对于Hifi人们的偏好各不相同,有些人更关心低音效果,有些人更关心人声,还有些人更关心钢琴音效,因此没有一种完美的音频系统能满足每个人的主观偏好。然而,所有的客观偏好(规格)都是可测量的,如果某些测量出的规格不符合设计者的预期,那么调整是必要且有效的。最常见和复杂的问题是与总谐波失真加噪声(THD+N)和信噪比(SNR)的降低有关,其他规格的降低很少发生,根据如何高保真?音频电路设计需要遵循的几个设计要点中的内容容易优化,所以本节只分析噪声和THD的优化(本文的经验,不仅仅适用于HiFi系统的设计,可以有更广泛的启发)。
噪声优化
可听噪声是HiFi电路中常见且关键的问题。电阻、电容、电源、接地、空间辐射、放大器本身、数字音频源文件等都是噪声源。如果输出噪声高于预期,需要逐一检查各个来源:
较高的电阻会有较高的电阻热噪声,如果电阻热噪声是主要的贡献者,降低电阻可以减少总噪声。然而,本文中使用的电阻已经足够低,因此在当前情况下减少电阻并不会有助于降低噪声。推荐使用0.1%精度的薄膜电阻,以获得最佳的共模抑制和增益平衡。 超低噪声电源对于这种噪声敏感的应用始终是有益的。开关电源不能直接驱动DAC和放大器,因为电源具有明显的开关噪声、纹波和噪声基底,相反,超低噪声LDO或放大器是首选。例如TI LDO TPS7A470x系列是一种具有成本效益的解决方案,当输出为 时,其均方根噪声仅为5 V 。然而,即使是超低噪声LDO或放大器,也必须小心设计,使用低ESR陶瓷去耦电容靠近电源引脚,使电流环区域尽可能小,并且电源走线要短而宽。2.47 μ V ( 20 Hz~ 20 kHz ) 对于噪声敏感的应用,接地至关重要。电路板上的所有信号和噪声都通过共同的接地线一起传输,每个信号和噪声成分都会相互干扰。这种组合的接地实际上是有噪声的。良好的接地可以减小信号环面积和阻抗,从而最小化干扰。 电流产生磁场。即使音频频率低至 ,空间辐射也不容忽视。保持音频信号走线远离噪声源(开关电源、数字芯片、数字走线、时钟、射频电路等)。20 kHz OPA1612是一款经过验证的超低噪声运算放大器;然而,有时设备的输出噪声会高于预期。为了获得正常的噪声基底,设备的输入噪声应该低,接地应该良好,电源应该干净,去耦电容应该靠近其引脚,并且反馈电路环区域应该小。 PCM1794A 也是一种经过验证的超高性能数模转换器;然而,有时设备的输出噪声高于预期。为了获得正常的噪声水平,设备的接地应良好,电源应干净,去耦电容应靠近其引脚,其时钟也应干净。 提高电流/电压转换放大器的增益,并降低驱动放大器的增益。然而,这些调整的帮助有限,因为输出电压摆幅的可调范围受限,除非可以增加放大器的电源电压。 数字音乐文件源应该是非常高质量且无损的。.wav、APE 和 FLAC 文件是首选,而 mp3 文件不推荐,因为 mp3 是压缩的,且质量非常低。 正确配置音频分析器和测试电缆。
总谐波失真加噪声(THD+N)优化
高 THD 可能由数模转换器或放大器本身引起。确保数模转换器和放大器的外部组件和走线布局良好,电源干净。不建议使用开关电源直接驱动这些器件。
THD 与输出功率和耳机阻抗有关,输出功率和耳机阻抗应合理。整个音频信号链中每个阶段的增益应分布得当。如果其中任何一个阶段的增益过高,输出电压可能会过高,这将恶化 THD。
建议在反馈电路中使用C0G/NP0型陶瓷电容器,因为当音频信号电压跨接在这些电容器上时,它们的性能更佳。其他类型的陶瓷电容器(如X7R、X5R等)会产生大量的失真。
数字音乐文件的来源应该是非常高质量的;mp3是压缩的,且质量非常低。
正确配置音频分析器和测试电缆。