扬声器的自滤波特性与D类功放失真的改善(精)

音频功放失真及常见改善方法无论是电失真还是声失真，按失真的性质来分，主要有频率失真和非线性失真两种。

引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变化，仅出现波形失真，不增加新的频率成分，属于线性失真。

谐波失真(THD)、互调失真(IMD)等可产生新的频率成分，或各频率分量的调制产物，这些多余产物与原信号极不和谐，引起声音畸变，粗糙刺耳，这些失真属于非线性失真。

1.谐波失真谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。

这种失真使音频信号产生许多新的谐波成分，叠加在原信号上，形成了波形失真的信号。

将各谐波引起的失真叠加起来，就是总谐波失真度，其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。

在这里，基波信号就是输入信号，所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。

显然，该百分数越小，谐波失真越小，电路性能越好。

目前，Hi-Fi功放的谐波失真一般控制在0.05%以下，许多优质功放的谐波失真已小于0.01%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在0.03%以下。

事实上，当总谐波失真度小于0.1%时，人耳就很难分辨了。

另需说明的是，对于一台指定的音频功放而言，例如，某音频功放的总谐波失真指标表示为THD<0.009%(1W)。

初看起来，似乎总谐波失真很小，但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真，这与在有关标准要求的测量条件下所得的总谐波失真值是不同的。

所以，在标明音频功放的总谐波失真指标时，一般都会注明测量条件。

众所周知，人的听觉系统是极其复杂的，有时谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听，这种现象的原因是多方面的。

其中，与各次谐波成分对音质的影响程度不同有直接关系。

尽管石机与胆机的稳态测试数据相同，但人们总觉得胆机的低音醇厚激荡、中音明亮圆润、高音纤细清澈，极为耐听;石机则低频强劲有力，中高频通透明亮，但高频发毛，声音生硬，音色偏冷。

