折腾了一下 PC HIFI

Posted on December 22, 2013

最近家里闲置了一对老音箱。很大很重的老音箱。年纪有个十几年了吧。但是以前是很贵的东西。虽然现在音箱很便宜(但是便宜了,音质差了呀),但是我没舍得扔掉。在我眼里古董音箱很值钱!

于是我想个办法想废物利用。音箱有了,缺一个功放。

我第一个找到的功放,是基于 TD2024 芯片的数字功放。主要是图个便宜,不到 50 块钱就能有一个。 至于什么是数字功放,我恶补了一下功放方面的知识。

功放分 A 类 B 类 AB 类和 D 类功放。 D 类也就是数字功放。A类功放,让功放管始终工作在线性放大区。就算输入信号是 0, 功放管也在工作。 功耗大,效率低。效率只有 20% 。 大量的电能被白白消耗。

B 类功放就节能多了。 B 类功放需要2个对管(一个 PNP 一个 NPN),分别放大信号的正半周和负半周。当输入信号处于正半周的时候,放大正半周的功放管工作;当输入信号处于负半周的时候,放大负半周的功放管工作。没有输入信号的时候,两个功放管都不工作。效率不错,能提高到最高 75%。

但是 B 类功放有个致命缺点: 交越失真。因为晶体管只有高于大约 0.7v 电压的时候才导通进入放大状态。这样,当输入信号处于 正负0.7v内 的状态时,是不会被放大的。而通常这个时候正是处于信号正半周向负半周交越的时候(或者反过来)。于是出现交越失真。 解决办法就是设定一个偏置电流。让功放管的静态工作点(就是输入信号为 0 的时候的工作点)移到线性区域的起始点。这样就形成 AB 类功放了。

B类功放的2个对管要严格匹配。需要从大量的管子中筛选出参数最接近的。

不管是 A 类还是 B 类功放,都是利用功放管(通常是晶体管,要有的是用的电子管) 工作在线性区域的时候对电流的放大作用完成信号放大的。都要求功放管有较高的线性度。

D类功放和前面介绍的都不一样,D类功放对功放管的线性度没要求。因为 D 类功放让功放管工作在 开关 状态。

D类功放,首先对输入信号进行采样,生成 PWM ( pulse width modulation, 脉宽调制 ) 信号。信号幅度高的地方,所调制生成的 PWM 信号占空比也高。PWM 信号的频率在 300khz 以上。接着,调制后的 PWM 信号用来控制开关管,输出大电流的 PWM 信号(通过直接调制电源得到)。高频率高电压的 PWM 信号经过一个滤波器,过滤掉 20khz 以上的信号,即可还原出原始的音频信号。

因为功放管工作在开关状态,而晶体管在导通的时候电阻非常小,可以小到几个毫欧。使用理论晶体管(导通时无内阻)得出 D 类功放的效率为 100%。实际效率也在 90% 乃至 95% 以上。可以用非常小的散热做到非常大功率的输出。

等等,D 类功放的核心就是一个 PWM 调制电路,然后用 PWM 信号去控制开关管(只工作在开关状态的晶体管),对吧? 为啥不从 PCM 数字信号直接生成 PWM 信号? 这样就免去了数模转换电路带来的损失了!

基于这个想法,我开始寻找市场上是否有卖以这种思想设计的功放。我认为这种功放,和D类功放也就是数字功放比,是纯数字功放。 在某宝和叉东里直接搜索无果。放狗搜索。

功夫不负有心人,我找到了一款乾龙QA100 功放。 这个就是依照我上面的原理设计的功放。它虽然有模拟输入,但是模拟输入实际上经过了一次 ADC 转化为数字信号再进行功放。可惜,太贵了!

另外,刚刚提到,PWM 信号是通过开关管直接调制电源! 这也是烧HIFI就烧电源的由来啊!如果电源不稳定,输出波形又怎么稳定。 现在使用的一般是开关电源,如果让开关电影的 PWM 和 音频部分的 PWM 信号同步运作,则功放管导通的时候,电源也在发力输出!避免那一瞬间电源空转的时候,要靠电容供电。

基于这个思想,我觉得有必要让开关电源和功放同步运行啊! 居然又被我找到了以我这个思想设计的产品, 珀璞朗韵D5P功放。

还是可惜了,太贵了!

要知道,一个 D 类功放,便宜的才几十块钱。因为 D 类功放,并不需要昂贵的高度线性工作的功放管,只需要能快速开关的晶体管即可。成本非常低。 而一个纯数字功放,则去掉了 模拟信号->PWM 的调制电路,改为 PCM->PWM 的电路。其他都没有变。成本并不会增加多少!

上千元的售价,那是打劫么?!

其实我知道,真正的发烧友,是会觉得”便宜没好货“ 的,如果不卖的贵点,怎么入他们的法眼!

因为设计理念不一样,纯数字功放确实可以低成本实现高保真。

于是我继续搜索,终于找到了一个只卖 330。价钱一个便宜了很多很多了。 于是马上拍下。

离开温州,这几天在老婆家住。音箱自然不会带了,于是买了个廉价的凑合一下,就是下面图片中这种效果了。

图中音箱上的那个小 mini 机器就是纯数字功放,注意看到墙上的黑色尾巴,那根是光纤。庆幸我的主板居然带有 S/PDIF 光纤输出,吼吼。

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