看一款糟糕的 20W 放大器設(shè)計(jì)如何毀掉整個(gè)揚(yáng)聲器系

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與揚(yáng)聲器和放大器打交道的許多工程師都會(huì)告訴您同樣一件事情。如果過度操作放大器，便會(huì)或多或少地?fù)p壞揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢？

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

請(qǐng)思考，在一個(gè)限幅系統(tǒng)中給某個(gè)正弦波增加增益（使用固定電源軌播放音樂）時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果。這時(shí)，信號(hào)開始限幅。如果您對(duì)某個(gè)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)超出限幅，則該波形開始看起來更像是一個(gè)方波。以頻域的角度來看，我們開始獲得輸入信號(hào)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(dòng)器分頻器到高音。

由于高音頻面向的驅(qū)動(dòng)器功率極低，因此其所帶來的損壞機(jī)率也高得多。在許多系統(tǒng)中，這都是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，特別是那些使用簡(jiǎn)易模擬處理（例如：運(yùn)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(gè)封閉式系統(tǒng)中，例如：一個(gè)有源揚(yáng)聲器等，請(qǐng)考慮讓您的系統(tǒng)使用雙功放。雙功放讓您能夠使用一個(gè)單獨(dú)的放大器來驅(qū)動(dòng)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(yùn)行大多數(shù)模擬系統(tǒng)。缺點(diǎn)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(hào)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(duì)您的分頻器進(jìn)行微調(diào)，要比更換各種無源元件簡(jiǎn)單得多。這樣做還可以讓同一種 PCB 設(shè)計(jì)重復(fù)用于不同尺寸的音箱和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。注意，這種系統(tǒng)僅在您能夠單獨(dú)地直接訪問兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器時(shí)有效。

2、智能后處理限幅低音信號(hào)

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

如果增頻頻率大體上較低，則請(qǐng)嘗試在增益級(jí)后面增加一個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)一個(gè)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(shí)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(jì)方法。

圖 2 利用 PLimit 限制輸出并確保無高頻諧波

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