關(guān)于限幅器參數(shù)設(shè)置方面的指南

這篇文章的主旨是幫助廣大用戶更好的理解如何使用Powersoft功放DSP當(dāng)中不同種類的限幅器。這篇文章所描述的內(nèi)容適用于Powersoft以下產(chǎn)品型號(hào)：X系列，T系列，Otto/Quattro/Due Canali DSP+D系列，Mezzo系列以及Loto DSP。

成都漢芯國(guó)科集成技術(shù)有限公司(chengdu chinesechip)是一家無(wú)線通信集成電路科技公司、在射頻和微波集成電路及多芯片組件的設(shè)計(jì)、制造處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

選擇合適的限幅器不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情，這需要考慮到許多方面的因素;例如，可能遇到的一個(gè)難題是，如何決定啟動(dòng)閾值和時(shí)間常量的數(shù)值來(lái)使得揚(yáng)聲器既得到了應(yīng)有的保護(hù)而又依然保持著該有的音質(zhì)表現(xiàn),因此對(duì)限幅器做的每一個(gè)調(diào)整都需要基于你對(duì)所保護(hù)的揚(yáng)聲器組件有更加廣泛的了解，在這個(gè)基礎(chǔ)之上才有可能正確使用限幅器。

限幅處理也會(huì)被認(rèn)為是某種“藝術(shù)”處理手段，對(duì)此很多人都會(huì)有自己的觀點(diǎn)和理論。出于以上原因，本文只是為用戶提供關(guān)于限幅器參數(shù)設(shè)置方面的指南，以及在Powersoft的設(shè)備當(dāng)中如何恰當(dāng)?shù)氖褂盟鼈儭?/p>

注：Powersoft不對(duì)因誤用本文所包含的信息或者因不正確的限幅器設(shè)置而導(dǎo)致?lián)P聲器或造成其他損壞的后果承擔(dān)任何責(zé)任。本文作為一個(gè)通用指南，其在實(shí)際中的具體應(yīng)用取決于具體環(huán)境。

2限幅，音箱的損壞以及功率壓縮

在擴(kuò)聲系統(tǒng)當(dāng)中，限幅處理這一手段是用來(lái)保護(hù)揚(yáng)聲器免受意外情況帶來(lái)的內(nèi)部元件損壞;因此，限幅器起到的的作用是對(duì)抗那些過(guò)度的信號(hào)峰值以及過(guò)度的長(zhǎng)期平均功率。

需要注意的是。對(duì)揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō)，限幅的手段不僅是預(yù)防突發(fā)情況帶來(lái)的損壞，它的首要功能是保證揚(yáng)聲器的壽命得以延長(zhǎng)。

揚(yáng)聲器限幅器的設(shè)計(jì)人員通常不會(huì)考慮限幅器如何施加聲染色，而是更關(guān)心是否能保護(hù)揚(yáng)聲器。下面列舉了幾個(gè)限幅器在音頻鏈路中典型的應(yīng)用：

控制信號(hào)的能量

控制信號(hào)的峰值電平

減小信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍

要知道，在擴(kuò)聲系統(tǒng)中我們處理的是功率信號(hào)(也就意味著高電壓以及強(qiáng)電流)，那么我們?cè)O(shè)置限幅器的主要目標(biāo)就是防止揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)單元受到來(lái)自兩方面的損壞：

過(guò)度拉伸：一個(gè)送入揚(yáng)聲器的脈沖信號(hào)之所以能夠?qū)P(yáng)聲器造成損壞是因?yàn)橐羧^(guò)度拉伸的運(yùn)動(dòng)軌跡造成的，音圈的振動(dòng)幅度已經(jīng)超出了物理的限制范圍。這種情況下，與音圈相連的振膜會(huì)發(fā)生形變或破損。

過(guò)熱：向揚(yáng)聲器長(zhǎng)時(shí)間傳遞高功率信號(hào)有可能會(huì)引起揚(yáng)聲器內(nèi)部部件(比如銅線繞制的音圈、線圈架、磁鐵、懸掛部件以及紙盆)溫度過(guò)高。由此帶來(lái)的另一個(gè)影響則是功率壓縮，這在低頻揚(yáng)聲器當(dāng)中尤為明顯。功率壓縮是由于音圈內(nèi)部阻值升高所導(dǎo)致的功率下降，進(jìn)而導(dǎo)致感知響度的下降。

