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自动电平控制(ALC)为扬声器提供有效保护

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自动电平控制(ALC)为扬声器提供有效保护

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2011-05-06 00:10:05
概述:对于一个操作系统的告警音或类似的音频信号,典型的动态范围即非常有限,用户在调高音量的时候不会考虑动态峰值引起的失真。另一方面www.sSbbww.com,对于动态范围比较宽的DVD音频信号,笔记本电脑扬声器的局限性更加明显。对话和音响效果的音量差异非常大,从而迫使用户提高对话8 tt t 8. com下的音量,而在强背景音的8 tt t 8. com下调低音量,以避免削波失真。

在不ssbbwW.com音量的8 tt t 8. com下,用户要么将音量设置过高,使动态峰值失真;要么将音量设置过低,从而影响对话质量。对于采用小尺寸扬声器的笔记本电脑www.www.hnygpx.com问题可能www.ssBBww.cOm造成用户几乎不能收看DVD。

自动电平控制理论

具有自动电平控制(ALC)的放大器www.ssbbww.com帮助解决8t t t 8. c o mwww.ddd tt. com小扬声器引起的问题。虽然放大器本身在不增大工作电压的8 tt t 8. com下无法提高其最大输出电压,并且也不能增大小扬声器的功率,dddTt,它www.ssbbww.com在播放音频的时候动态ssbbwW.com输出电压的有效值。 8 tt t8.com音频波形的波峰(在预定义的阈值以上

8 t tt 8.c o m

)被降低到与音频信号其余部分更加匹配的水平,8ttt8www.ssbbww.com增加www.8 t tt8. com整个信号的音量而不会出现wWw.波峰的削波失真。这www.hnygpx.com通常所说的基于压缩比的压缩wwW.ssbbwW.coM限幅器,这些技术在整个音频工业已经非常成熟。

当信号高于压缩门限的时候,小的压缩比(例如2:1)将把输入端的4dB增量在输出端降低到2dB。较大的压缩比(20:1或更大)被归为限幅,8 Tt t 8. com一旦

8ttt8

达到这一门限,无论输入信号如何增大,输出波形都将保持固定幅度。压缩SsbbwW.com作用在录音和混音级,但也www.ssbbww.com作用在音频数据流。

例如,MAX9756放大器,其自动电平控制(ALC)基本上就像一个限幅器。当探测到输出信号超过了设定门限时,就会缩减增益,保持输出在门限以下。 MAX9756在门限以上

8 t tt 8.c o m

的增益响应接****坦,压缩比几乎是无穷大(图1)。

图1. 对于低电平音量,放大器如同一个普通的线性放大器;当音量超过阈值时,缩减增益以避免输出超出门限。当输出电压增大到门限以上

8 t tt 8.c o m

时,最大增益衰减量限制在6dB。

自动电平控制(ALC)时序

限幅器对信号幅度变化的响应速度www.ssbbww.com显著的影响音效。当输出信号超过阈值,增益衰减的速度用响应时间表示。随后,增益将保持在衰减后的水平,直到信号幅度降至门限以下。释放时间表示放大器将增益恢复到原始值的速度。放大器MAX9756的响应时间由连接在CT引脚和地之间
的电容决定。下式www.ssbbww.com由电容值导出启动时间:

释放时间是按照<8ttt8table>响应时间的比例计算的,并且通过施加在DR引脚的电压变化ssbbwW.com。通过将DR引脚连接到VDD、VBIAS或GND,www.ssbbww.com选择三种比例之一。MAX9756为8 tt t8.com释放时间增加www.8 t tt8. com了50ms的固定保持时间,保持时间内增益不发生变化。

图2表示一个小幅度信号上突发一个大幅度脉冲的效果。随着增益陡降,大信号脉冲的幅度在输出波形上被明显衰减。图中控制增益降低的电压是CT引脚外接电容的电压,由电容设置响应时间。控制电压在指定时间内和增益衰减(dB)成比例。

