D級放大器如何彌補與高分辨率AB級放大器的差距

擁有高度優(yōu)化和高性能引擎的賽車，因為不合格的車輪和輪胎影響性能，這并不罕見。在這種情況下，引擎必須更加費力地運行才能彌補車輪和輪胎的缺陷，而且賽車整個系統(tǒng)的性能也會受到影響。

同樣的道理也適用于高性能音頻和驅(qū)動揚聲器的放大器選擇。多年以來，人們一直選擇AB級放大器作為高清(HD)音頻的放大器。音頻D級放大器被認(rèn)為是不合格的，因為它們不能滿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)字信號處理機、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)了信號噪聲比(SNR)和動態(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)動揚聲器的音頻放大器位于數(shù)字后端，在這里可以實現(xiàn)并評價音頻的性能和安全性。系統(tǒng)中包含一些聲音增強和聲音補償?shù)奶幚硭惴?如均衡算法、動態(tài)范圍控制、聲場空間定位和3D效果)。但即使擁有所有這些處理能力，補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)合這些自動算法，產(chǎn)生了一個和諧運行的系統(tǒng)，這樣，數(shù)字工程師就不必手動運行大型處理算法來彌補音頻放大器的不足。畢竟，高性能模擬放大器沒有很好的數(shù)字替代品。事實上，高性能模擬放大器在配備更小/更簡單/更便宜的數(shù)字引擎的情況下可實現(xiàn)相同甚至更高的性能。

上一代的D級放大器實現(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顯示了同樣的對比，但它使用了TI最新的高功率D級放大器。此前，雖然D級放大器在高功率水平時的效率要提高大約1.5倍，因此和相似功率的AB級放大器相比不需要很多散熱，但對于高清音頻，人們并不會考慮使用D級放大器。

圖 2：高功率AB級總諧波失真和功率性能對比

圖 3：TPA3251D2 總諧波失真+噪聲和功率性能對比

TI最新一代的高功率D級放大器通過與數(shù)字引擎產(chǎn)生共生關(guān)系，并向揚聲器高效傳輸增強的聲頻質(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的信號噪聲比和100kHz的帶寬，同時提供大于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級放大器進(jìn)行設(shè)計，TI的這款參考設(shè)計---TIDA-00874能夠幫到你，它將PCM5242音頻DAC與TPA3251D2 D級音頻放大器配對，能夠流取樣率高達(dá)192kHz的多數(shù)字輸入音頻格式，增強音效體驗。

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”音響愛好者會嘲笑僅僅16位的音質(zhì)。過去十年以來，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級放大器。但現(xiàn)在情況不同了。一個絕佳的例子就是能發(fā)出高清音質(zhì)的D級音頻放大器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。那么您有過使用這些設(shè)備或其它D級放大器的經(jīng)驗嗎?