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真正的数字音频放大器离我们有多远
作者：佚名 文章来源：艾声音频 点击数： 更新时间：2008-4-8我们知道电信号的放大器至今仍是模拟放大器，它包括正弦波信号的线性放大器和脉冲信号的脉冲放大器。后者尽管不是线性放大器，但仍然属于模拟领域，这是电子学的基本常识。的确，可能许多人不清楚这个事实，就是无线电技术正是从脉 冲技术开始的，而不是线性技术。当俄国的波波夫开始发现电极打火产生的电磁信号可以传播很远，这就是脉冲信号和无线电电子学的开端。拿现代某些人的时髦用语来说，波波夫不就成了0和1的纯 “数字”技术创始人？推理下去也不就可以说无线电电子学是从数字技术开始的罗？定义么，本来就是人类自己想出来的。我想，如果一开始人们就称煤球为白，粉笔为 黑，几千年下来大概也不会有什么异议。
在电火花形式的信号传播之后，科学家、发明家不断在技术上推进，不仅有莫尔斯电报编码的脉冲形式，而且还要 有通话，甚至音乐的传播等等线性形式。人们还希望发出比自然声更大的声音，以便使更多的人能听到自己，这样才有 线性放大器和调制技术的开始。不知道大家是否注意到，老式的唱机是用逐渐加大开口的金属喇叭来扩声的。那年头有 唱片，但是没有放大器，没有电-机转换的扬声器。而电火花脉冲信号的大小则是靠电极两端电压的高低来决定，那年头 没有放大器这么一说。
放大器仅在有源器件发明之后才出现的，首当其冲的就是电子管，后来才出现晶体管。电子管和晶体管都可以用作 线性放大和非线性的脉冲放大。可以回忆一下，60年代的计算机还是用电子管构成的，一部性能远不如386的电脑，竟 然要占三间大房间。电脑里使用的几乎全是脉冲技术，例如门电路、触发器、钳位器、移位寄存器等，都是逻辑电路。而 逻辑电路构成现代计算机的基础，也是发展到如今普遍应用的数字技术的基础。但是从来没人把这些技术称作数字技术。
由于我们讨论的是数字音频功率放大器，而不是电脑。所以，数字音频技术的正确的定义应该是：模拟信号经过某 个采样频率（例如44.1 、48、96 kHz等）的采样，然后再经过量化（16、24、32比特等等）形成由一连串两态脉冲信 号所组成的数码流。这就是PCM，即脉冲编码调制技术。其电平的两态是器件的导通和截止，对于双极晶体管来说，是0. 3和3.6伏左右电压信号（所谓TTL电平）。当然，不同的器件，两态的具体定义是不同的，例如在磁带、光盘、磁盘等 载体上，它们的状态就只与磁化方向或有无光学反射有关。实际上，不是低电平就是0，高电平就是1。大多数是由低电 平跳向高电平的脉冲沿方向称1，由高电平跳向低电平的脉冲沿方向称0等等。
今天，“数字化”已经成为时髦词，有的行业甚至把它搞成一种运动。不管三七二十一，扯上扯不上，都冠以“数字” 二字。仔细观察现今被称作“全数字放大器”的中外产品和技术，也都含糊地把属于模拟技术领域的脉冲技术称之为“数 字”技术。于是原来脉冲技术中只有PCM，即脉码调制技术才能称上数字音频的定义，扩大到属于模拟技术的PWM，即脉 宽调制技术。据说理由是输出管只有0（截止）和1（导通）两态，所以就叫“数字”。荒唐，那些人可能不知道，当年大 影碟LD上光学槽的刻录，就是应用的PWM技术，光盘表面的槽与CD表面的槽都是那样光刻出来的，光盘表面也是两态， 即有反射和无反射。可是CD就是PCM数字编码方式，因此是数字信息；而LD上长短不同信息槽是PWM调制方式刻录的， 那可是百分之百的模拟技术。
为了简单，下面提到的数字放大器、数字功放都是指数字音频放大器。现在所谓的数字放大器里仍然是DAA，而不是 DDA。原因是输入的数字音频格式信号，在形成PWM调制的时候，虽然没有变成线性信号，但是已经变成了幅度不变，而 是宽度变化的脉冲信号。只有这样的变换，才能将信号幅度加大到足以控制输出功率管的程度。用脉冲宽度变化来控制 输出管导通时间的长短，然后用LC低通将高频脉冲成分滤掉，使得到达扬声器音圈上的电压是线性模拟信号，这样才能放出可以被人类听到的声音。可以看到，这种放大器的中间和后级都是模拟技术，只是脉冲放大而已。
