1、本文論述音頻放大器的發展過程和當前出現的數字音頻功率放大器的國內外現狀。通過此文，以引起我國廣播電視、電影等專業單位對這一新鮮事物的關注。使得音頻放大器這個盲區也能進入數字化時代。     當前，無論是廣播界還是電視界都在為全面數字化而努力著。而談到音頻數字化時，都只在數字錄音機和數字調音臺方面打轉轉。然而，一個完全不符合數字化時代的、很不環保的器材卻是人們并不注意的音頻功率放大器。這類放大器在廣播電臺、電視臺、電影制片廠、錄音公司、音樂廳、重要社會活動場所、體育運動場館、文藝演出場所、會堂、會議廳等等場合作為監聽和擴聲之用，這些都是需要大量專業級音頻設備的地方。

2、而現在的功率放大器，如果是甲乙類，其轉換效率一般都只在50%以下，如果是純甲類放大器，效率就更低。為了散熱，需要巨大的散熱片、熱管和風扇。為了保證氣流暢通，機器里面要留出充分的空間。這些無疑又增加了設備的體積、重量和能耗?？墒?，數字化并沒有涉及這個領域，這的確是個盲點。    遺憾的是，這一次專業用戶又落在了消費者的后面。因為，“數字放大器”這個概念以及上市的產品已經宣告向消費者音頻市場進軍了。而對于我國的專業音頻界人士來說，卻對數字放大器這個新生事物少有耳聞。我想借本文向專業音頻界的同行，談談數字音頻放大器問題。    我們知道電信

3、號的放大器至今仍是模擬放大器占統治地位，它包括正弦波信號的線性放大器和脈沖信號的脈沖放大器。后者盡管不是線性放大器，但仍然屬于模擬領域，這是電子學的基本常識。的確，可能許多人不清楚這個事實，就是無線電技術就是從脈沖技術開始的，而不是線性技術。當俄國的波波夫開始發現電極打火產生的電磁信號可以傳播很遠，這就是脈沖信號和無線電電子學的開端。拿現代某些人的時髦用語來說，波波夫不就成了0和1的純“數字”技術創始人。推理下去也不就可以說無線電電子學是從數字技術開始的。定義么，本來就是人類自己想出來的。我想，如果一開始人們就稱煤球為白，粉筆為黑，幾千年下來大概也不會有什么異議。  

4、60; 在電火花形式的信號傳播之后，科學家、發明家不斷在技術上推進，不僅有莫爾斯電報編碼的脈沖形式，而且還要有通話，甚至音樂的傳播等等線性形式。人們還希望發出比自然聲更大的聲音，以便使更多的人能聽到自己，這樣才有線性放大器和調制技術的開始。不知道大家是否注意到，老式的唱機是用逐漸加大開口的金屬喇叭來擴聲的。那年頭有唱片，但是沒有放大器，沒有電-機轉換的揚聲器。而電火花脈沖信號的大小則是靠電極兩端電壓的高低來決定，那時還沒有放大器。    放大器僅在有源器件發明之后才出現的，首當其沖的就是電子管，后來才出現晶體管。電子管和晶體管都可以用作線性放大和非線性的脈沖放大。

5、可以回憶一下，60年代的計算機還是用電子管構成的，一部性能遠不如386的電腦，竟然要占三間大房間。電腦里使用的幾乎全是脈沖技術，例如門電路、觸發器、鉗位器、移位寄存器等，都是邏輯電路。而邏輯電路構成現代計算機的基礎，也是發展到如今普遍應用的數字技術的基礎。但是從來沒人把這些技術稱作數字技術。    由于我們討論的是數字音頻功率放大器，而不是電腦。所以，數字音頻技術的正確的定義應該是：模擬信號經過某個采樣頻率（例如44.1 、48、96 kHz等）的采樣，然后再經過量化（16、24、32比特等等）形成由一連串兩態脈沖信號所組成的數碼流。這就是PCM，即脈沖編碼調制技

