音頻雜訊和破音的表征與解決之道

　　音頻雜訊和破音(click and pop)是揚聲器或耳機產(chǎn)生的不良噪聲。它是由注入揚聲器線圈的瞬態(tài)電流脈沖引起的，該電流瞬間移動進出揚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)音頻信號減弱或被不同負(fù)載復(fù)用時，就會產(chǎn)生雜訊和破音。這些情況產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖通過揚聲器負(fù)載放電，從而造成一種不良的雜訊和破音。

　　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，由于變化的電源電壓轉(zhuǎn)換速率(slew rate)的緣故，揚聲器或耳機的電壓可能出現(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)之上的一項技術(shù)，可以進一步減少電源引腳的瞬變。

　　在IC的Vbattery電源引腳和V+引腳之間放上一個串聯(lián)電阻RSeries，就構(gòu)成了一個帶有去耦電容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，這個解決方案很有效，在大小適當(dāng)時，可以使串聯(lián)電阻兩端的電壓降忽略不計。這個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，同時消除開關(guān)輸出端所有的注入電荷，這些電荷會導(dǎo)致負(fù)載上的雜訊和破音。

　　2. DC輸入瞬變

　　圖2顯示了一個簡化布局的驅(qū)動一個32Ω耳機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擺幅。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機負(fù)載的DC偏置。220μF電容和32Ω負(fù)載阻抗構(gòu)成了一個有22Hz轉(zhuǎn)角頻率的高通濾波器(HPF)，可覆蓋整個音頻帶寬。

　　圖3顯示了隨著音頻放大器的上電和掉電在耳機上出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓波形。當(dāng)音頻放大器在DC偏置上電(退出休眠模式)或掉電(進入休眠模式)時，由于電容器的dv/dt的原理，電容的VLoad節(jié)點會出現(xiàn)一個瞬間電壓變化。由于負(fù)載存在一個對地的DC路徑，使電容放電回到0V。負(fù)載兩端突然的DC電壓變化可導(dǎo)致?lián)P聲器紙盆隨瞬態(tài)脈沖電流運動，而出現(xiàn)雜訊和破音。

　　3. 音頻驅(qū)動器DC偏置電壓

　　圖4顯示了一個不需要隔直流電容的音頻驅(qū)動器輸出級的應(yīng)用，因為這里沒有DC偏差電壓。這個應(yīng)用通常使用有負(fù)擺幅能力的雙電源音頻驅(qū)動器或單電源音頻驅(qū)動器。音頻驅(qū)動器的運算放大器(op-amp)可以有范圍在±10mV至±20mV的DC偏置電壓。由于沒有使用隔直流電容，當(dāng)開關(guān)打開時，這個偏置電壓直接與揚聲器負(fù)載耦合(或在關(guān)閉時去耦)。這個偏移電壓可以大到足以導(dǎo)致?lián)P聲器出現(xiàn)雜訊或破音。