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

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(guò)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(guò)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(lè)）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(lái)更像是一個(gè)方波。以頻域的角度來(lái)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(wú)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(lái)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(wèn)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(lái)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(lái)的高成本。但是，我們必須在良好的無(wú)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(wèn)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(wú)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(wèn)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(lái)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(wú)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(wú)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(lái)說(shuō)，在閱讀本文后可能就會(huì)豁然明白“原來(lái)這就是我的揚(yáng)聲器之所以損壞的原因！”