经频谱分析发现，石机含有大量的奇次谐波，奇次谐波给人耳造成刺耳难听的感觉;胆机则含有丰富的偶次谐波，而人耳对偶次谐波不敏感。

高效率、低失真的D类音频功率放大器的开题报告一、项目背景与意义随着数字化时代的到来，音频设备成为人们日常生活中不可或缺的一部分。

而音频功率放大器作为音频系统中最为重要的环节，其性能的优劣直接影响到音质的好坏。

在传统的音频功率放大器中，A类功率放大器虽然有着较低的失真率，但功率效率极低；而B类功率放大器虽有较高的效率，但失真率却较高。

D类功率放大器则是在节省功耗的同时，尽可能地降低失真。

因此，本项目旨在设计一款高效率、低失真的D类音频功率放大器，以满足现代音频设备对音质和功率效率的双重需求，提升用户的音频体验。

二、项目内容和技术路线本项目将采用数字控制技术和脉冲宽度调制技术，实现高效率、低失真的D类音频功率放大器。

具体技术路线如下：1. 采用数字控制技术对D类功率放大器进行全面优化，降低失真率。

2. 运用脉冲宽度调制技术对音频信号进行控制，提高功率效率。

3. 用低噪声/低失真放大器对信号进行前置放大，进一步降低失真率。

4. 采用模拟/数字混合电路对信号进行滤波，提高音质。

5. 选用高性能功率MOS管，以提高放大器的可靠性和稳定性。

三、项目预期目标和结果1. 实现高效率、低失真的D类音频功率放大器。

2. 设计的放大器在0.1 %失真率下，输出功率达100W。

3. 提高音质，减少杂音，提升用户体验。

4. 实现商用化生产，并在音频设备市场中推出。

四、项目进度安排本项目已经开始启动，并初步完成了方案设计。

预计以下进度安排：1. 第一阶段（两个月）：详细设计和仿真。

2. 第二阶段（两个月）：原型的PCB设计。

3. 第三阶段（两个月）：实验室测试，电路调试，数据分析。

4. 第四阶段（一个月）：完善设计细节，优化性能。

5. 第五阶段（一个月）：生产并推广。

音频功率放大器失真的要点及设计改善方法失真是输入信号与输出信号在幅度比例关系、相位关系及波形形状产生变化的现象。

音频功放的失真分为电失真和声失真两大类。

电失真是由电路引起的，声失真是由还音器件扬声器引起的。

电失真的类型有：谐波失真、互调失真、瞬态失真。

声失真主要是交流接口失真。

按性质分，有非线性失真和线性失真。

线性失真是指信号频率分量间幅度和相位关系的变化，仅出现波形的幅度及相位失真，这种失真的特点是不产生新的频率分量。

非线性失真是指信号波形发生了畸变，并产生了新的频率分量的失真。

音频功放所产生的失真要点如下：一、谐波失真这种失真是由电路中的非线性元件引起的，信号通过这些元件后，产生了新的频率分量（谐波），这些新的频率分量对原信号形成干扰，这种失真的特点是输入信号的波形与输出信号波形形状不一致，即波形发生了畸变。

降低谐波失真的办法主要有：1、施加适量的负反馈。

2、选用特征频率高、噪声系数小和线性好的放大器件。

3、提高电源的功率储备，改善电源的滤波性能。

二、互调失真两种或多种不同频率的信号通过放大器或扬声器后产生差拍与构成新的频率分量，这种失真通常都是由电路中的有源器件（如晶体管、电子管）产生的。

失真的大小与输出功率有关，由于新产生的这些频率分量与原信号没有相似性，因此较少的互调失真也很容易被人耳觉察到。

减少互调失真的方法：1、采用电子分频方式，限制放大电路或扬声器的工作带宽，从而减少差拍的产生。

2、选用线性好的管子或电路结构。

三、瞬态失真瞬态失真是现代声学的一个重要指标，它反映了功放电路对瞬态跃变信号的保持跟踪能力，故又称瞬态反应。

这种失真使音乐缺少层次或透明度，有两种表现形式：A、瞬态互调失真。

在输入脉冲性瞬态信号时，因电路中的电容使输出端不能立即得到应有的输出电压，而使负反馈电路不能得到及时的响应，放大器在这一瞬间处于开环状态，使输出瞬间过载而产生削波，这一削波失真称为瞬态互调失真，这种失真在石机上表现较为严重。

谈谈音频功放失真及常见改善方法(yiya)谈谈音频功放失真及常见改善方法音频功放失真是指重放音频信号波形畸变的现象，通常分为电失真和声失真两大类。

电失真就是信号电流在放大过程中产生了失真，而声失真是信号电流通过扬声器，扬声器未能如实地重现声音。

无论是电失真还是声失真，按失真的性质来分，主要有频率失真和非线性失真两种。

其中，引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变化，仅出现波形失真，不增加新的频率成分，属于线性失真。

而谐波失真（THD）、互调失真（IMD）等可产生新的频率成分，或各频率分量的调制产物，这些多余产物与原信号极不和谐，引起声音畸变，粗糙刺耳，这些失真属于非线性失真。

在这里，分别对谐波失真、互调失真、瞬态互调失真（TIM）、交流接口失真（IHM）等加以讨论。

１．谐波失真谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。

这种失真使音频信号产生许多新的谐波成分，叠加在原信号上，形成了波形失真的信号。

将各谐波引起的失真叠加起来，就是总谐波失真度，其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。

在这里，基波信号就是输入信号，所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。

显然，该百分数越小，谐波失真越小，电路性能越好。

目前，Ｈｉ－Ｆｉ功放的谐波失真一般控制在0.05%以下，许多优质功放的谐波失真已小于0.01%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在0.03%以下。

事实上，当总谐波失真度小于0.1%时，人耳就很难分辨了。

另需说明的是，对于一台指定的音频功放而言，例如，某音频功放的总谐波失真指标表示为THD<0.009%(1W)。

初看起来，似乎总谐波失真很小，但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真，这与在有关标准要求的测量条件下所得的总谐波失真值是不同的。

所以，在标明音频功放的总谐波失真指标时，一般都会注明测量条件。

众所周知，人的听觉系统是极其复杂的，有时谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听，这种现象的原因是多方面的。

音频功放失真是指重放音频信号波形畸变的现象，通常分为电失真和声失真两大类。

电失真就是信号电流在放大过程中产生了失真，而声失真是信号电流通过扬声器，扬声器未能如实地重现声音。

无论是电失真还是声失真，按失真的性质来分，主要有频率失真和非线性失真两种。

其中，引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变化，仅出现波形失真，不增加新的频率成分，属于线性失真。

