對(dui)於(yu)一(yi)個(ge)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)的(de)告(gao)警(jing)音(yin)或(huo)類(lei)似(si)的(de)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)，典(dian)型(xing)的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)即(ji)非(fei)常(chang)有(you)限(xian)，用(yong)戶(hu)在(zai)調(tiao)高(gao)音(yin)量(liang)的(de)時(shi)候(hou)不(bu)會(hui)考(kao)慮(lv)動(dong)態(tai)峰(feng)值(zhi)引(yin)起(qi)的(de)失(shi)真(zhen)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，對(dui)於(yu)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)比(bi)較(jiao)寬(kuan)的(de)DVD音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)，筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)更(geng)加(jia)明(ming)顯(xian)。對(dui)話(hua)和(he)音(yin)響(xiang)效(xiao)果(guo)的(de)音(yin)量(liang)差(cha)異(yi)非(fei)常(chang)大(da)，從(cong)而(er)迫(po)使(shi)用(yong)戶(hu)提(ti)高(gao)對(dui)話(hua)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)音(yin)量(liang)，而(er)在(zai)強(qiang)背(bei)景(jing)音(yin)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)調(tiao)低(di)音(yin)量(liang)，以(yi)避(bi)免(mian)削(xue)波(bo)失(shi)真(zhen)。

 

在不調整音量的情況下，用戶要麼將音量設置過高，使動態峰值失真；要麼將音量設置過低

，從而影響對話質量。對於采用小尺寸揚聲器的筆記本電腦來說
，這個問題可能造成用戶幾乎不能收看DVD。

 

 

具有自動電平控製(ALC)的de放fang大da器qi可ke以yi幫bang助zhu解jie決jue由you於yu小xiao揚yang聲sheng器qi引yin起qi的de問wen題ti。雖sui然ran放fang大da器qi本ben身shen在zai不bu增zeng大da工gong作zuo電dian壓ya的de情qing況kuang下xia無wu法fa提ti高gao其qi最zui大da輸shu出chu電dian壓ya
，並bing且qie也ye不bu能neng增zeng大da小xiao揚yang聲sheng器qi的de功gong率lv，但dan是shi，它ta可ke以yi在zai播bo放fang音yin頻pin的de時shi候hou動dong態tai調tiao整zheng輸shu出chu電dian壓ya的de有you效xiao值zhi。如ru果guo音yin頻pin波bo形xing的de波bo峰feng(在預定義的閾值以上)beijiangdidaoyuyinpinxinhaoqiyubufengengjiapipeideshuiping，namejiukeyizengjiazhenggexinhaodeyinliangerbuhuichuxianbofengdexueboshizhen。zhejiushitongchangsuoshuodejiyuyasuobideyasuohuozhexianfuqi
，zhexiejishuzaizhenggeyinpingongyeyijingfeichangchengshu。

 

當信號高於壓縮門限的時候，小的壓縮比(例如2:1)將把輸入端的4dB增量在輸出端降低到2dB。較大的壓縮比(20:1或更大)被bei歸gui為wei限xian幅fu
，因yin為wei一yi旦dan達da到dao這zhe一yi門men限xian
，無wu論lun輸shu入ru信xin號hao如ru何he增zeng大da，輸shu出chu波bo形xing都dou將jiang保bao持chi固gu定ding幅fu度du。壓ya縮suo一yi般ban作zuo用yong在zai錄lu音yin和he混hun音yin級ji

，但dan也ye可ke以yi作zuo用yong在zai音yin頻pin數shu據ju流liu。

 

例如
，MAX9756放大器，其自動電平控製(ALC)基本上就像一個限幅器。當探測到輸出信號超過了設定門限時
，就會縮減增益
，保持輸出在門限以下。 MAX9756在門限以上的增益響應接近平坦，壓縮比幾乎是無窮大(圖1)。

 