当然，我也看到，有人把“D”类放大器的“D”，也称为 “Digital 数字”。我国通常把“A”称为“甲”类，把“B”成为“乙”类，而“D”是称为“丁”类的放大器。“丁”可无论 如何与“数字”扯不上关系。过去很长时间里，人们一直致力于克服A类、B类，以及AB类放大 器的线性和效率问题。的确AB类是个折衷。但是在一些效率比线性更重视的应用中，采用高效率开关方式的“D”类放大器就应运而生。但是如果用在高保真方面，线性度比AB类甚至比B类都差。甚至由于原理关系，会引进高频开关的干扰造成噪声。同时，大幅度的高频脉冲，很难做到上升和下降沿的陡度，于是使得方波变形成为三角波， 结果使得输出开关功率管处于不能全通或全闭状态，这时理论 上为0和1两态的波形，已经不是完全的方波，而变了形，
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在电火花形式的信号传播之后，科学家、发明家不断在技术上推进，不仅有莫尔斯电报编码的脉冲形式，而且还要 有通话，甚至音乐的传播等等线性形式。人们还希望发出比自然声更大的声音，以便使更多的人能听到自己，这样才有 线性放大器和调制技术的开始。不知道大家是否注意到，老式的唱机是用逐渐加大开口的金属喇叭来扩声的。那年头有 唱片，但是没有放大器，没有电-机转换的扬声器。而电火花脉冲信号的大小则是靠电极两端电压的高低来决定，那年头 没有放大器这么一说。
放大器仅在有源器件发明之后才出现的，首当其冲的就是电子管，后来才出现晶体管。电子管和晶体管都可以用作 线性放大和非线性的脉冲放大。可以回忆一下，60年代的计算机还是用电子管构成的，一部性能远不如386的电脑，竟 然要占三间大房间。电脑里使用的几乎全是脉冲技术，例如门电路、触发器、钳位器、移位寄存器等，都是逻辑电路。而 逻辑电路构成现代计算机的基础，也是发展到如今普遍应用的数字技术的基础。但是从来没人把这些技术称作数字技术。
由于我们讨论的是数字音频功率放大器，而不是电脑。所以，数字音频技术的正确的定义应该是：模拟信号经过某 个采样频率（例如44.1 、48、96 kHz等）的采样，然后再经过量化（16、24、32比特等等）形成由一连串两态脉冲信 号所组成的数码流。这就是PCM，即脉冲编码调制技术。其电平的两态是器件的导通和截止，对于双极晶体管来说，是0. 3和3.6伏左右电压信号（所谓TTL电平）。当然，不同的器件，两态的具体定义是不同的，例如在磁带、光盘、磁盘等 载体上，它们的状态就只与磁化方向或有无光学反射有关。实际上，不是低电平就是0，高电平就是1。大多数是由低电 平跳向高电平的脉冲沿方向称1，由高电平跳向低电平的脉冲沿方向称0等等。
今天，“数字化”已经成为时髦词，有的行业甚至把它搞成一种运动。不管三七二十一，扯上扯不上，都冠以“数字” 二字。仔细观察现今被称作“全数字放大器”的中外产品和技术，也都含糊地把属于模拟技术领域的脉冲技术称之为“数 字”技术。于是原来脉冲技术中只有PCM，即脉码调制技术才能称上数字音频的定义，扩大到属于模拟技术的PWM，即脉 宽调制技术。据说理由是输出管只有0（截止）和1（导通）两态，所以就叫“数字”。荒唐，那些人可能不知道，当年大 影碟LD上光学槽的刻录，就是应用的PWM技术，光盘表面的槽与CD表面的槽都是那样光刻出来的，光盘表面也是两态， 即有反射和无反射。可是CD就是PCM数字编码方式，因此是数字信息；而LD上长短不同信息槽是PWM调制方式刻录的， 那可是百分之百的模拟技术。
为了简单，下面提到的数字放大器、数字功放都是指数字音频放大器。现在所谓的数字放大器里仍然是DAA，而不是 DDA。原因是输入的数字音频格式信号，在形成PWM调制的时候，虽然没有变成线性信号，但是已经变成了幅度不变，而 是宽度变化的脉冲信号。只有这样的变换，才能将信号幅度加大到足以控制输出功率管的程度。用脉冲宽度变化来控制 输出管导通时间的长短，然后用LC低通将高频脉冲成分滤掉，使得到达扬声器音圈上的电压是线性模拟信号，这样才能放出可以被人类听到的声音。可以看到，这种放大器的中间和后级都是模拟技术，只是脉冲放大而已。
当然，我也看到，有人把“D”类放大器的“D”，也称为 “Digital 数字”。我国通常把“A”称为“甲”类，把“B”成为“乙”类，而“D”是称为“丁”类的放大器。“丁”可无论 如何与“数字”扯不上关系。过去很长时间里，人们一直致力于克服A类、B类，以及AB类放大 器的线性和效率问题。的确AB类是个折衷。但是在一些效率比线性更重视的应用中，采用高效率开关方式的“D”类放大器就应运而生。但是如果用在高保真方面，线性度比AB类甚至比B类都差。甚至由于原理关系，会引进高频开关的干扰造成噪声。同时，大幅度的高频脉冲，很难做到上升和下降沿的陡度，于是使得方波变形成为三角波， 结果使得输出开关功率管处于不能全通或全闭状态，这时理论 上为0和1两态的波形，已经不是完全的方波，而变了形，
