1、http:/ 当前，无论是广播界还是电视界都在为全面数字化而努力着。而谈到音频数字化时，都只在数字录音机和数字调音台方面打转转。然而，一个完全不符合数字化时代的、很不环保的器材却是人们并不注意的音频功率放大器。这类放大器在广播电台、电视台、电影制片厂、录音公司、音乐厅、重要社会活动场所、体育运动场馆、文艺演出场所、会堂、会议厅等等场合作为监听和扩声之用，这些都是需要大量专业级音频设备的地方。而现在的功率放大器，如果是甲乙类，其转换效率一般都只在 50%以下，如果是纯甲类放大器，效率就更低。为了散热，需要巨大的散热片、热管和风扇。为了保证气流畅通，机器里面要留出充分的空间。这些无疑又增加了设备的
2、体积、重量和能耗。可是，数字化并没有涉及这个领域，这的确是个盲点。遗憾的是，这一次专业用户又落在了消费者的后面。因为， “数字放大器”这个概念以及上市的产品已经宣告向消费者音频市场进军了。而对于我国的专业音频界人士来说，却对数字放大器这个新生事物少有耳闻。我想借本文向专业音频界的同行，谈谈数字音频放大器问题。我们知道电信号的放大器至今仍是模拟放大器占统治地位，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，就是无线电技术就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
3、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。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。
4、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，那时还没有放大器。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。
5、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（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，
6、“数字化” 已经成为时髦词，有的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”。人们可能不知道，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，
7、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。为了论述简单，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
8、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” 。在我国，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。中文字 “丁” 可无论如何与“数字”一词扯不上关系。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
9、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
10、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） 。当然这种称呼不易普及，也不易上口。但是，不管数字二字的定义如何，被称“数字放大器”的放大器不仅在节约能源方面有很大优势，
11、同时具有直接数字格式信号的输入端，以及越来越高的音频质量，这些已经成了产品进军传统模拟放大器市场的杀手锏。所以，我认为，这种放大器至少是标志着真正数字放大即将来临的前瞻性产品。因而，了解如今在所谓“数字”放大器名下的产品发展情况，对我国广播电视和电影界同仁是有很重要的意义的。为方便读者自己了解第一手资料，本文尽可能提供公司的网址，我的网址（http:/ Tripath Technology Inc.，这是一家美国那斯达克上市的公司，网址是：http:/ 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、TA010
12、3A 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
13、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
14、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。Tripath 公司已经有 500 瓦甚至上千瓦的放大器评估模块供第三方生产放大器和其它音响、电视产品之用。例如，SONY、AP
