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)是揚聲器或耳機產生的不良噪聲。它是由注入揚聲器線圈的瞬態電流脈沖引起的，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。當音源上電或掉電(powering up or down)，或當音頻信號減弱或被不同負載復用時，就會產生雜訊和破音。這些情況產生的瞬態脈沖通過揚聲器負載放電，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、MP3播放器等便攜式媒體設備采用了節能設置(如待機、休眠模式等)，同時集成了USB或多個音源開關，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生和測量的。文章提出了對雜訊和破音的客觀和主觀定性。還提出了一項旨在減少瞬變出現以消除雜訊和破音的方針。文章還對不同的雜訊和破音消除技術與某些設計實例中的Intersil器件的性能進行了比較。

　　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

　　• 音頻驅動器偏移電壓

　　1. 電源瞬變

　　當音頻元件的DC電源轉換開(ON)關(OFF)時，由于變化的電源電壓轉換速率(slew rate)的緣故，揚聲器或耳機的電壓可能出現反跳(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，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電阻RSeries，就構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IC消耗的電源電流≤10μA，這個解決方案很有效，在大小適當時，可以使串聯電阻兩端的電壓降忽略不計。這個LPF可將DC電壓的快轉換速率瞬變轉換成IC電源引腳上較慢的指數斜率。較慢的斜坡電壓可以最大限度地減少電源的開關瞬變，同時消除開關輸出端所有的注入電荷，這些電荷會導致負載上的雜訊和破音。

　　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動器的AC耦合負載(圖字：揚聲器)

　　圖2顯示了一個簡化布局的驅動一個32W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偏置在系統電源電壓的一半，允許在正負方向的完整的音頻信號擺幅。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機負載的DC偏置。220μF電容和32W負載阻抗構成了一個有22Hz轉角頻率的高通濾波器(HPF)，可覆蓋整個音頻帶寬。