而谐波失真（THD）、互调失真（IMD）等可产生新的频率成分，或各频率分量的调制产物，这些多余产物与原信号极不和谐，引起声音畸变，粗糙刺耳，这些失真属于非线性失真。

在这里，我们分别对谐波失真、互调失真、瞬态互调失真（TIM）、交流接口失真（IHM）等加以讨论。

技术分享：音频功放失真及常见改善方法点击此处查看全部新闻图片１．谐波失真谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。

这种失真使音频信号产生许多新的谐波成分，叠加在原信号上，形成了波形失真的信号。

将各谐波引起的失真叠加起来，就是总谐波失真度，其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。

在这里，基波信号就是输入信号，所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。

显然，该百分数越小，谐波失真越小，电路性能越好。

目前，Ｈｉ－Ｆｉ功放的谐波失真一般控制在0.05%以下，许多优质功放的谐波失真已小于0.01%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在0.03%以下。

事实上，当总谐波失真度小于0.1%时，人耳就很难分辨了。

另需说明的是，对于一台指定的音频功放而言，例如，某音频功放的总谐波失真指标表示为THD<0.009%(1W)。

初看起来，似乎总谐波失真很小，但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真，这与在有关标准要求的测量条件下所得的总谐波失真值是不同的。

所以，在标明音频功放的总谐波失真指标时，一般都会注明测量条件。

众所周知，人的听觉系统是极其复杂的，有时谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听，这种现象的原因是多方面的。

滤波器在音频设备中的失真修复音频设备如音响、耳机等在我们的日常生活中扮演着重要角色。

然而，由于各种因素的干扰，音频信号有可能会出现失真。

在音频信号处理领域，滤波器是一种常用的工具，可以有效修复音频设备中的失真问题。

本文将介绍滤波器在音频设备中的失真修复原理，并探索其中的应用。

一、滤波器的原理1.1 频率响应特性滤波器根据频率响应特性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等多种类型。

