2014年10月21日 星期二

The amplifier and speaker spec impact on audio performance 放大器與喇叭的規格對於音頻訊號的影響

當Codec的DAC轉出音頻訊號後,需要經過放大器來增強訊號,再透過喇叭將電能轉為聲能,才能發出聲音。要有好的聲音品質需要注意放大器與喇叭的規格,下面列出一些要注意的規格。

Class-D amp 放大器
Class-D amplifier給speaker的最大輸出功率計算,當VDD=5V,在最理想的情況下,輸出電壓Vrms= 5Vx0.707= 3.535V ,當speaker阻抗在8ohm的情況下,輸出功率為V²/R=3.535²/8=1.562W。在4ohm的情況下,可以輸出3.124W。下圖為TI AIC3262 Class-D Amp output spec,它的最大輸出Vrms=3.46V,輸出功率為1.41W,這是在失真10%時量到的數據,如果增加amp的輸出功率,失真度就會超過10%。另外還有幾個影響輸出信號品質的數據,SNR 、THD+N、PSRR。

1.SNR :訊號與雜訊的比率,在放大倍率為6dB (Vo/Vi=2, 20log2=6dB)的條件下, 量測SNR數
                值越大,表示音頻的雜訊越小。
2.THD+N:總諧波失真+N,就是總諧波失真加上雜訊後與訊號的比值,等於把SNR也考慮
                 進去。比值會小於1,再取log,所以是負數。
3.PSRR:電源抑制比,當放大器的電源輸入端出現雜訊時,會產生多少比例的雜訊在放大器
                 輸出端,表示這個放大器抗電源雜訊的能力,數值越大越好。
4,Po      :最大輸出功率,這需要考慮量測的條件,尤其是在不同的放大倍率與THD+N數值的
                 情況下。另外在設定放大器的輸出功率時,需要考慮後級speaker的power rating,
                 輸出功率大於後級的power rating時,有可能會燒掉speaker。



Speaker喇叭
Speaker的規格書上,我主要看它的幾個參數,dimension, impedance,Power rating,lowest resonant Frequency, S.P.L, FR , distortion.


1.Dimension:在物理條件的限制下,一個Speaker的尺寸大小直接影響它的聲音表現。小尺寸                                的喇叭,很難在低音方面能有表現。
2.Impedance:P=V²/R, 當放大器輸出電壓固定的情況下,阻抗越低,能產生的功率越大。但
                       相對的,消耗的電流也會增加。
3.Power rating:喇叭能承受的功率,如果輸出過大的功率給喇叭,是會造成喇叭燒掉的。
而且越大功率的喇叭,不代表能產出的聲音比較大
4.Lowest resonant frequency:最低共振頻率點,這表示喇叭的低頻點,在這個頻率點,喇叭的   阻抗最大。
5.Output Sound Pressure:SPL表示聲壓大小,需要參考它的測試條件。在下面規格書的例子
提供1W給speaker,可以在距離0.5m處,量到81dB的聲壓。供不同的瓦
、在不同的距離量測,量到的聲壓也不同。這個數據也表現出這個speaker
電能與聲能的轉換效率。
6.Frequency Range:表示speaker輸出的頻寬,在下面規格書的例子是量測每個頻率點的SPL,                               要能大於Average SPL-10dB,才算是在頻帶內。
7.Distortion  :失真度,下面的例子是供speaker 1W,量測1Khz頻率點,失真最多為5%。如果                                提供超過1W的能量給Speaker,失真度就可能超過5%。

上圖為speaker的頻率響應圖,可以看出在頻帶450~20kHz,SPL都在70dB以上。但由於speaker
最低共振頻率點為900Hz,所以900Hz以下的頻率點,失真度都會過高。

Reference
1.http://www.ti.com/product/tlv320aic3262
2.http://www.endrich.com/es/55825/altavoces+din%C3%A1micos?prodnav=2_55825

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