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音頻功放系統(tǒng)前級常見的幾種音量控制方式

發(fā)布日期:2019-07-29 瀏覽量:2972次
傳統(tǒng)電位器
傳統(tǒng)電位器的優(yōu)點是使用方便,音量變化連續(xù)無跳變。帶馬達的型號可以很容易地實現(xiàn)遙控,價格也便宜。缺點是同步精度差,起始音量附近的同步誤差常??梢愿哌_幾個dB,而且輸出阻抗隨轉(zhuǎn)動位置而變化,中間位置的附近的高阻抗容易衰減高頻,相互間有限的同步性能往往能使精確的電路平衡性能遭到破壞??梢赃@樣說,一旦用上這類同步精度有限、輸出阻抗不確定的電位器(哪怕再名貴的品種)的放大器,其性能與Hi-End基本就沒啥關(guān)系了。

分檔式電位器
用高質(zhì)量波段開關(guān)加上分體電阻焊成的分檔式電位器,優(yōu)點是解決了同步精度問題,觸點材料和開關(guān)結(jié)構(gòu)良好時。這種電位器的使用壽命可以遠遠超過普通電位器,由于是以檔位方式改變音量,沒有電位器滑動接觸可能產(chǎn)生的“沙沙”的噪音,能給人聲音干凈、定位準確的感覺,搭配不同個性的電阻時,可能取得不同風(fēng)格的音色。分檔式電位器的不足首先是無法做到音量的精細調(diào)節(jié),通常情況下音量控制至少需要60dB調(diào)節(jié)范圍,否則無法調(diào)低至深夜聽音樂時所需的小音量,而旋轉(zhuǎn)開關(guān)一般也就30至40個檔位,60dB調(diào)節(jié)范圍平均分配的話,每檔1dB都做不到,為兼顧大音量位置盡可能小的響度跳變,又要滿足足夠輕的最低響度,通常的做法是在最大音量附近的十幾dB范圍以每級以1dB變化,朝下逐漸加大每級的變化量,最小音量附近經(jīng)常會達到每級2至3dB甚至更大的音量跳變,這就是其音量變化不夠精細的原因所在。與普通電位器一樣,分檔式電位器一般采用左右聲道同軸聯(lián)動,在雙單聲道放大器中使用也會遇到兩聲道電路難以徹底分開的頭痛問題,少數(shù)放大器不惜費工費時使用同步皮帶來聯(lián)動分裝兩處的分檔式電位器,那畢竟是極個別的極端例子,不太容易實現(xiàn)遙控是分檔式電位器的另一不足。

分檔式電位器完全沒有普通電位器略帶粘滯的的柔順手感,是否適應(yīng)完全取決使用者的偏好。無論電阻串抽頭方式還是每檔位單獨分壓方式,同時保持電位器輸入和輸出阻抗恒定的問題,在分檔式電位器中依然沒有得到有效解決。從實用角度看,分檔式電位器比較適用于經(jīng)常處在較高音量位置的小功率放大器。 
一款分檔式電位器

繼電器電控衰減器
用繼電器加電阻網(wǎng)絡(luò)組成的音量控制源自于“電控衰減器”。頻率升至射頻領(lǐng)域后,由于電位器或開關(guān)+電阻的方式因阻抗的不確定性和分布參數(shù)的影響,在頻率升至幾十兆后,基本上就退出了大幅度調(diào)節(jié)、控制信號幅度的陣地,取而代之的就是電控衰減器。用繼電器加計權(quán)電阻衰減網(wǎng)絡(luò)(即每個衰減器的衰減量分別被設(shè)計成1dB、2dB、4dB、8dB……)組成的電控衰減器是電控衰減方式之一,它可以方便地安放在最有利于信號途徑的位置,通過電信號控制繼電器來切換衰減網(wǎng)絡(luò),以得到所需的信號幅度。

