為何要謹(jǐn)慎地增加音頻處理系統(tǒng)的THD

THD（總諧波失真，total harmonic distortion）：是信號(hào)諧波失真的一項(xiàng)指標(biāo)，表達(dá)為所有諧波成分功率之和與基本頻率信號(hào)功率的比值。較低的總諧波失真使得音響、電子放大器或麥克風(fēng)等設(shè)備產(chǎn)生更加精確、較少諧波、與原始采樣信號(hào)接近的輸出信號(hào)。
　　為獲得更高音頻系統(tǒng)保真度，文章將介紹一種新的概念。許多系統(tǒng)，特別是應(yīng)用到家庭影院/迷你小型樂(lè)隊(duì)市場(chǎng)的一些系統(tǒng)，都謹(jǐn)慎地給輸出信號(hào)增加失真。盡管這樣做看似不符合我們的常識(shí)，但設(shè)計(jì)人員考慮這么做是有原因的。這種技術(shù)的主要目的是最大化平均功率輸出，同時(shí)限制峰值的出現(xiàn)。
　　一些客戶(hù)在一些列產(chǎn)品中都使用相同的功率放大器IC.這讓他們可以更大批量地采購(gòu)一種器件，從而降低成本，簡(jiǎn)化庫(kù)存。他們可能會(huì)使用一種小功率電源來(lái)節(jié)省成本?？蛻?hù)會(huì)使用一個(gè)小功率電源的閉環(huán)、固定增益放大器。它限制了輸出電壓擺動(dòng)（通過(guò)限制輸出），這樣可以保護(hù)小功率電源免受過(guò)電流狀態(tài)的損壞。但是，一個(gè)簡(jiǎn)單的衰減器便可讓系統(tǒng)更加安靜。讓輸出稍微失真，可極大增加感知RMS功率。在確定增加失真程度時(shí)需小心謹(jǐn)慎，不得增加過(guò)多！
　　對(duì)于其他客戶(hù)而言，限制其信號(hào)的電壓輸出可幫助限制揚(yáng)聲器漂移。但是，在這種情況下應(yīng)小心操作，因?yàn)檫M(jìn)入揚(yáng)聲器的高RMS功率可能會(huì)引起可靠性問(wèn)題。
　　在數(shù)字處理系統(tǒng)中，可通過(guò)使數(shù)字采樣飽和給信號(hào)引入THD.也就是說(shuō)，使用足夠增益，推移最高有效位，讓其超出數(shù)字采樣大小。例如，你有一個(gè)24位字，你的采樣為0x900000.使用12 Db增益，最高音頻位便超出采樣的最高有效位（MSB）。
　　之后，下調(diào)該數(shù)據(jù)至你需要的音頻輸出電平。所以，其可以概括為：
　　
　　圖1放大信號(hào)為削波增加THD，然后降低輸出產(chǎn)生特定峰值到峰值電壓的更平均功率
　　這聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但許多音頻處理器實(shí)際并非最高有效位=全量程音頻。例如，一些TI的音頻處理器使用一種被稱(chēng)為9.23的數(shù)據(jù)格式。這種采樣數(shù)據(jù)可用下列方法表示16位或者24位數(shù)據(jù)：
　　
　　圖2把標(biāo)準(zhǔn)16位或者24位音頻采樣映射至32位或者48位內(nèi)存位置中
　　正如你看到的那樣，MSB和LSB添加了一些補(bǔ)位。LSB很容易理解—如果你削減某個(gè)16位字（使用CD播放器），則你仍然有一些無(wú)需刪減便可復(fù)制的位。
　　在頂端，共有9個(gè)位，用于防止音頻數(shù)據(jù)意外飽和。例如，如果你使用一個(gè)24-dB增壓的均衡器（EQ），并且你輸入一個(gè)“全量程”16位字，則你可能會(huì)非有意地讓信號(hào)飽和，也即增加失真，而這與我們努力的方向背道而馳。
　　削波時(shí)存在振幅損失，因此THD（后）可能允許少量增益通過(guò)THD管理器。10%失真削波帶來(lái)約–1dB輸出電平損失。
　　在我們的例子中，系統(tǒng)有一條9.23音頻通路。我們希望在–12 dB輸出下產(chǎn)生10%THD.平均輸入為–10 dBFS（–10 dB參考24位全量程音頻源）。
　　我們需要放大至全量程及以上（“溢出位”9位）。因此，在一個(gè)增壓模塊中，我們給原始源添加10 dB，以達(dá)到全量程，之后再添加27dB來(lái)填充9個(gè)溢出位。現(xiàn)在，增加3dB增益，以對(duì)信號(hào)削波。總計(jì)，我們需要增加40dB增益。
　　現(xiàn)在，我們有一個(gè)填充音頻通路MSB的信號(hào)，并要求進(jìn)行削減，這樣便可在–12 dB下輸出內(nèi)容。這意味著削減39dB.產(chǎn)生的輸出具有10%失真，且輸出電平為–12 dB.看！我們現(xiàn)在已經(jīng)在–12 dB輸出下增加了RMS功率（通過(guò)增加失真），并同時(shí)讓電源和揚(yáng)聲器的工作都更加輕松愜意。
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