这势 必引入新的失真和降低效率。例如，在使用数字采样和量化过 程中，会引进模拟信号中没有的折混失真和量化噪声。 就选管的对称性来说，原理上就决定了对输出大功率开关管的对称性要求不会比线性放大器低。而且由于不使用负反馈， 对于对称性的要求比模拟的还高。有些H型桥接输出，对4只管子的一致性要求非常高。正负脉冲的顶降是否一样，取决于管 子的饱和压降，模拟输出不用考虑的开关时间参数，在数字放大器中要求大大提高。而在过零方面同样存在由于空间电荷储 存释放不干净等原因，而使得关闭滞后，甚至关不死。这些与使用同类管子（主要是MOSFET）线性放大器的考虑是差不多的， 本来脉冲技术就是模拟技术的一部分么。上面提到，因为输出管处于两态，就称之为“数字”了。反正“数字”二字符合潮 流，迎合消费者心理，有利可图，何乐不为也。理由是否充分、是否科学，对商家来说并不重要，重要的是市场。我的观点 是：严格来说，现在还不存在什么全数字放大器，只是功率型数模转换器（PDAC，Powered Digital to Analogue Converter）。当然，这种称呼尽管科学，但太过学究味。
我们先抛开这些定义上的差异，来看看如今在所谓“数字”放大器名下的产品发展情况如何，供我国广大音响爱好者和 放大器生产厂家参考。为方便读者自己了解第一手资料，我在这里尽可能提供公司的网址，也将会把一些公司的技术白皮书放到我的网页上去（www.sztv.net）。
首先介绍的是Tripath Technology Inc.，这是一家美国那斯达克上市的公司，网址是：www.tripath.com。它的产品包 括器件类的TA1101B立体声10W及TA2020-020立体声20W桥接放大器集成电路模块，TA0102A立体声150W、TA0103A立体声250W 及TA0104A立体声500W放大器驱动器集成电路模块。后者要另接相应的功率输出管。第二是设计工具类的EB-TA1101B、EB- TA2020、EB-TA0102、EB-TA0103和EB-TA0104评估模块，SAM-TA0102屏蔽的放大器模块，以及ADP-TA0102音频开发平台。它 还生产直接插入电脑插槽的TIO-TA1101B放大器卡。并且为其它消费电器、高保真音响器材和通讯器材厂家提供OEM产品，其 牌子注册为Combinant Digital，意思是既有好的线性又有好的效率两者结合的数字放大模块。
该公司采用专利和注册的“T”类放大器技术和Digital Power Processing（DPP数字功率处理）技术。这个T可不是ABCD排队来的，而是该公司名字Tripath的字头。该公司在网上提供全面而详细的技术说明文件，以及产品说明及有关资料文件 及照片，并且在香港已有代理公司负责中国地区的销售。该公司使用与PWM技术的D类放大电路完全不同的原理和电路构成， 并且结合了模拟技术的反馈和脉冲技术的高效。网上公布全面的技术测试图表，以及与PWM D类放大器技术的比较。一般PWM技术采用固定三角波频率，大约是最高音频频带的10倍，例如200kHz到400kHz，都已经进入无线电的长波射频领域。这样 会造成射频滤波不净和电磁场窜扰问题，为了解决这些问题势必提高成本。而T类放大器技术利用自适应处理等技术，在小 信号和大信号幅度时，有着不同的发生器频率。小信号对失真要求更高，也就是线性度更好，由于这时发生器的频率可以达 到1.5MHz以上，滤波非常方便而成本低廉。这是因为作为滤波效率的转折频率，也就是-3dB点的时间常数是LC的乘积。频 率越高、时间常数越小，要求LC的乘积小，也就是L或C都可以比过滤较低频率的值要小。当然成本也就降下来了。
另外，我国发烧友熟知的马兰士（Marantz）公司将Tripath公司最新T类1比特数字放大器技术用于它的ER3000型家庭影院中去；SHARP在它的高清晰电视设备的音频系统中决定采用Tripath的技术和产品；AudioSouce是美国一家专门 生产音响发烧器材的公司，它在新的Seven T发烧放大器系列中采用T类放大器技术；SONY也把该技术用于它的DVD解决方案中.SONY对视音频数字化都是处于领先地位 的，例如CD、SACD和DVD等都有该公司功劳。现在连SONY都采用Tripath技术，可见这公司的技术先进和声音质量都达到一定的水平。