3限幅器的種類：RMS、Peak和Clip

使用兩種類型的限幅器可以避免機(jī)械及溫度上的變化給揚(yáng)聲器所帶來(lái)的損壞：

RMS限幅器：RMS限幅器的作用是當(dāng)過(guò)大的功率被長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的施加在揚(yáng)聲器上時(shí)，保護(hù)揚(yáng)聲器免受高溫導(dǎo)致的損壞。溫度的升高會(huì)導(dǎo)致?lián)P聲器內(nèi)部過(guò)熱，甚至燃燒起來(lái)。設(shè)計(jì)者應(yīng)該知曉揚(yáng)聲器在安全范圍內(nèi)能夠承受的最大長(zhǎng)期功率(AES額定功率)。一個(gè)使用RMS限幅的有趣方法是通過(guò)揚(yáng)聲器線圈溫度來(lái)觀察揚(yáng)聲器工作溫度升高時(shí)阻抗曲線的峰值如何發(fā)生變化。

在圖3中我們能夠看到阻抗曲線與溫度之間的關(guān)系：綠色的曲線為揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度處在26℃時(shí)測(cè)得的，意味著揚(yáng)聲器內(nèi)部組件處于“涼爽”的狀態(tài)。橘黃色的曲線為揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度處在38℃時(shí)所測(cè)得的。我們能夠看到，當(dāng)揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度開(kāi)始升高時(shí)，峰值阻抗數(shù)值會(huì)變得比之前更高且在頻率上會(huì)有少許偏移。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控阻抗的變化可以在一定程度上判斷揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度是否上升，這可以幫助我們對(duì)揚(yáng)聲器實(shí)施保護(hù)。

對(duì)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)單元極限的全面了解可以使我們將揚(yáng)聲器的工作溫度保持在一個(gè)安全的數(shù)值范圍內(nèi)，這樣不僅可以避免不必要的設(shè)備損壞，而且也能將揚(yáng)聲器維持在一個(gè)“線性的”工作區(qū)當(dāng)中，不會(huì)出現(xiàn)功率壓縮的情況。

峰值限幅器：保護(hù)揚(yáng)聲器免受機(jī)械損壞。

設(shè)計(jì)者對(duì)該限幅器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置應(yīng)同時(shí)考慮揚(yáng)聲器振膜的最大位移和最大可承受電壓。

注釋：僅依靠峰值限幅器來(lái)保護(hù)揚(yáng)聲器，仍會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期平均功率過(guò)高，造成揚(yáng)聲器相應(yīng)的損害。

4 限幅器的參數(shù)

4.1 閾值

當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)閾值，限幅器開(kāi)始降低輸入增益。增益衰減數(shù)值等于輸入信號(hào)超出閾值的部份。閾值以電壓值來(lái)表示，這是因?yàn)樗Q于揚(yáng)聲器的功率和阻抗。

4.2 啟動(dòng)時(shí)間

啟動(dòng)時(shí)間為輸入信號(hào)超過(guò)閾值后，從限幅器開(kāi)始工作到完成70%衰減量所需要的時(shí)間。在保護(hù)揚(yáng)聲器不受損壞的應(yīng)用場(chǎng)合中，啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置得越長(zhǎng)，設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)也就越高。然而，如果啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置得過(guò)快，那么在限幅器進(jìn)行工作時(shí)，信號(hào)是會(huì)產(chǎn)生失真或者是嚴(yán)重的畸變的，尤其是一些大動(dòng)態(tài)的打擊信號(hào)(比如打擊樂(lè))，從而使得聲音質(zhì)量大打折扣。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)比較折中的方案是，啟動(dòng)時(shí)間不要長(zhǎng)于需要保護(hù)的最低頻率的周期(例如分頻點(diǎn)為1kHz的高音單元，啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)小于1ms)。

4.3 釋放時(shí)間

釋放時(shí)間為限幅器從最大衰減狀態(tài)恢復(fù)30%衰減量所需要的時(shí)間?？偟膩?lái)說(shuō)，釋放時(shí)間必須設(shè)定得當(dāng)以避免“喘吸”效應(yīng)。釋放時(shí)間可以被設(shè)置成啟動(dòng)時(shí)間的1至32倍。

4.4 軟拐點(diǎn)

軟拐點(diǎn)可以讓壓縮比隨著輸入信號(hào)電平提升而緩慢增加，這樣一來(lái)，聲音從未被壓縮直到被壓縮的這一過(guò)程的變化不會(huì)過(guò)于明顯。這一參數(shù)在Powersoft的限幅器當(dāng)中以dB表示，位于閾值下方。

5Powersoft功放的限幅器怎樣工作

5.1 RMS限幅器

RMS限幅在保證揚(yáng)聲器發(fā)揮其最高性能的同時(shí)保護(hù)其驅(qū)動(dòng)單元不會(huì)因過(guò)熱而燒壞。限幅器的設(shè)定不應(yīng)該使得系統(tǒng)的正常信號(hào)大小觸發(fā)其工作，因?yàn)橐话愕囊魳?lè)信號(hào)通常具有很高的峰值電平，而平均電平比較小。

