Âm thanh sử dụng PWM, nguyên tắc đằng sau nó là gì?

Tôi đã thấy một sơ đồ của một bảng PIC sử dụng bộ lọc PWM để cung cấp tín hiệu đầu ra âm thanh cho giắc âm thanh. Nó cho thấy đầu ra PWM được lọc bằng 3 giai đoạn của bộ lọc RC thụ động, sau đó là giai đoạn LM386. Tôi có những câu hỏi sau:

1. Thông thường một tín hiệu âm thanh sẽ có nhiều tần số được tổng hợp đồng thời. Làm thế nào để PWM làm điều đó?
2. Chất lượng âm thanh có tốt như khi sử dụng PCM với bộ lọc, bộ lọc và bộ khuếch đại không?
3. Vì kỹ thuật này trông và rất tiện lợi, tại sao tất cả các thiết bị âm thanh không sử dụng điều này để tiết kiệm tiền và chi phí, bao gồm cả card âm thanh trong máy tính?

Thông thường một tín hiệu âm thanh sẽ có nhiều tần số được tổng hợp đồng thời. Làm thế nào để PWM làm điều đó?

Tín hiệu âm thanh chứa phổ tần số nhiều tần số vẫn chỉ là tín hiệu âm thanh có thể được lấy mẫu và ADC và được tái tạo bởi một bộ xử lý tín hiệu. Cung cấp tốc độ lấy mẫu được sử dụng cao hơn hai lần tần số âm thanh cao nhất thì tất cả đều tốt. Một bộ xử lý tín hiệu sử dụng kỹ thuật PWM cũng không khác. Trong bất kỳ một chu kỳ nào của dạng sóng PWM, tỷ lệ giữa dấu và không gian phải "biểu diễn" chính xác tín hiệu tương tự tức thời và một chu kỳ PWM đơn phải ngắn hơn một nửa thời gian của tín hiệu âm thanh cao nhất: -

Trên đây là một đại diện đơn giản của 3 cấp độ DC sử dụng PWM. Rõ ràng nếu tần số PWM là "cao" thì ba mức đó có thể được coi là một phần của dạng sóng AC phức tạp. Hy vọng rằng bạn có thể thấy rằng việc kiểm soát chính xác tỷ lệ không gian đánh dấu PWM là thực sự cơ bản để thu được độ méo âm thanh thấp.

Chất lượng âm thanh có tốt như khi sử dụng PCM với bộ lọc, bộ lọc và bộ khuếch đại không?

Theo truyền thống là không, nhưng nó đang trở nên tốt hơn.

Vì kỹ thuật này trông và rất tiện lợi, tại sao tất cả các thiết bị âm thanh không sử dụng điều này để tiết kiệm tiền và chi phí, bao gồm cả card âm thanh trong máy tính?

Kiểm soát độ chính xác của tỷ lệ PWM là khá khó khăn để có được chất lượng hi-fi thực sự tốt và với việc từ chối cấp nguồn cho bộ khuếch đại lớp D vẫn là một thách thức khá khó khăn. Xem hình ảnh được nhúng ở trên - nếu đường ray nguồn 5V tăng gấp đôi thì mức tăng cũng tăng gấp đôi - bây giờ hãy tưởng tượng rằng thay vì chỉ đơn giản là tăng gấp đôi, bạn đã có một tiếng ồn tào lao trên đường ray đó - điều này sẽ trực tiếp điều chỉnh tín hiệu âm thanh của bạn và tạo ra một số rất đáng chú ý Các hiệu ứng.

PCM với DAC, bộ lọc và bộ khuếch đại

Điều này phụ thuộc vào cách thức xây dựng bộ xử lý nội bộ của bạn. Hầu hết các bộ xử lý âm thanh sẽ sử dụng điều chế sigma-delta, tương tự như PWM ở chỗ nó là tín hiệu một bit được bật và tắt ở tốc độ cao thông qua bộ lọc, nhưng sử dụng thuật toán thông minh hơn để đảm bảo mức đầu ra và tốc độ xoay chính xác.

Ví dụ này bảng dữ liệu codec âm thanh có một sơ đồ đẹp trên trang đầu tiên.

Bạn có thể nhận được âm thanh khá tốt từ PWM thuần túy nếu PWM của bạn đủ nhanh. Nó cần phải có tần số PWM cao hơn nhiều so với tần số âm thanh cao nhất bạn muốn, vào vùng MHz.

Xem phần Chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu tương tự