利用数字有源分频滤波器,提升高端有源扬声器性能(二)

2013-12-13 15:29:58来源: 互联网

主要特性的测量

  测量三个主要的特性,对比采用无源和有源分频滤波器设计的扬声器的音频性能。

  使用Audio Precision分析仪测量总谐波失真和噪音(THD+N)以及交调失真(IMD)。负载均为4Ω,最终目的是揭示分频器产生的性能差异。

  因为两种系统结构不同,所以应进一步通过阻抗来测量性能。阻尼因子,即两种阻抗之间的比值,对于音频性能有着非常重要的影响。

  每种情况均采用相同的放大器架构;30W双信道数字放大器基于CSR DDFA CSRA6600/6601芯片组。无源分频器时,绕开放大器滤波器DSP;有源分频器时,放大器DSP配置前述的滤波器架构。

  THD+N

  图6显示的是无源和有源低音滤波器在500Hz时的THD+N和功率特性对比情况。

图6:无源和有源低音THD+N和功率,4Ω负载

  图6:无源和有源低音THD+N和功率,4Ω负载

  很明显,无源滤波器的失真和噪音水平要高得多,而且当输出功率增加时,情况将进一步恶化。

  图7显示的是有源分频器在22W时的THD+N和频率,在整个音频段上高低音单元的THD+N始终保持较低水平。THD+N持续低于0.005%,并且从没超过0.01%。

图7:22W时有源高、低音单元的THD+N和频率,4Ω负载

  图7:22W时有源高、低音单元的THD+N和频率,4Ω负载

  IMD

  图8中,交调失真性能的对比情况更为明显。该FFT采用SMPTE测试,测试频率为60Hz和7kHz;并对比了14W时有源和无源低音滤波器的性能。

图8:14W时无源和有源低音单元的IMD特性,4Ω负载

  图8:14W时无源和有源低音单元的IMD特性,4Ω负载

  无源滤波器不仅产生较高水平的交调失真,而且低频率时噪音也很高。在无源情况下,这种底噪可通过信号幅度进行调整,但对于有源分频器来说,它则是恒定的。

阻尼因子

  有源分频滤波器的另外一个性能优势是阻尼因子。阻尼因子是驱动器负载阻抗与放大器系统输出阻抗之间的比值。阻尼因子越高,就能够越好地控制驱动器音圈的运动,从而提高音频性能,尤其是低音频率范围中的音频性能。

  在无源分频器的情况下,输出阻抗由分频器组件确定;而在有源的情况下,则为放大器输出阻抗。如果数字放大器为闭环,如本例所示,那么放大器输出阻抗将会非常低。

  表3对比了无源和有源分频器在各种频率情况下实现的低音信道阻尼因子,其中负载为8Ω。

  表3:对比无源和有源低音信道阻尼因子
表3:对比无源和有源低音信道阻尼因子

  无源滤波器在1500Hz时的阻尼因子非常低,是因为无源组件LC谐振频率为1752Hz,而非分频器频率。通过简单模拟可以清楚地展示这种谐振,见图9。数字实施则可以彻底避免这些谐振峰。

图9:模拟无源低音滤波器特性

  图9:模拟无源低音滤波器特性

  结论

  测量结果说明,实施有源分频器可以获得显著的优势。

  降低THD和IMD的潜力非常大。阻尼因子的值可以提高数十到数百,阻抗异常则完全消除。这些特性的改善可最终提高声音的质量。

  降低失真水平可提高清晰度,从而显示更多的声音细节,并更好地区分各种乐器。减少底噪调制可以突出动态,并且较低的底噪还方便解析极低的细节水平。较高的阻尼因子可实现卓越的低音控制,从而提供快速而精确的低音和瞬变。

  除了这些特性之外,每个驱动器均采用数字输入D类放大器,还使得功率水平能够按照高、低音灵敏度进行精确调整。再加上有源分频器没有耗散,因此可确保实现最佳的效率。

  数字滤波器的实施可以重复,因此消除了无源组件容差多变的不利影响。热效应也被降至最低,使得有源扬声器系统能够提供更加一致的性能。

  通过几乎免费提供的DSP装置,可以轻松地创建更加复杂的滤波器架构,从而制定更加精确的滤波器特性——这种能力远超无源网络。驱动器时间调整和限幅等其它功能也有助于系统实现最佳的性能。

  总之,在高效的无线有源扬声器中采用有源分频器的优势极具吸引力。

关键字:数字有源  分频滤波器  有源扬声器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1213/article_21679.html
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