不同了。一個(gè)絕佳的例子就是能發(fā)出高清音質(zhì)的D級(jí)音頻放大器TPA3251D2。這是我上文提到的設(shè)備，它也在CES 2016上進(jìn)行了展示，聽眾被它的音效所震撼。

您的系統(tǒng)里有沒有這樣一款幫你提高音質(zhì)的設(shè)備呢?本文中使用了TPA3251D2作為示例，同系列的產(chǎn)品還包括TPA3250D2和TPA3255。那么您有過(guò)使用這些設(shè)備或其它D級(jí)放大器的經(jīng)驗(yàn)嗎?