圖1. 對於低電平音量，放大器如同一個普通的線性放大器；當音量超過閾值時，縮減增益以避免輸出超出門限。當輸出電壓增大到門限以上時，最大增益衰減量限製在6dB。

 

 

限(xian)幅(fu)器(qi)對(dui)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)變(bian)化(hua)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)的(de)影(ying)響(xiang)音(yin)效(xiao)。當(dang)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)超(chao)過(guo)閾(yu)值(zhi)，增(zeng)益(yi)衰(shuai)減(jian)的(de)速(su)度(du)用(yong)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)表(biao)示(shi)。隨(sui)後(hou)，增(zeng)益(yi)將(jiang)保(bao)持(chi)在(zai)衰(shuai)減(jian)後(hou)的(de)水(shui)平(ping)，直(zhi)到(dao)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)降(jiang)至(zhi)門(men)限(xian)以(yi)下(xia)。釋(shi)放(fang)時(shi)間(jian)表(biao)示(shi)放(fang)大(da)器(qi)將(jiang)增(zeng)益(yi)恢(hui)複(fu)到(dao)原(yuan)始(shi)值(zhi)的(de)速(su)度(du)。放(fang)大(da)器(qi)MAX9756的響應時間由連接在CT引腳和地之間的電容決定。下式可以由電容值導出啟動時間：

 

 

釋放時間是按照響應時間的比例計算的，並且通過施加在DR引腳的電壓變化調整。通過將DR引腳連接到VDD、VBIAS或GND，可以選擇三種比例之一。MAX9756為所有釋放時間增加了50ms的固定保持時間，保持時間內增益不發生變化。

 

圖2表(biao)示(shi)一(yi)個(ge)小(xiao)幅(fu)度(du)信(xin)號(hao)上(shang)突(tu)發(fa)一(yi)個(ge)大(da)幅(fu)度(du)脈(mai)衝(chong)的(de)效(xiao)果(guo)。隨(sui)著(zhe)增(zeng)益(yi)陡(dou)降(jiang)，大(da)信(xin)號(hao)脈(mai)衝(chong)的(de)幅(fu)度(du)在(zai)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)上(shang)被(bei)明(ming)顯(xian)衰(shuai)減(jian)。圖(tu)中(zhong)控(kong)製(zhi)增(zeng)益(yi)降(jiang)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)是(shi)CT引腳外接電容的電壓

，由電容設置響應時間。控製電壓在指定時間內和增益衰減(dB)成比例。

 

圖2. 施加一個短暫的大信號可以觀察到自動電平控製ALC的完整過程，放大器MAX9756的保持時間為50ms，響應和釋放時間可以通過外部元器件調整。

 

響(xiang)應(ying)和(he)釋(shi)放(fang)時(shi)間(jian)的(de)長(chang)短(duan)要(yao)符(fu)合(he)聲(sheng)源(yuan)的(de)特(te)點(dian)和(he)音(yin)效(xiao)要(yao)求(qiu)。較(jiao)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)可(ke)以(yi)使(shi)自(zi)動(dong)電(dian)平(ping)控(kong)製(zhi)快(kuai)速(su)地(di)對(dui)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)變(bian)化(hua)做(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)
，即(ji)使(shi)出(chu)現(xian)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)信(xin)號(hao)尖(jian)峰(feng)，也(ye)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)有(you)效(xiao)防(fang)護(hu)。確(que)保(bao)大(da)幅(fu)度(du)信(xin)號(hao)下(xia)不(bu)損(sun)害(hai)揚(yang)聲(sheng)器(qi)，但(dan)是(shi)
，當(dang)按(an)照(zhao)信(xin)號(hao)的(de)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)而(er)快(kuai)速(su)調(tiao)節(jie)增(zeng)益(yi)時(shi)，可(ke)能(neng)會(hui)產(chan)生(sheng)“砰然”聲或“喘息”聲。