如果與標準電控衰減器一樣,每個衰減單元使用特性阻抗恒定的∏或Y型網(wǎng)絡(luò),這種音量控制方式可以得到全音量范圍一致的頻響特性,在任何音量位置保持十分良好的解析度。

繼電器方式音量控制的優(yōu)點是,因一組控制信號可以同時控制多個音量單元,很容易實現(xiàn)平衡放大器所需的4聯(lián)或更多的多聯(lián)同步控制,由于繼電器使用的數(shù)量不會像選旋轉(zhuǎn)開關(guān)檔位數(shù)量那樣受限制,音量控制的步進量可以做到非常精細。

作為電控開關(guān)的繼電器,除了通過切換計權(quán)電阻衰減網(wǎng)絡(luò)外,也可與R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)控音量電路完成高性能音量控制。由于繼電器開關(guān)觸點電阻低達mΩ級,只要選擇的是低非線性觸點的信號切換繼電器,配合高精度計權(quán)衰減網(wǎng)絡(luò)或R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò),都可能實現(xiàn)靜態(tài)性能堪稱卓越的極品級音量控制性能。

如果僅僅是用繼電器來替代旋轉(zhuǎn)開關(guān)接通一個電阻串上的抽頭,或切換不同的分壓電阻對,這時的繼電器控制音量除了可以比開關(guān)方式縮短信號路經(jīng)及便于左右聲道分開獨立安裝外,在提升音質(zhì)方面不具有實質(zhì)性的改善。

旋轉(zhuǎn)開關(guān)方式的音量控制器,無論觸點是先斷后通式還是先通后斷式,都無法避免在切換過程中音量偏離下一檔位的準確值,先通后斷式情況還好一點,用先斷后通式開關(guān)時,音量將經(jīng)歷“有—無—有”的巨變過程,在這樣的情況下那怕焊上的是再名貴的電阻,調(diào)節(jié)音量時對音樂的破壞與一個沙沙作響的破電位器幾乎不分仲伯。提出旋轉(zhuǎn)開關(guān)式音量的這個短處,是為了解釋繼電器音量控制器的類似缺憾,因為不同繼電器交替時,也有短時間的音量突變,當有聽者靜心聆聽時,這種音量突變幾乎可以打斷聽者心中流淌著的音樂旋律,很是煞風(fēng)景??赡苷沁@種可能破壞旋律的固有瑕疵,在真正的Hi-End產(chǎn)品中,幾乎難尋這種性能可能達至卓越程度的繼電器方式音量控制的蹤影。

電子音量控制器
非機械接點切換的音量控制可統(tǒng)一歸入電子音量,其方式繁復(fù)多樣,性能魚龍混雜,到目前為止,性能最差和最頂級的都在其中。

電子音量控制的出現(xiàn)比電位器晚得多,最早被大量使用是在電視機的芯片中,被稱為直流音量控制。它用一個電位器改變送入芯片的直流控制電壓來改變芯片中放大器的工作,從而控制其增益,達到音量控制的目的。這種音量控制方式可以避免音頻信號線往返通過電磁干擾嚴重的機內(nèi)空間,大幅降低受干擾的機會,有其特殊的存在價值。因為改變工作點的同時不可避免地引入附加的非線性失真,直流音量控制對是音質(zhì)最差的電子音量方式,只有電視機、收錄機、低檔汽車音響等對聲音質(zhì)量要求不高的產(chǎn)品在大量使用。直流音量控制的大批量使用及其低劣的音質(zhì),是造成人們對電子音量方式普遍印象不好的主要原因。

