看一款糟糕的20W放大器設(shè)計如何毀掉整個揚聲器系統(tǒng)

與揚聲器和放大器打交道的許多工程師都會告訴您同樣一件事情。如果過度操作放大器，便會或多或少地損壞揚聲器的驅(qū)動器。這一過程通常包括逐漸調(diào)高低音旋鈕，或者急劇調(diào)高音量旋鈕。這樣做會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢?

它可能會損壞揚聲器的高音驅(qū)動器。但是，為什么會產(chǎn)生這種結(jié)果呢?大多數(shù)高音驅(qū)動器都是針對 10W 到 15W 功率范圍設(shè)計的。在高頻下驅(qū)動它們工作僅需非常小的能量。中音和低音揚聲器的額定功率一般為整個揚聲器的平均功率(50W 和 100W等)。

請思考，在一個限幅系統(tǒng)中給某個正弦波增加增益(使用固定電源軌播放音樂)時會產(chǎn)生什么結(jié)果。這時，信號開始限幅。如果您對某個信號的驅(qū)動超出限幅，則該波形開始看起來更像是一個方波。以頻域的角度來看，我們開始獲得輸入信號諧波。由于大量限幅的出現(xiàn)，諧波出現(xiàn)更高的振幅?，F(xiàn)在，如果您使用無源分頻器，則許多高階諧波均可以輕松地從中低音驅(qū)動器分頻器到高音。

由于高音頻面向的驅(qū)動器功率極低，因此其所帶來的損壞機率也高得多。在許多系統(tǒng)中，這都是一個現(xiàn)實問題，特別是那些使用簡易模擬處理(例如：運算放大器，op amp)或者數(shù)控模擬EQ系統(tǒng)的系統(tǒng)。兩種較好的解決方案是：

1. 雙功放系統(tǒng)

如果在一個封閉式系統(tǒng)中，例如：一個有源揚聲器等，請考慮讓您的系統(tǒng)使用雙功放。雙功放讓您能夠使用一個單獨的放大器來驅(qū)動高音。在低頻增益以前就完成了高音和低音之間的分離，這樣便可以防止高音損壞限幅低音通道的高頻部分。

雙功放系統(tǒng)讓您能夠使用高度靈活的數(shù)字調(diào)節(jié)功能運行大多數(shù)模擬系統(tǒng)。缺點是增加放大器所帶來的高成本。但是，我們必須在良好的無源分頻器和額外放大器成本之間做出折中的選擇。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 或者多媒體數(shù)字信號編解碼器 (Codec) 中使用數(shù)字分頻器，可以在一定程度上緩解這一問題。

以數(shù)字方式對您的分頻器進行微調(diào)，要比更換各種無源元件簡單得多。這樣做還可以讓同一種 PCB 設(shè)計重復(fù)用于不同尺寸的音箱和揚聲器驅(qū)動器。注意，這種系統(tǒng)僅在您能夠單獨地直接訪問兩個驅(qū)動器時有效。

2、智能后處理限幅低音信號

一些開發(fā)人員會使用“軟限幅”。這是一種非常簡單的方法，但在家用音頻系統(tǒng)中很少見。一般而言，我們會將低頻低音頻率增至最高。一些開發(fā)人員會去除 24 dB 的低音增頻，目的是對小型 2 英寸驅(qū)動器的低頻率響應(yīng)能力進行補償。

如果增頻頻率大體上較低，則請嘗試在增益級后面增加一個低通濾波器，以降低限幅引起的高頻。在模擬系統(tǒng)中，使用足夠高的截頻速率來構(gòu)建這種低通濾波器通常要求有一個多階濾波器，從而讓系統(tǒng)變得體積龐大且成本高昂。但是，在數(shù)字處理系統(tǒng)中卻可以輕松實現(xiàn)，條件是在音頻處理器中有足夠的有效 MIPS。

圖2 顯示了軟限幅時一個處理流程的例子。

圖1高增益DRC 和低通濾波器的處理流程

從 TLV320AIC325x 系列器件等便攜式音頻放大器到更新型的 PCM514x 家用音頻miniDSP DAC，這些可編程 miniDSP 產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)軟限幅。更加智能的一些實現(xiàn)方法，要靠廣大系統(tǒng)開發(fā)人員去創(chuàng)新。每一種器件都集成了完全可編程 miniDSP 內(nèi)核，讓開發(fā)人員不再被固定的處理流程所束縛，無需再一塵不變地照搬他人的音頻系統(tǒng)設(shè)計方法。

圖2利用PLimit限制輸出并確保無高頻諧波

對有些人而言，這些內(nèi)容可能并不新鮮。但對其他人來說，在閱讀本文后可能就會豁然明白“原來這就是我的揚聲器之所以損壞的原因!”