音頻雜訊和破音的表征與解決之道

　　簡介

　　音頻雜訊和破音(click and pop)是揚(yáng)聲器或耳機(jī)產(chǎn)生的不良噪聲。它是由注入揚(yáng)聲器線圈的瞬態(tài)電流脈沖引起的，該電流瞬間移動(dòng)進(jìn)出揚(yáng)聲器紙盆就造成了雜訊和破音。雜訊和破音可能使人的耳朵感到不愉快和厭煩。當(dāng)音源上電或掉電(powering up or down)，或當(dāng)音頻信號(hào)減弱或被不同負(fù)載復(fù)用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生雜訊和破音。這些情況產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖通過揚(yáng)聲器負(fù)載放電，從而造成一種不良的雜訊和破音。

　　為了延長電池壽命，筆記本電腦、手機(jī)、MP3播放器等便攜式媒體設(shè)備采用了節(jié)能設(shè)置(如待機(jī)、休眠模式等)，同時(shí)集成了USB或多個(gè)音源開關(guān)，雜訊和破音瞬變正變得日益突出。本文介紹了雜訊和破音瞬變是如何產(chǎn)生和測量的。文章提出了對(duì)雜訊和破音的客觀和主觀定性。還提出了一項(xiàng)旨在減少瞬變出現(xiàn)以消除雜訊和破音的方針。文章還對(duì)不同的雜訊和破音消除技術(shù)與某些設(shè)計(jì)實(shí)例中的Intersil器件的性能進(jìn)行了比較。

　　雜訊和破音的來源

　　雜訊和破音瞬變的一些常見原因是：

　　• 電源瞬變

　　• DC輸入瞬變

　　• 音頻驅(qū)動(dòng)器偏移電壓

　　1. 電源瞬變

　　當(dāng)音頻元件的DC電源轉(zhuǎn)換開(ON)關(guān)(OFF)時(shí)，由于變化的電源電壓轉(zhuǎn)換速率(slew rate)的緣故，揚(yáng)聲器或耳機(jī)的電壓可能出現(xiàn)反跳(bounce)。盡管電源旁路(by-pass)電容有助于減少一個(gè)元件電源引腳上的噪聲尖峰，如圖1所示的建立在V+引腳的低通濾波器(LPF)之上的一項(xiàng)技術(shù)，可以進(jìn)一步減少電源引腳的瞬變。

　　在IC的Vbattery電源引腳和V+引腳之間放上一個(gè)串聯(lián)電阻RSeries，就構(gòu)成了一個(gè)帶有去耦電容Cin 的低通濾波器(LPF)。由于Intersil的音頻開關(guān)IC消耗的電源電流≤10μA，這個(gè)解決方案很有效，在大小適當(dāng)時(shí)，可以使串聯(lián)電阻兩端的電壓降忽略不計(jì)。這個(gè)LPF可將DC電壓的快轉(zhuǎn)換速率瞬變轉(zhuǎn)換成IC電源引腳上較慢的指數(shù)斜率。較慢的斜坡電壓可以最大限度地減少電源的開關(guān)瞬變，同時(shí)消除開關(guān)輸出端所有的注入電荷，這些電荷會(huì)導(dǎo)致負(fù)載上的雜訊和破音。

　　圖1：電源輸入濾波器

　　2. DC輸入瞬變

　　圖2：單電源音頻放大器驅(qū)動(dòng)器的AC耦合負(fù)載(圖字：揚(yáng)聲器)

　　圖2顯示了一個(gè)簡化布局的驅(qū)動(dòng)一個(gè)32W耳機(jī)的單電源音頻放大器，它廣泛用于許多便攜式媒體播放器。音頻放大器的輸出信號(hào)DC偏置在系統(tǒng)電源電壓的一半，允許在正負(fù)方向的完整的音頻信號(hào)擺幅。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機(jī)負(fù)載的DC偏置。220μF電容和32W負(fù)載阻抗構(gòu)成了一個(gè)有22Hz轉(zhuǎn)角頻率的高通濾波器(HPF)，可覆蓋整個(gè)音頻帶寬。