性能比較好的電子音量是電子電位器,其基本方式是用電子開關(guān)對衰減量按dB分配的電阻串的抽頭進行切換,可用分立元件組成,也有被集成在芯片之中的,與繼電器切換的步進式音量相比,電子開關(guān)的切換速度可以達到ns級,比繼電器的ms級速度要快上好幾個數(shù)量級,聽感上沒有音量斷續(xù)的感覺。高級的集成音量控制芯片,如TI公司的PGA2320等類似的芯片在降低音量的同時還能同時切換芯片內(nèi)放大器的負反饋量,以達到更低的噪聲輸出。像PGA2320這種數(shù)控模擬電子音量芯片目前已經(jīng)可以達到的性能是:音量控制范圍+31.5dB至-95.5dB ,0.5dB步級,0.0003%THD+N(1KHz),動態(tài)范圍120dB,兩聲道間串擾-126dBFS。從性能指標來看,這種電子音量芯片低同步誤差、性能永久不變的特點,就足以使絕大多數(shù)機械電位器顯得落后一大截。串行數(shù)據(jù)控制的電子音量芯片在微處理機的控制下,可以實現(xiàn)的精細音量遙控、開機音量預(yù)設(shè)、音量淡入淡出、靜音衰減量預(yù)設(shè)等眾多方便實用的功能,更是傳統(tǒng)電位器所無法望其項背。強大的操控性能加上良好的音質(zhì)表現(xiàn),已使商品化的數(shù)控模擬電子音量芯片在Hi-End放大器中的頻頻現(xiàn)身顯得十分順理順章。

迄今為止,最高級的音控形式,當屬各方面性能都趨于完美的R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的音量控制。這種音控方式源自于D/A轉(zhuǎn)換器,阻抗恒定的R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)使得這種音控方式成為目前唯一實現(xiàn)頻率特性與音量位置無關(guān)并得到實際應(yīng)用的理想音控方式。為便于討論,我們暫且稱這種由R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)為主組成的音量控制器為D/A式音量控制。在D/A式音量控制中,輸入的音頻電壓首先被轉(zhuǎn)換為按照二進制權(quán)重等比例遞減的音頻電流(V-I轉(zhuǎn)換),然后通過外部控制數(shù)據(jù)來切換R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的合成輸出電流,最后再通過高性能放大器把音頻電流再轉(zhuǎn)換成音頻電壓(I-V轉(zhuǎn)換),完成近乎理想的音頻電壓幅度調(diào)節(jié)。音頻信號被轉(zhuǎn)換成電流后,在低阻抗R-2R網(wǎng)絡(luò)中進行音量變換時不會再受外部干擾,因此能保持極高的信號純度。D/A式音量控制沒有信號時有宛如深海般的寂靜,不像普通電位器,用手稍稍接近都能在喇叭中聽到哼哼作響的干擾聲。在D/A式音量控制器中,音量的最小變化量取決于控制位數(shù),10比特時,可以實現(xiàn)1024級音量變化。與傳統(tǒng)電位器相比,D/A式音量控制器的音質(zhì)與音量位置高低完全無關(guān),即便在很小音量位置,也能傳送出非常豐富的細節(jié),保持飽滿豐潤的音色。

D/A式音量方式出現(xiàn)后,有實力的Hi-End廠家都早早地把音量控制技術(shù)之爭的主戰(zhàn)場紛紛移至研究方式各異的D/A式音量,在沿用傳統(tǒng)電位器的低端廠家面前迅速形成聲音品質(zhì)上的鴻溝,不動聲色地擺脫競爭上的糾纏??蓱z處于技術(shù)低端的廠家就只能用購買越來越昂貴的電位器型號,試圖讓人相信其產(chǎn)品音質(zhì)還在隨之提高,可惜再昂貴的電位器也無法克服其機理上的缺陷,音量從高調(diào)低時音色隨之晦澀、音場隨之收縮的狀況與用D/A音量的產(chǎn)品始終陽光般開揚的音色對比,猶如惡夢纏繞,揮之不去,成為很多廠家壓在心頭的難言之痛。

D/A式音量控制器的缺點是高成本,為控制和顯示音量值,需要有顯示器件和微電腦芯片協(xié)同工作,技術(shù)難度高,在DIY領(lǐng)域基本上了無蹤跡,鮮為人知。
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