15、PLE、SHARP、MARANTZ 、Bel Canto Design、AudioSource 等都把它用到自己的高质量音响产品中去。Apple 新出的 Power Mac G4 电脑就是用 Harman Kardon 的透明的球形扬声器音箱，去年 8 月在北京国际广播电视器材大展上亮相，它的声音非常吸引人，而放大器就是采用 Tripath 芯片。Apple 公司网址：http:/ Canto Design 是一家生产高端音频器材的公司，它的产品包括高质量数模转换器、大功率单电子管 A 类放大器，以及 “数字” 放大器。后者采用 Tripath 的评估模块生产出音频技术指标非常高的 Evo 型
16、大功率数字放大器系列。例如 Evo 200.2 型数字放大器，它的THD（总谐波失真）和 IMD（互调失真）非常小，都低于 0.01%；而电压跟从率为 6000伏/微秒；阻尼因数大于 100，效率高于 90%。更有意思的是它具有软削波特性，而小信号失真更小，这特征很像电子管放大器，可能与该公司生产电子管产品的历史有关。公司网址：http:/ 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器材的公司，它在新的 Seven T
17、 音频放大器系列中采用 T 类放大器技术（详见该公司网址：http:/ ；SONY 也把该技术用于它的 DVD 解决方案中，详见网址：http:/www.sony.co.jp/。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。德国的 BEHRINGER 百灵达公司，是我国专业人士经常接触的专业音响器材生产商之一，它已经开发出自己的数字放大器。称为 CoolAudio 的超大功率（ 4000 瓦有效值连续功率）数字放大器采用 D 类技术，外观很专业，这是
18、扩声专用的设计。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。网址：http:/ 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 Coupling 直接比特流耦合”技术。它的输入除了 4 个标准数字信号外，还提供 SACD 和 DVD-A 的信号输入。产品已经上市，价格约 4 千美元。网址：http:/www.sharp.co.jp/（英文网址：http:/
19、www.sharp- 。Apogee Technology 公司推出 DDX 技术，即 Direct Digital Amplification 直接数字放大技术，它号称比普通 D 类放大器在小功率方面有更好的效率。产品包括 DDX-2000 控制器和DDX-2060 放大器芯片的评估模块 EB-2060x 价格是 198 美元。当然，第三方厂家只要购买其芯片就可以自行设计和生产数字放大器产品。网址为：http:/ Logic 是一家半导体芯片生产商，音频工作者应该十分熟悉。它开发出所谓“ 纯数字”PWM 技术（引号是公司自己加的，不是我加的） 。该公司称它的技术在解决 PWM 电路的电磁场及
20、射频干扰方面胜人一筹。产品系列从小于 1 瓦的单芯片、1 瓦至 20 瓦的双芯片、10 瓦到 200 瓦的多芯片或模块，以及高达 100 至 2000 瓦的大功率多芯片或模块。该公司的产品是以 Crystal、Maverick 和 3Ci 为注册商标上市的，其代理商遍布全球。网址为：http:/ Microsemi，一看这名字就令人想到半导体。它生产的是 PWM 技术的高效 D 类音频电路，称为 AudioMax 的 LXE1710 评估套件，只是功率小了点，尽管是立体声的，但每路只有 15 瓦。网址：http:/ Bang & Olufson 采用自行开发的ICEPower 技术，推出了内装
21、数字放大器的有源扬声器 BeoLab1。ICE 的意思是智慧、小型和效率三个英文词的字头。该技术可以提供高达 1000 瓦的高保真音频功率。ICE250A、ICE500A 和 ICE100A 分别提供 250、500 和 100 瓦的输出功率，效率达 92。均可驱动 2 至 16 欧姆的负载。B&O 也投入数字放大器的生产，可见对此类放大器的声音质量已经很有把握。因为这家公司一向以高质量产品闻名于世。网址为：http:/www.bang-olufsen.dk/。现在，有的公司把外形设计得非常花哨，但是指标和听音效果都令人失望。例如，我国一家公司生产的所谓数字功率放大器，竟然连关键技术指标都不发
22、表。偶然看到该公司一篇论文，文中称：“而数字功放内阻不超过 0.2 欧姆（开关管内阻加滤波器内阻） ，相对于负载（扬声器）的阻抗 4-8 欧姆完全可以忽略不计”云云。并得出令人纳闷的结论： “因此不存在和扬声器的匹配问题。 ”我们知道，0.2 欧姆的内阻对于 8 欧姆扬声器的阻尼因数为40，而 4 欧姆扬声器则为 20。这么差的阻尼因数，是无法与现有普通模拟功放相比的。因此，我的意见是：要想创造出真正的数字放大器，必须彻底了解现代的模拟放大器。另外，由于所谓数字放大器的输出管仍然是正负对称（推挽）工作的，因此输出开关管由正压全导通到关闭，然后转向负压，或由负压全导通转到正压，都有一个小小的延时