国人经常接触的专业音响器材生产商，德国的BEHRINGER百灵达公司有自己的数字放大器。它推出称为CoolAudio的 超大功率（4000瓦有效值连续功率）放大器，是采用D类技术。外观设计也很专业，因为它是给扩声用的。内部使用芯 片是HCA8001，该公司还提供数字放大器驱动模块，例如220瓦/4欧的HCA125ACREF和1000瓦/4欧的HCA600ACREF等，供&;第三方厂家生产自己的数字放大器。
日本的SHARP（声宝或夏普）公司也生产SM-SX100型的1比特数字功率放大器，采用的是所谓“Direct Bitstream Couplin
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我们先抛开这些定义上的差异，来看看如今在所谓“数字”放大器名下的产品发展情况如何，供我国广大音响爱好者和 放大器生产厂家参考。为方便读者自己了解第一手资料，我在这里尽可能提供公司的网址，也将会把一些公司的技术白皮书放到我的网页上去（www.sztv.net）。
首先介绍的是Tripath Technology Inc.，这是一家美国那斯达克上市的公司，网址是：www.tripath.com。它的产品包 括器件类的TA1101B立体声10W及TA2020-020立体声20W桥接放大器集成电路模块，TA0102A立体声150W、TA0103A立体声250W 及TA0104A立体声500W放大器驱动器集成电路模块。后者要另接相应的功率输出管。第二是设计工具类的EB-TA1101B、EB- TA2020、EB-TA0102、EB-TA0103和EB-TA0104评估模块，SAM-TA0102屏蔽的放大器模块，以及ADP-TA0102音频开发平台。它 还生产直接插入电脑插槽的TIO-TA1101B放大器卡。并且为其它消费电器、高保真音响器材和通讯器材厂家提供OEM产品，其 牌子注册为Combinant Digital，意思是既有好的线性又有好的效率两者结合的数字放大模块。
该公司采用专利和注册的“T”类放大器技术和Digital Power Processing（DPP数字功率处理）技术。这个T可不是ABCD排队来的，而是该公司名字Tripath的字头。该公司在网上提供全面而详细的技术说明文件，以及产品说明及有关资料文件 及照片，并且在香港已有代理公司负责中国地区的销售。该公司使用与PWM技术的D类放大电路完全不同的原理和电路构成， 并且结合了模拟技术的反馈和脉冲技术的高效。网上公布全面的技术测试图表，以及与PWM D类放大器技术的比较。一般PWM技术采用固定三角波频率，大约是最高音频频带的10倍，例如200kHz到400kHz，都已经进入无线电的长波射频领域。这样 会造成射频滤波不净和电磁场窜扰问题，为了解决这些问题势必提高成本。而T类放大器技术利用自适应处理等技术，在小 信号和大信号幅度时，有着不同的发生器频率。小信号对失真要求更高，也就是线性度更好，由于这时发生器的频率可以达 到1.5MHz以上，滤波非常方便而成本低廉。这是因为作为滤波效率的转折频率，也就是-3dB点的时间常数是LC的乘积。频 率越高、时间常数越小，要求LC的乘积小，也就是L或C都可以比过滤较低频率的值要小。当然成本也就降下来了。
另外，我国发烧友熟知的马兰士（Marantz）公司将Tripath公司最新T类1比特数字放大器技术用于它的ER3000型家庭影院中去；SHARP在它的高清晰电视设备的音频系统中决定采用Tripath的技术和产品；AudioSouce是美国一家专门 生产音响发烧器材的公司，它在新的Seven T发烧放大器系列中采用T类放大器技术；SONY也把该技术用于它的DVD解决方案中.SONY对视音频数字化都是处于领先地位 的，例如CD、SACD和DVD等都有该公司功劳。现在连SONY都采用Tripath技术，可见这公司的技术先进和声音质量都达到一定的水平。
国人经常接触的专业音响器材生产商，德国的BEHRINGER百灵达公司有自己的数字放大器。它推出称为CoolAudio的 超大功率（4000瓦有效值连续功率）放大器，是采用D类技术。外观设计也很专业，因为它是给扩声用的。内部使用芯 片是HCA8001，该公司还提供数字放大器驱动模块，例如220瓦/4欧的HCA125ACREF和1000瓦/4欧的HCA600ACREF等，供&;第三方厂家生产自己的数字放大器。
日本的SHARP（声宝或夏普）公司也生产SM-SX100型的1比特数字功率放大器，采用的是所谓“Direct Bitstream Couplin
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