 

duiyuyigebuduanbianhuanxinhaofududedianyingpeilelaishuo
，caiyongbijiaochangdeshijianchangshukeyibimianzaosheng，youhuayinpinzhiliang。zhezhongqingkuangxia，zengyizaixinhaoqiangdukuaisubianhuadeshihoubaochixiangduiguding，zhiduichangshijiandegaoqiangduxinhaojinxingzengyitiaozheng，geifangdaqizugoudexiangyingshijian。yangshengqibaohurengranyouxiao，yinweizidongdianpingkongzhi(ALC)降低了大部分可能造成損害的信號幅度。

 

通過監測增益衰減控製電壓和信號波形(圖3)
，可以觀察到較長和較短響應、釋(shi)放(fang)時(shi)間(jian)的(de)效(xiao)果(guo)。為(wei)了(le)產(chan)生(sheng)有(you)代(dai)表(biao)性(xing)的(de)波(bo)形(xing)，輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)滿(man)音(yin)量(liang)的(de)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)。在(zai)總(zong)體(ti)信(xin)號(hao)強(qiang)度(du)相(xiang)對(dui)恒(heng)定(ding)的(de)波(bo)形(xing)中(zhong)，較(jiao)短(duan)的(de)響(xiang)應(ying)和(he)釋(shi)放(fang)時(shi)間(jian)會(hui)導(dao)致(zhi)頻(pin)繁(fan)的(de)增(zeng)益(yi)調(tiao)整(zheng)。而(er)較(jiao)長(chang)的(de)響(xiang)應(ying)和(he)釋(shi)放(fang)時(shi)間(jian)則(ze)維(wei)持(chi)平(ping)滑(hua)的(de)增(zeng)益(yi)響(xiang)應(ying)，避(bi)免(mian)放(fang)大(da)器(qi)響(xiang)應(ying)過(guo)快(kuai)，從(cong)而(er)在(zai)基(ji)本(ben)保(bao)留(liu)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)的(de)同(tong)時(shi)維(wei)持(chi)整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度(du)。

 

圖3. 短的響應和釋放時間(a) 引起增益調整頻繁變化，可能降低音響效果。長的響應和釋放時間(b) 產生平滑的增益響應。

 

 

筆記本電腦內的揚聲器放大器一般工作在5V電源下。采用8Ω揚聲器，在橋接負載(BTL)配置下，理論上可提供的最大連續功率是：

 

 

基於5V工作電壓，輸入幅度高於最大POUT的對應數值時，將會產生削波。MAX9756放大器能夠通過選擇PREF和地之間的電阻調整增益衰減的閾值(MAX9756給這個電阻注入12µA的恒定電流)。可以通過下列等式計算這個電阻值(這裏以1.4W閾值為例)：

 

 

通過調整RPREFzhigaibianmenxian，ruguoyinxiangxitongshouyangshengqigonglvrongliangdexianzhi
，keyishezhiyuzhi
，shiqiyuanyuandiyufangdaqidezuidashuchugonglv，quebaobuchaochuyangshengqidegonglvrongliang。ruguoyangshengqikeyichengshoufangdaqidemanshuchugonglv
，zeshezhiyuzhiganghaodiyuxianfudianping
，youhuayinzhibingbimianyangshengqishoudaochangqideqiangbianhuaxinhaodesunhai。xuebobujintingqilaiyinxiangxiaoguocha，shenzhikeyiduiyangshengqizaochengyongjiuxingsunhuai。 揚聲器的機械元件很難恢複削波信號的陡峭沿，時間久了還會導致失效。

 

圖4shishezhiyuzhiganghaodiyufangdaqizuidashuchugonglvshidexiaoguo。shuruxinhaoshigaodifudujiaocuodezhengxianbo。shuchuboxingzaixiangyingshijianneibeimingxianxuebo，danshidangzengyishuaijianwanchenghou
，jikebimianxueboxianxiang。 

 