6、術。其電平的兩態是器件的導通和截止，對于雙極晶體管來說，是0.3和3.6伏左右（所謂TTL電平）。當然，不同的器件，兩態的具體定義是不同的，例如在磁帶、光盤、磁盤等載體上，它們的狀態就只與磁化方向或有無光學反射有關。實際上，不是低電平就是0，高電平就是1。大多數是由低電平跳向高電平的脈沖沿方向稱1，由高電平跳向低電平的脈沖沿方向稱0等等。    今天，“數字化”已經成為時髦詞，有的甚至把它搞成一種運動。不管三七二十一，扯上扯不上，都冠以“數字”二字。仔細觀察現今被稱作“全數字放大器”的中外產品和技術，也都含糊地把屬于模擬技術領域的脈沖技術稱之為“數字”技術。于是原

7、來脈沖技術中只有PCM，即脈碼調制技術才能稱上數字音頻的定義，擴大到屬于模擬技術的PWM，即脈寬調制技術。據說理由是輸出管只有0（截止）和1（導通）兩態，所以就叫“數字”。人們可能不知道，當年大影碟LD上光學槽的刻錄，就是應用的PWM技術，光盤表面的槽與CD表面的槽都是那樣光刻出來的，光盤表面也是兩態，即有反射和無反射?？墒荂D就是PCM數字編碼方式，因此是數字信息；而LD上長短不同信息槽是PWM調制方式刻錄的，那可是百分之百的模擬技術。    為了論述簡單，下面提到的數字放大器、數字功放都是指數字音頻放大器?，F在所謂的數字放大器里仍然是DAA，而不是DDA。原因

8、是輸入的數字音頻格式信號，在形成PWM調制的時候，雖然沒有變成線性信號，但是已經變成了幅度不變，而是寬度變化的脈沖信號。只有這樣的變換，才能將信號幅度加大到足以控制輸出功率管的程度。用脈沖寬度變化來控制輸出管導通時間的長短，然后用LC低通將高頻脈沖成分濾掉，使得到達揚聲器音圈上的電壓是線性模擬信號，這樣才能放出可以被人類聽到的聲音?？梢钥吹剑@種放大器的中間和后級都是模擬技術，只是脈沖放大而已。    當然，我也看到，有人把“D”類放大器的“D”，也稱為“Digital 數字”。在我國，通常把“A”稱為“甲”類，把“B”成為“乙”類，而“D”是稱為“丁”類的放大器

9、。中文字“丁”可無論如何與“數字”一詞扯不上關系。過去很長時間里，人們一直致力于克服A類、B類，以及AB類放大器的線性和效率問題。的確AB類是個折衷。但是在一些效率比線性更重視的應用中，采用高效率開關方式的“D”類放大器就應運而生。但是如果用在高保真方面，線性度比AB類甚至比B類都差。甚至由于原理關系，會引進高頻開關的干擾造成噪聲。同時，大幅度的高頻脈沖，很難做到上升和下降沿的陡度，于是使得方波變形成為三角波，結果使得輸出開關功率管處于不能全通或全閉狀態，這時理論上為0和1兩態的波形，已經不是完全的方波，而變了形，這勢必引入新的失真和降低效率。例如，在使用數字采樣和量化過程中，會引進模擬信號中

10、沒有的折混失真和量化噪聲。    就選管的對稱性來說，原理上就決定了對輸出大功率開關管的對稱性要求不會比線性放大器低。而且由于不使用負反饋，對于對稱性的要求比模擬的還高。有些H型橋接輸出，對4只管子的一致性要求非常高。正負脈沖的頂降是否一樣，取決于管子的飽和壓降，模擬輸出不用考慮的開關時間參數，在數字放大器中要求大大提高。而在過零方面同樣存在由于空間電荷儲存釋放不干凈等原因，而使得關閉滯后，甚至關不死。這些與使用同類管子（主要是MOSFET）線性放大器的考慮是差不多的，本來脈沖技術就是模擬技術的一部分么。    上面提到，因為輸出管處