其中，低通滤波器可以通过滤除高频成分来修复高频失真，而高通滤波器则可以通过滤除低频成分来修复低频失真。

1.2 相位响应特性除了频率响应特性，滤波器的相位响应特性也对音频信号的失真修复起到重要作用。

滤波器的相位失真可以通过合理设计和优化滤波器的结构来减轻。

二、滤波器的应用2.1 实时音频修复滤波器广泛应用于音频传输和处理环节，能够实时修复音频信号中的失真。

特别是在语音通信、音乐录制、电影制作等领域，滤波器的应用不可或缺。

通过对特定频率范围内的失真信号进行滤波处理，可以有效提升音频设备的表现力，还原原始音频信号的真实性。

2.2 音频后期处理在音频后期处理中，滤波器可以用来调整频率响应，实现音频信号的均衡和修饰效果。

例如，在音乐制作过程中，为了增强低频和高频的表现力，可以采用低通滤波器和高通滤波器对音频信号进行处理。

2.3 音频特效设计滤波器在音频特效设计中也发挥着重要作用。

例如，在电影中实现环境音效的增强效果，可以利用滤波器模拟不同环境下的声音特性，达到增强真实感的效果。

三、滤波器的优化与改进为了提高音频信号的失真修复效果，现代音频设备中的滤波器也在不断优化和改进。

以下是一些常见的优化方法：3.1 时域和频域的折中传统的滤波器设计往往会在时域和频域上做权衡。

然而，现代音频设备中的滤波器则更加注重在时域和频域上的平衡，以获得更好的失真修复效果。

3.2 自适应滤波器自适应滤波器是一种根据输入信号的特性自动调整滤波器参数的方法。

扬声器失真及其改善方法扬声器失真是指在放大音频信号时，扬声器无法准确地重现原始信号，产生了一些非线性失真效应。

这些非线性失真效应包括谐波失真、交调失真和间接失真等，会导致音质变差并影响听音体验。

在本文中，我们将讨论扬声器失真的原因以及改善方法。

1.扬声器本身的设计和制造缺陷：扬声器的设计和制造质量直接影响其失真特性。

材料的质量、振膜的刚度、磁场的均匀性等都会影响扬声器的失真水平。

2.扬声器的负载匹配问题：扬声器在工作时需要接受功放输出的电信号驱动。

如果功放输出的电信号与扬声器的负载不匹配，会导致功放的输出失真。

3.扬声器的工作频率范围限制：扬声器在不同频率范围内的失真特性可能不同。

通常情况下，扬声器在低频时失真较小，但随着频率的提高，失真会逐渐增加。

现在，让我们来看一下改善扬声器失真的方法：1.扬声器的设计和制造质量控制：改善扬声器失真的最有效方法之一是通过改善扬声器的设计和制造工艺。

使用高质量的材料，提高振膜的刚度，改善磁场的均匀性等，都可以减少扬声器本身的失真。

2.扬声器的负载匹配：为了减少功放输出的失真对扬声器的影响，我们可以通过合理设计功放的输出电路，使其能够更好地适应扬声器的负载。

这可以通过添加适当的缓冲电路、使用恰当的负载匹配网络等方式实现。

3.扬声器的工作频率范围控制：对于扬声器克服频率依赖的失真，我们可以使用分频器将音频信号分成不同的频率范围，并使用特定的扬声器单元来重现不同频率范围的音频信号。

这样可以避免一些频率范围内的失真影响整体音质。

4.采用数字信号处理技术：数字信号处理（DSP）技术可以在音频信号经过功放输出之前对其进行数字处理，从而提高音频的质量。

DSP可以修复音频信号中的失真，并实现精确的扬声器控制，从而改善音质。

5.使用反馈控制技术：反馈控制技术可以利用测量扬声器的输出信号与输入信号的差别，通过调整电路参数来减少失真。

这种技术可以在一定程度上提高扬声器的线性度和减少失真。

d类功放失真D类功放（Class D Amplifier）是一种高效率功率放大器，广泛应用于音频放大领域。

它的工作原理基于PWM（脉宽调制）技术，与传统的A类、B类和AB类功放有所不同。

尽管D类功放具有高效率和小体积等优势，但它也存在一些失真问题。

本文将分析D类功放的失真问题，并探讨其原因与解决方法。

D类功放失真主要包括两个方面：高频失真和非线性失真。

首先，高频失真是由于D类功放的PWM调制过程存在波形畸变而导致的。

PWM 调制生成的方波信号会引起高频噪声和谐波失真。

这种失真会严重影响音频信号的音质。

其次，非线性失真主要源于功放输出级的开关特性和MOSFET开关管的非线性。

当音频信号经过功放输出级时，输出级的开关过程会引起信号波形的畸变，产生各种非线性失真成分。

D类功放失真的原因主要有以下几点：1. PWM调制导致的波形畸变：D类功放是通过PWM技术对音频信号进行调制，将其转换成高频方波信号。

但由于PWM调制过程中的采样与保持问题，以及电感元件的电流波动等因素，会导致方波信号的波形不完美，从而引发高频失真。

2.输出级开关特性：D类功放的输出级是由MOSFET开关管构成的，其开关特性决定了输出级对音频信号的响应。

然而，MOSFET开关管的非线性特性会引起失真。

特别是在开关转换的瞬间，MOSFET开关管会产生截断失真、交串失真和非对称失真等问题。

3.电压采样和反馈延迟：D类功放通过电压采样和反馈机制来控制PWM调制，以使输出信号与输入信号保持一致。

然而，电压采样和反馈的过程会引入一定的延迟，导致系统的相位失真和时域失真。

为了解决D类功放失真问题，我们可以采取一些改进措施：1.进一步改善PWM调制技术：提高PWM调制器的采样速度和精度，优化电感元件的选取和设计，减小调制过程中的波形畸变，从而降低高频失真。

2.优化输出级设计：改善MOSFET开关管的选用和特性，降低开关过程中的非线性失真。

可以采用更好的驱动电路和反馈技术，减小输出级对音频信号的影响，提高音频信号的线性度和准确性。

[音频功率放大器] D类音频功放IC的原理及特点2010-12-29 23:10:12| 分类：默认分类 | 标签：效率功放 mosfet 音频信号|字号订阅D类音频功放IC的原理及特点1 D类音频功放IC系统结构D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET 电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。