圖4. 從小信號到大信號的躍變過程中
，輸出波形最初發生削波失真
，但當增益衰減後
，輸出波形又回到了期望的正弦波狀態。

 

 

MAX9756所提供的限幅功能有助於保護揚聲器、避免削波
，但在自動電平控製(ALC)有效時，它將完全消除動態變化。無窮大的壓縮比意味著輸入信號增大時對輸出沒有任何影響，從而得到一個沒有活力的、單(dan)調(tiao)的(de)音(yin)頻(pin)效(xiao)果(guo)。如(ru)果(guo)不(bu)要(yao)求(qiu)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)

，較(jiao)低(di)的(de)壓(ya)縮(suo)比(bi)即(ji)可(ke)在(zai)避(bi)免(mian)削(xue)波(bo)的(de)同(tong)時(shi)維(wei)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)。較(jiao)低(di)的(de)壓(ya)縮(suo)比(bi)會(hui)減(jian)小(xiao)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)，但(dan)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)消(xiao)除(chu)。通(tong)過(guo)圖(tu)5外圍電路，MAX9756可以得到更低的壓縮比。

 

圖5. MAX9756外加一個MAX4400運算放大器和電阻(R2)，可以降低ALC的壓縮比。

 

運算放大器MAX4400緩衝MAX9756的CT輸出，以確保外部電路不影響CT電壓，從而不影響釋放時間。MAX4400的典型輸入阻抗是1000GΩ
，消除了可能會提前給電容放電的漏電流。 運算放大器的輸出通過R2反饋到PREF。R1和R2分壓器決定新的自動電平控製ALC閾值。具體閾值由下式決定：

 

 

到達閾值之前，引腳PREF的等效阻抗是R1和R2的並聯
，因為這兩個電阻同時都被連接到地。因此，在此配置中設置這兩個並聯電阻就可以設置自動電平控製ALC閾值。等式右邊是先前提到的RPREF計算公式，等式左邊是R1和R2的並聯阻值。

 

R2與R1的比決定壓縮比。當R2遠大於R1時，自動電平控製ALC有一個和MAX9756標準硬限幅配置類似的高壓縮比。當R2小於R1 時，ALC具有低壓縮比，並且在音頻信號中保持大部分原有的動態變化範圍。為了得到3:1的壓縮比，設R2是R1的2.5倍。圖6給出了MAX9756標準限幅配置和R2/R1 = 2.5時的電壓增益效果。

 

圖6. 與MAX9756標準限幅配置相比，配合外部電路後能夠得到平緩的增益調節。

 

 

自動電平控製(ALC)帶來的性能提高非常明顯(圖7)。圖(a)表示沒有自動電平控製(ALC)情況下，DVD信號出現較強聲音時的輸出波形；圖(b)表示在相同的輸入和相同的音量設置下，自動電平控製(ALC)的工作效果。

 

圖7. (a) 沒有ALC時
，強輸入信號造成輸出嚴重削波；(b) 同樣輸入波形下
，ALC工作時，輸出波形沒有削波失真。

 

用戶可以調高音量改善對話效果，並且不用擔心出現其它強音信號，音質也會因為避免了削波而得到改善。此外，自動電平控製(ALC)延長了揚聲器的壽命(減少削波)
，並且幫助保護低功率揚聲器。最大音量設置比不帶ALC的同等係統提高了6dB。

 

自動電平控製(ALC)也可以通過數字方式實現，或由現有的DSP硬件實現；可以采用複雜、完善的處理過程
，比如多頻帶壓縮，進一步提高音質

，增強揚聲器保護。但這種方案使數字域的ALC成為一個龐大的DSP係統
，要求更多的計算周期和更大的功耗。另一方麵，對於電池壽命要求苛刻的筆記本電腦和手持DVD播放器，將模擬ALC集成在揚聲器放大器是一個很好的折衷。

 

本文來源於Maxim。