11、于兩態，就稱之為“數字”了。反正“數字”二字符合潮流，迎合消費者心理，有利可圖，何樂不為也。理由是否充分、是否科學，對商家來說并不重要，重要的是市場。我的觀點是：嚴格來說，現在還不存在什么全數字放大器，只是功率型數模轉換器（PDAC，Powered Digital to Analogue Converter）。當然這種稱呼不易普及，也不易上口。    但是，不管數字二字的定義如何，被稱“數字放大器”的放大器不僅在節約能源方面有很大優勢，同時具有直接數字格式信號的輸入端，以及越來越高的音頻質量，這些已經成了產品進軍傳統模擬放大器市場的殺手锏。所以，我認為，這種放大器

12、至少是標志著真正數字放大即將來臨的前瞻性產品。因而，了解如今在所謂“數字”放大器名下的產品發展情況，對我國廣播電視和電影界同仁是有很重要的意義的。為方便讀者自己了解第一手資料，本文盡可能提供公司的網址，我的網址（    首先介紹的是Tripath Technology Inc.，這是一家美國那斯達克上市的公司，網址是： Digital，意思是既有好的線性又有好的效率兩者結合的數字放大模塊。    該公司采用專利和注冊的“T”類放大器技術和Digital Power Processing（DPP數字功率處理）技術。這個T可不是ABCD排

13、隊來的，而是該公司名字Tripath的字頭。該公司在網上提供全面而詳細的技術說明文件，以及產品說明及有關資料文件及照片，并且在香港已有代理公司負責中國地區的銷售。該公司使用與PWM技術的D類放大電路完全不同的原理和電路構成，并且結合了模擬技術的反饋和脈沖技術的高效。網上公布全面的技術測試圖表，以及與PWM D類放大器技術的比較。一般PWM技術采用固定三角波頻率，大約是最高音頻頻帶的10倍，例如200kHz到400kHz，都已經進入無線電的長波射頻領域。這樣會造成射頻濾波不凈和電磁場竄擾問題，為了解決這些問題勢必提高成本。而T類放大器技術利用自適應處理等技術，在小信號和大信號幅度時，有著不同的發

14、生器頻率。小信號對失真要求更高，也就是線性度更好，由于這時發生器的頻率可以達到1.5MHz以上，濾波非常方便而成本低廉。這是因為作為濾波效率的轉折頻率，也就是-3dB點的時間常數是LC的乘積。頻率越高、時間常數越小，要求LC的乘積小，也就是L或C都可以比過濾較低頻率的值要小。當然成本也就降下來了。    Tripath公司已經有500瓦甚至上千瓦的放大器評估模塊供第三方生產放大器和其它音響、電視產品之用。例如，SONY、APPLE、SHARP、MARANTZ、Bel Canto Design、AudioSource等都把它用到自己的高質量音響產品中去。Apple新

15、出的Power Mac G4電腦就是用Harman Kardon的透明的球形揚聲器音箱，去年8月在北京國際廣播電視器材大展上亮相，它的聲音非常吸引人，而放大器就是采用Tripath芯片。Apple公司網址：    Bel Canto Design是一家生產高端音頻器材的公司，它的產品包括高質量數模轉換器、大功率單電子管A類放大器，以及“數字” 放大器。后者采用Tripath的評估模塊生產出音頻技術指標非常高的Evo型大功率數字放大器系列。例如Evo 200.2型數字放大器，它的THD（總諧波失真）和IMD（互調失真）非常小，都低于0.01%；而電壓跟從率為6000

16、伏/微秒；阻尼因數大于100，效率高于90%。更有意思的是它具有軟削波特性，而小信號失真更小，這特征很像電子管放大器，可能與該公司生產電子管產品的歷史有關。公司網址：    另外，馬蘭士（Marantz）公司將Tripath公司最新T類1比特數字放大器技術用于它的ER3000型家庭影院中去；SHARP在它的高清電視設備的音頻系統中決定采用Tripath的技術和產品；AudioSouce是美國一家專門生產音響器材的公司，它在新的Seven T音頻放大器系列中采用T類放大器技術（詳見該公司網址：    德國的BEHRINGER百靈達公司，