5.2 峰值限幅器

峰值限幅器的設(shè)計(jì)目的在于避免揚(yáng)聲器紙盆可能出現(xiàn)的極端位移運(yùn)動(dòng)(這里的“極端位移”是相對(duì)于單元所允許的行程來(lái)說(shuō)的)，它的工作模式只基于被送入此通道信號(hào)的量的大小。峰值限幅器、RMS限幅器和削波限幅器的設(shè)置與并聯(lián)揚(yáng)聲器的數(shù)量無(wú)關(guān)：你既可以參考單只揚(yáng)聲器的阻抗和功率對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，也可以參考整個(gè)并聯(lián)揚(yáng)聲器網(wǎng)絡(luò)的阻抗和功率來(lái)進(jìn)行設(shè)置，兩者得到的結(jié)果是相同的。

使用峰值限幅器能夠降低峰值因數(shù),從而將原本信號(hào)的動(dòng)態(tài)“壓扁”。對(duì)于大多數(shù)情況，建議的增益衰減量是3—9dB。

5.3 削波限幅器

Powersoft所提供的的削波限幅器是一個(gè)“磚墻”限幅器，它被用于遏制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不允許信號(hào)超過(guò)所設(shè)定的閾值。這種限幅器有著0.3ms的固定啟動(dòng)時(shí)間——同時(shí)也有0.3ms的預(yù)測(cè)時(shí)間，這使得在過(guò)大的信號(hào)到來(lái)之前限幅器就能有所準(zhǔn)備，這樣的好處是降低硬削波所帶來(lái)的信號(hào)失真。削波限幅器的響應(yīng)速度非?？欤彩潜Ｗo(hù)揚(yáng)聲器免受損壞的最后一道防線。為了獲得最佳的品質(zhì)和性能表現(xiàn)，一般建議削波限幅器的增益衰減量為0-3dB，同時(shí)啟用Peak和RMS限幅器。

6怎樣計(jì)算限幅器的各項(xiàng)數(shù)值

為了給ArmoniaPlus所提供的三種限幅器計(jì)算電壓閾值，啟動(dòng)與釋放時(shí)間這幾個(gè)參數(shù)的合適數(shù)值，Powersoft提供了一款被稱為功率共享的計(jì)算工具。在這個(gè)工具當(dāng)中，專門有一個(gè)部分叫做“限幅器建議閾值”，可以給大家提供一個(gè)安全的數(shù)值作為初始設(shè)置。只需輸入揚(yáng)聲器的AES功率以及標(biāo)稱阻抗，選擇揚(yáng)聲器類型(低頻揚(yáng)聲器元，中頻揚(yáng)聲器單元，高頻揚(yáng)聲器單元，全頻揚(yáng)聲器單元)或分頻情況。數(shù)據(jù)輸入完畢之后，工具會(huì)進(jìn)行計(jì)算，提供一個(gè)合理的限幅器配置供使用者參考與選擇。此工具同時(shí)可以用于Low-Z揚(yáng)聲器與Hi-Z揚(yáng)聲器(100V、70V和25V)。

要注意的是，工具所計(jì)算出來(lái)的數(shù)值僅僅是一個(gè)初始參考，特別是對(duì)一些分頻驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器進(jìn)行限幅器配置的時(shí)候，建議使用音樂(lè)信號(hào)或者與音樂(lè)信號(hào)具有相同特征的音頻信號(hào)對(duì)各個(gè)分頻單元的性能進(jìn)行一定的分析與了解。通過(guò)這種方式，才能夠避免不同限幅器對(duì)不同分頻單元所做的不同增益衰減所導(dǎo)致的音色不平衡的問(wèn)題。

7結(jié)論

在對(duì)Powersoft的限幅器做基本分析后，我們可以聚焦在兩個(gè)方面：一是，Powersoft的限幅器的設(shè)計(jì)完全是為了保護(hù)揚(yáng)聲器，所以應(yīng)該總是將其激活，讓揚(yáng)聲器得到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù);二是音質(zhì)與一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，就像前面提到的那樣，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)在音質(zhì)上有著最佳表現(xiàn)時(shí)，RMS限幅器承擔(dān)著最重的限幅工作，峰值限幅器控制瞬態(tài)信號(hào)，而削波限幅器則作為保護(hù)揚(yáng)聲器的最后一道防線。

遵循這些簡(jiǎn)易的工作流程，在獲得良好音質(zhì)表現(xiàn)的同時(shí)，也能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

漢芯國(guó)科在中國(guó)多個(gè)區(qū)域建有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品線、制造和銷售1000多個(gè)產(chǎn)品型號(hào)。包括業(yè)界最小尺寸的真對(duì)數(shù)放大器(5mmX5mm)、低噪聲放大器(LNA、NF=0.20dB)、壓控振蕩器(VCO)、開(kāi)關(guān)(SWITCH)、低插損濾波器(Low Loss filter)、電源控制(DC-control) ，高線性功率放大器(H-L PA)，上電時(shí)序控制電路(Power timing sequence control circuit)和子系統(tǒng)。

審核編輯：湯梓紅