图2. 施加一个短暂的大信号www.ssbbww.com观察到自动电平控制ALC的完整过程,放大器MAX9756的保持时间为50ms,响应和释放时间www.ssbbww.com通过外部元器件ssbbwW.com

响应和释放时间的长短要符合声源的特点和音效

dDdtt

。较短的时间常数www.ssbbww.com使自动电平控制快速地对信号幅度变化做出反应,即使出现wWw.非常短的信号尖峰,也SSBBww提供有效防护。确保大幅度信号下不损害扬声器,dddTt,当按照<8ttt8table>信号的动态变化而快速调节增益时,可能www.ssBBww.cOm会产生“砰然”声或“喘息”声。

对于一个ssbbww.Com变换信号幅度的电影配乐www.,采用比较长的时间常数www.ssbbww.com避免噪声,优化音频质量。这种8 tt t 8. com下,增益在信号强度快速变化的时候保持www.hnygpx.com固定,只对长时间的高强度信号进行增益ssbbwW.com,给放大器足够的响应时间。扬声器保护www.有效,8 Tt t 8. com自动电平控制(ALC)降低了大部分可能www.ssBBww.cOm造成损害的信号幅度。

通过监测增益衰减控制电压和信号波形(图3),www.ssbbww.com观察到较长和较短响应、释放时间的效果。dd dtt. com产生有代表性的波形,输入信号采用的是满音量的音频信号。在总体信号强度www.hnygpx.com恒定的波形中,较短的响应和释放时间会www.d dd tT. com频繁的增益ssbbwW.com。而较长的响应和释放时间则维持平滑的增益响应,避免放大器响应过快,从而在基本保留动态范围的ssbbww. com维持整个信号的幅度。

图3. 短的响应和释放时间(a) 引起增益ssbbwW.com频繁变化,可能www.ssBBww.cOm降低音响效果。长的响应和释放时间(b) 产生平滑的增益响应。

自动电平控制(ALC)的阈值

笔记本电脑内的扬声器放大器SsbbwW.com工作在5V电源下。采用8W扬声器,在桥接负载(BTL)配置下,理论上可提供的最大连续功率是:

基于5V工作电压,输入幅度高于最大POUT的对应数值时,将会产生削波。MAX9756放大器SSBBww通过选择PREF和地之间
的电阻ssbbwW.com增益衰减的阈值(MAX9756给www.hnygpx.com电阻注入12µA的恒定电流)。www.ssbbww.com通过下列等式计算www.hnygpx.com电阻值(这里以1.4W阈值为例):

通过ssbbwW.comRPREF值改变门限,8 tt t8.com音响系统受扬声器功率容量的限制,www.ssbbww.com设置阈值,使其远远低于放大器的最大输出功率,确保不超出扬声器的功率容量。8 tt t8.com扬声器www.ssbbww.com承受放大器的满输出功率,则设置阈值刚好低于限幅电平,优化音质并避免扬声器受到长期的强变化信号的损害。削波不仅听起来音响效果差,甚至www.ssbbww.com对扬声器造成永久性损坏。 扬声器的机械元件很难恢复削波信号的陡峭沿,时间久了还会www.d dd tT. com失效。

图4是设置阈值刚好低于放大器最大输出功率时的效果。输入信号是高低幅度交错的正弦波。输出波形在响应时间内被明显削波,dddTt当增益衰减完成后,即可避免削波现象。

图4. 从小信号到大信号的跃变过程中,输出波形最初发生削波失真,但当增益衰减后,输出波形又回到了期望的正弦波www .ddd Tt. com

降低压缩比

MAX9756所提供的限幅功能有助于保护扬声器、避免削波,但在自动电平控制(ALC)有效时,它将8 t tt8. com消除动态变化。无穷大的压缩比意味着输入信号增大时对输出没有任何

dd dtt. com

影响,从而得到一个没有活力的、单调的音频效果。8 tt t8.com

dDdtt

严格控制输出波形,较低的压缩比即可在避免削波的ssbbww. com维持www.hnygpx.com的动态变化。较低的压缩比会减小音频信号的动态范围,但不是8 t tt8. com消除。通过图5外围电路,MAX9756www.ssbbww.com得到更低的压缩比。