17、是我國專業人士經常接觸的專業音響器材生產商之一，它已經開發出自己的數字放大器。稱為CoolAudio的超大功率（4000瓦有效值連續功率）數字放大器采用D類技術，外觀很專業，這是擴聲專用的設計。內部使用芯片是HCA8001，該公司還提供數字放大器驅動模塊，例如220瓦/4歐的HCA125ACREF和1000瓦/4歐的HCA600ACREF等，供第三方廠家生產自己的數字放大器。網址：    日本的SHARP（聲寶或夏普）公司也生產SM-SX100型的1比特數字功率放大器，采用的是所謂“Direct Bitstream Coupling直接比特流耦合”技術。它的輸入除

18、了4個標準數字信號外，還提供SACD和DVD-A的信號輸入。產品已經上市，價格約4千美元。網址：http:/www.sharp.co.jp/（英文網址：http:/www.sharp-    Apogee Technology公司推出DDX技術，即Direct Digital Amplification直接數字放大技術，它號稱比普通D類放大器在小功率方面有更好的效率。產品包括DDX-2000控制器和DDX-2060放大器芯片的評估模塊EB-2060x價格是198美元。當然，第三方廠家只要購買其芯片就可以自行設計和生產數字放大器產品。網址為：  

19、  Cirrus Logic是一家半導體芯片生產商，音頻工作者應該十分熟悉。它開發出所謂“純數字”PWM技術（引號是公司自己加的，不是我加的）。該公司稱它的技術在解決PWM電路的電磁場及射頻干擾方面勝人一籌。產品系列從小于1瓦的單芯片、1瓦至20瓦的雙芯片、10瓦到200瓦的多芯片或模塊，以及高達100至2000瓦的大功率多芯片或模塊。該公司的產品是以Crystal、Maverick和3Ci為注冊商標上市的，其代理商遍布全球。網址為：    另外一家公司是Microsemi，一看這名字就令人想到半導體。它生產的是PWM技術的高效D類音頻電路，稱為Audi

20、oMax的LXE1710評估套件，只是功率小了點，盡管是立體聲的，但每路只有15瓦。網址：    另外，令我吃驚的是丹麥高端音頻器材生產商Bang & Olufson采用自行開發的ICEPower技術，推出了內裝數字放大器的有源揚聲器BeoLab1。ICE的意思是智慧、小型和效率三個英文詞的字頭。該技術可以提供高達1000瓦的高保真音頻功率。ICE250A、ICE500A和ICE100A分別提供250、500和100瓦的輸出功率，效率達92。均可驅動2至16歐姆的負載。B&O也投入數字放大器的生產，可見對此類放大器的聲音質量已經很有把握。因為這家公

21、司一向以高質量產品聞名于世。網址為：http:/www.bang-olufsen.dk/。    現在，有的公司把外形設計得非常花哨，但是指標和聽音效果都令人失望。例如，我國一家公司生產的所謂數字功率放大器，竟然連關鍵技術指標都不發表。偶然看到該公司一篇論文，文中稱：“而數字功放內阻不超過0.2歐姆（開關管內阻加濾波器內阻），相對于負載（揚聲器）的阻抗4-8歐姆完全可以忽略不計”云云。并得出令人納悶的結論：“因此不存在和揚聲器的匹配問題。”我們知道，0.2歐姆的內阻對于8歐姆揚聲器的阻尼因數為40，而4歐姆揚聲器則為20。這么差的阻尼因數，是無法與現有普通模擬功放