23、，原因是空间电荷的储存效应。使用 Tripath 模块的 Bel Canto 产品公布其输出管开关时间为30 纳秒（30 毫微秒） 。然而，有的所谓高科技公司，竟然不公布技术指标，也不敢给专家开盖检查设备加工质量，甚至只请少数特定人士来做声音质量评定，并美其名曰“耳朵收货”。对于专业人员来说，这未免太业余了。为什么不用世界标准的音频仪器 AP system One 或 System Two 来测量一下自己开发的数字放大器呢？技术开发不靠精密可靠的数据测量靠什么？难道还要走十年前国内一些发烧音响器材厂走过的弯路吗？这里，我不得不提一下负反馈问题。因为有文称数字放大器不用负反馈所以没有瞬态互调失真
24、。数字放大器要不要负反馈？如何加负反馈？这些都是对新一代高效放大器的挑战。负反馈不单是解决放大器内部问题的，而且更重要的是可以解决非纯阻负载的问题。可以说，负反馈放大器是电子学上的一次飞跃。现在，我们面对的是表现极为复杂和不可预测的扬声器机器音箱，绝对不是一只 4 欧姆或 8 欧姆的电阻。我在设计电影制片厂录音监听放大器时，就测量过扬声器的各种阻抗现象，其起伏之大，令人难以想像。加上分频器，问题就更复杂。放大器的负载除了阻抗的频率关系，还有相位的频率关系问题，还有音圈在磁场里运动产生的反电动势。解决些个问题的唯一方法就是极大地减少功放内阻，负反馈是简单易行，而且可控性强的方法。阻尼因数至少 1
25、00，如果达到 300 就很好。有人用“数字” 二字把自己的手脚捆绑起来，人为地把数字和模拟对立起来，企图把模拟技术几十年摸索出来的经验一笔勾销。可是，在数字放大器领域技术领先的公司，却就在数字领域解决了负反馈问题。它从经过低通滤波器平滑过的模拟信号，取一部分从专门供负反馈用的模数转换口输入进行数字量化处理，然后与主通道的数字信号适量相减，达到负反馈的目的。采用这些技术的公司并不因为使用了传统的模拟技术而躲躲闪闪，反而骄傲地说，我们的产品既有数字技术的高效率，也有模拟技术的低失真。完全可以供专业单位使用。那么多进行数字放大器技术研究和生产的公司，都在自己的网站公布技术白皮书和产品资料（大多是
26、PDF 格式） 。在介绍技术的同时，都公布用 AP（Audio Precision 音频精密）公司测量的全套曲线（目前只有这家公司才生产模拟、数字双域的音频测量仪器） 。谈到价格，一般作为 PWM D 类放大器成品器材在市场上出售的价格都不低。很多第三方公司采用的是上述厂家的芯片或评估模块。当然，评估模块和芯片是不带机箱的的，厂家给它们加工了贵重、漂亮的机箱和控制器，那最终产品当然要升值。因此，有的“数字”放大器刚开始上市就用价格低廉来招徕顾客，未免太短见了。数字放大器帮用户省了那么多电费，难道一次性投资还不应该高点吗？市场上的节电灯和节电灯泡价格都比普通灯贵得多，就是这个道理。在中国大陆正式
27、展出过的国外数字功放主要是 TACT 公司的产品。其实，该公司的主要产品不是放大器，而是 TACT RCS 2.2 型数字式房间校正系统（Digital Room Correction System） ，详见该公司网址：http:/ 。该公司在中国展出的 Millennium 型数字功放，采用的是丹麦 Toccata Tech 公司的 EQUIBIT 和 EQUILOG 技术和模块，后者以前在网上公布了类似设计工具类的评估模块的技术资料及价格。遗憾的是，Toccata 公司已经变成 TI（美国得克萨斯仪器公司）的数字扬声器部（Digital Speakers Department） ，连自己的
28、网页（http:/www.toccata.dk/和 http:/ 公司（网址：http:/ PWM 技术的小功率应用。TI 公司目前的主要目标是通讯用、控制用、家庭影院用、车载音响用和电脑用音频放大器，因为这些领域获利容易得多。世界上其它数字放大器生产商还有的是，所谓“目前，国外对功放数字化研究尚处实验阶段，且大都停留在 PWM 功放的研究水平上。有少数几家公司已研制出新一代的数字PWM 功放，远没达到商业化的地步。 ”云云，是毫无根据的。国外不少厂家已经生产出可供第三方使用的芯片和模块，也公开了价格和代理商名单，已经实现了产品商业化。但因为国外法律方面的严肃性，厂家仍然把自己提供的数字放大器
29、模块称为“评估模块（Evaluation Board ） ”。除了 Tripath 等给其它整机厂家提供数字放大器模块外，生产芯片和模块，甚至自己独立生产数字功放的厂家也不少。还有不少公司正在投入数字放大器的研制和生产。因时间有限，我没法一一介绍。另外，这里仅介绍产品上了网的部分，实际上还有很多专门生产通讯用、电脑用，以及电子乐器用的数字放大器。有兴趣的可以直接上网，用搜索引擎去寻找。据了解国内也有公司开发了类似的 PWM 数字放大器，请浏览该公司网址：http:/ OEM 也不乏是个好主意。Dolby、DTS、桑塔拿、别克、Windows 不都是人家的吗？我们只要尊重知识产权，不搞盗版，不搞仿冒，有什么见不得人的。中国理应能开发出自己的数字放大器（或功率型数模转换器） ，我只是希望这个新概念产品的参与者能抱着科学的态度，实实在在地造出技术指标最好、声音最佳、效率最高、性价比最好、最为可靠，符合专业使用的产品。让音频放大器这个被人遗忘的领域也能迅速进入数字化的轨道。