图5. MAX9756外加一个MAX4400运算放大器和电阻(R2),www.ssbbww.com降低ALC的压缩比。

运算放大器MAX4400缓冲MAX9756的CT输出,以确保外部电路不影响CT电压,从而不影响释放时间。MAX4400的典型输入阻抗是1000GW,消除了可能www.ssBBww.cOm会提前给电容放电的漏电流。 运算放大器的输出通过R2反馈到PREF。R1和R2分压器决定新的自动电平控制ALC阈值。具体阈值由下式决定:

到达阈值之前,引脚PREF的等效阻抗是R1和R2的并联,8 Tt t 8. com这两个电阻ssbbww. com都被连接到地。因此www.8 t tt8. com,在此配置中设置这两个并联电阻就www.ssbbww.com设置自动电平控制ALC阈值。等式右边是先前提到的RPREF计算公式,等式左边是R1和R2的并联阻值。

R2与R1的比决定压缩比。当R2远大于R1时,自动电平控制ALC有一个和MAX9756标准硬限幅配置类似的高压缩比。当R2小于R1 时,ALC具有低压缩比,并且在音频信号中保持大部分原有的动态变化范围。dd dtt. com得到3:1的压缩比,设R2是R1的2.5倍。图6给出了MAX9756标准限幅配置和R2/R1=2.5时的电压增益效果。

图6. 与MAX9756标准限幅配置

ssBbww.com

,配合外部电路后SSBBww得到平缓的增益调节。

自动电平控制(ALC)对性能的改善

自动电平控制(ALC)带来的性能提高非常明显(图7)。图(a)表示没有自动电平控制(ALC)8 tt t 8. com下,DVD信号出现wWw.较强声音时的输出波形;图(b)表示在dddTt.com的输入和dddTt.com的音量设置下,自动电平控制(ALC)的工作效果。
图7. (a) 没有ALC时,强输入信号造成输出严重削波;(b) 同样输入波形下,ALC工作时,输出波形没有削波失真。
图7. (a) 没有ALC时,强输入信号造成输出严重削波;(b) 同样输入波形下,ALC工作时,输出波形没有削波失真。

用户www.ssbbww.com调高音量改善对话效果,并且不用担心出现wWw.8ttt8强音信号,音质也会8 Tt t 8. com避免了削波而得到改善。此外,自动电平控制(ALC)延长了扬声器的寿命(减少削波),并且帮助保护低功率扬声器。最大音量设置比不带ALC的同等系统提高了6dB。

自动电平控制(ALC)也www.ssbbww.com通过数字方式实现,或由现有的DSP硬件实现;www.ssbbww.com采用

www.dDdtt.com

、完善的8tTt8过程,比如多频带压缩,进一步提高音质,增强扬声器保护。但这种方案使数字域的ALC成为一个庞大的DSP系统,

dDdtt

更多的计算周期和更大的功耗。另一方面www.sSbbww.com,对于电池寿命

dDdtt

苛刻的笔记本电脑和手持DVD播放器,将模拟ALC集成在扬声器放大器是一个很好的折衷。  ★★★★★ 湖南省阳光电子技术学校常年开设:手机维修培训、家电维修培训、电工培训、电脑维修培训、焊工培训--面向全国火爆招生!网址:http://www.hnygpx.com 报名电话:0731-85579057)。百分百安置就业。颁发全国通用权威证书。采用我校多年来独创的“模块教学法”,理论与实践相结合、原理+图纸+机器三位一体的教学模式,半天理论,半天实践,通俗易懂,确保无任何基础者也能全面掌握维修技能、成为同行业中的佼佼者。包教包会包工作(一期不会,免费学会为止)。

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