流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声，如图1所示。

2 调制级(PWM-Modulation)调制级就是A／D转换，对输入模拟音频信号采样，形成高低电平形式数字PWM信号。

图2中，比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。

在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。

这是D类功放核心之一，必须要求三角波线性度好，振荡频率稳定，比较器精度高，速度快，产生的PWM方波上升、下降沿陡峭，深入调制措施参见文献[2]。

3 全桥输出级输出级是开关型放大器，输出摆幅为VCC，电路结构如图3所示。

将MOSFET等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET 基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％，但考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗，整体转换效率一般可达90％左右。

因为转换效率很高，所以芯片本身消耗的热能小，温升也才很小，完全可以不考虑散热不良，因此被称为绿色能效D类功放。

对全桥,进一步减小导通损耗，要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。

选取低开关频率和栅源电容小的MOSFET，加强前置驱动器的驱动能力。

4 LPF低通滤波级LPF滤波器可消除PWM信号中电磁干扰和开关信号，提高效率，降低谐波失真，直接影响放大器带宽和THD，必须设置合适截止频率和滤波器滚降系数，以保证音频质量。

扬声器的自滤波特性与D类功放失真的改善
刘长学
【期刊名称】《广西工学院学报》
【年(卷),期】2004(015)004
【摘要】应用动圈式扬声器的电-力-声类比等效线路对动圈式扬声器的频率特性进行了初步的研究,提出了利用扬声器的自滤波性能改善因D类功放移相网络引起信号相位失真的方法.同时,采用比较、反馈的方法对音频信号的谐波加以抑制,使得数字功放的总体失真指数下降.
【总页数】4页(P62-64,73)
【作者】刘长学
【作者单位】盐城工学院电气工程系,江苏,盐城,224003
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.1
【相关文献】
1.基于单片机及FPGA的高效率、低失真D类功放设计 [J], 吴兴波;关文翠;贾彬彬
2.扬声器谐波失真的改善 [J], 林渊
3.D类功放的交越失真 [J], 刘长学;王惠贞
4.电流负反馈对电动式扬声器失真的改善 [J], 赵建华
5.小型扬声器D类功放IC最大功率150mW [J],
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第15卷第4期2004年12月广西工学院学报Vol115No14JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY Dec12004文章编号100426410(2004)0420062203扬声器的自滤波特性与D类功放失真的改善刘长学(盐城工学院电气工程系,江苏盐城224003)摘要:应用动圈式扬声器的电-力-声类比等效线路对动圈式扬声器的频率特性进行了初步的研究,提出了利用扬声器的自滤波性能改善因D类功放移相网络引起信号相位失真的方法。

同时,采用比较、反馈的方法对音频信号的谐波加以抑制,使得数字功放的总体失真指数下降。

关键词:扬声器;低通滤波;失真中图分类号:TN72211文献标识码:A1概述,、超低音的功率放大电路中已广泛使用。

以往数“失真度”这一参数上与传统的模拟功率放大器(尤其是A类)差距甚大[1]。

,越来越多的专用芯片被开发出来,直接或间接地应用到音频功率放大领域中来,各项技术指标大大改善,使得数字功率放大器成了新一代功率放大器的主流产品而倍受关注。

一般来说,无论哪一类功率放大器,其输出必须是模拟信号,而对数字功放而言,其H桥输出的是PWM信号,因此先要将调制在载波上的模拟音频信号取出来,才能驱动扬声器发声。

这个工作是通过一个LC低通滤波器完成的。

但LC低通网络是一个移相网络,当复合音频信号通过这个网络时,各个频率信号的相移不同,这就导致音频信号产生相位失真。

另外,调制过程中也会产生信号的非线性失真。

减小失真成了进一步提高数字功放性能的重要课题。

2扬声器单元的自滤波特性目前,音响设备中使用的扬声器单元,绝大多数是动圈式扬声器。

不管是高音单元、中音单元还是低音单元,它们具有类似的结构、相同的电声换能原理以及对信号源所呈现的性质。

其中扬声器单元本身所具有的自滤波性质更是三者所共有的。

下面以低音单元为例阐明其这种特性。

由于低音的波长远大于扬声器振动系统的尺寸,所以它的特性可用一个集中线路来模拟,这个方法称为收稿日期:2004205226作者简介:刘长学(19642),男,江苏建湖人,盐城工学院电气工程系讲师。