22、相比的。因此，我的意見是：要想創造出真正的數字放大器，必須徹底了解現代的模擬放大器。    另外，由于所謂數字放大器的輸出管仍然是正負對稱（推挽）工作的，因此輸出開關管由正壓全導通到關閉，然后轉向負壓，或由負壓全導通轉到正壓，都有一個小小的延時，原因是空間電荷的儲存效應。使用Tripath模塊的Bel Canto產品公布其輸出管開關時間為30納秒（30毫微秒）。然而，有的所謂高科技公司，竟然不公布技術指標，也不敢給專家開蓋檢查設備加工質量，甚至只請少數特定人士來做聲音質量評定，并美其名曰“耳朵收貨”。對于專業人員來說，這未免太業余了。為什么不用世界標準的音頻儀器A

23、P system One 或System Two來測量一下自己開發的數字放大器呢？技術開發不靠精密可靠的數據測量靠什么？難道還要走十年前國內一些發燒音響器材廠走過的彎路嗎？    這里，我不得不提一下負反饋問題。因為有文稱數字放大器不用負反饋所以沒有瞬態互調失真。數字放大器要不要負反饋？如何加負反饋？這些都是對新一代高效放大器的挑戰。負反饋不單是解決放大器內部問題的，而且更重要的是可以解決非純阻負載的問題?？梢哉f，負反饋放大器是電子學上的一次飛躍。現在，我們面對的是表現極為復雜和不可預測的揚聲器機器音箱，絕對不是一只4歐姆或8歐姆的電阻。我在設計電影制片廠錄音監聽

24、放大器時，就測量過揚聲器的各種阻抗現象，其起伏之大，令人難以想像。加上分頻器，問題就更復雜。放大器的負載除了阻抗的頻率關系，還有相位的頻率關系問題，還有音圈在磁場里運動產生的反電動勢。解決些個問題的唯一方法就是極大地減少功放內阻，負反饋是簡單易行，而且可控性強的方法。阻尼因數至少100，如果達到300就很好。    有人用“數字”二字把自己的手腳捆綁起來，人為地把數字和模擬對立起來，企圖把模擬技術幾十年摸索出來的經驗一筆勾銷?？墒?，在數字放大器領域技術領先的公司，卻就在數字領域解決了負反饋問題。它從經過低通濾波器平滑過的模擬信號，取一部分從專門供負反饋用的模數轉換

25、口輸入進行數字量化處理，然后與主通道的數字信號適量相減，達到負反饋的目的。采用這些技術的公司并不因為使用了傳統的模擬技術而躲躲閃閃，反而驕傲地說，我們的產品既有數字技術的高效率，也有模擬技術的低失真。完全可以供專業單位使用。那么多進行數字放大器技術研究和生產的公司，都在自己的網站公布技術白皮書和產品資料（大多是PDF格式）。在介紹技術的同時，都公布用AP（Audio Precision音頻精密）公司測量的全套曲線（目前只有這家公司才生產模擬、數字雙域的音頻測量儀器）。    談到價格，一般作為PWM D類放大器成品器材在市場上出售的價格都不低。很多第三方公司采用的

26、是上述廠家的芯片或評估模塊。當然，評估模塊和芯片是不帶機箱的的，廠家給它們加工了貴重、漂亮的機箱和控制器，那最終產品當然要升值。因此，有的“數字”放大器剛開始上市就用價格低廉來招徠顧客，未免太短見了。數字放大器幫用戶省了那么多電費，難道一次性投資還不應該高點嗎？市場上的節電燈和節電燈泡價格都比普通燈貴得多，就是這個道理。    在中國大陸正式展出過的國外數字功放主要是TACT公司的產品。其實，該公司的主要產品不是放大器，而是TACT RCS 2.2型數字式房間校正系統（Digital Room Correction System），詳見該公司網址： Tech公司的EQUIBIT和EQUILOG技術和模塊，后者以前在網上公布了類似設計工具類的評估模塊的技術資料及價格。遺憾的是，Toccata公司已經變成TI（美國得克薩斯儀器公司）的數字揚聲器部（Digital Speakers Department），連自己的網頁（http:/www.toccata.dk/和    TI公司（網址：    世界上其它數字放大器生產商還有的是，所謂“目前，國外對功放數字化研究尚處實驗階段，且大都停留在P