關(guān)于限幅器參數(shù)設(shè)置方面的指南

這篇文章的主旨是幫助廣大用戶更好的理解如何使用Powersoft功放DSP當(dāng)中不同種類的限幅器。這篇文章所描述的內(nèi)容適用于Powersoft以下產(chǎn)品型號：X系列，T系列，Otto/Quattro/Due Canali DSP+D系列，Mezzo系列以及Loto DSP。

成都漢芯國科集成技術(shù)有限公司(chengdu chinesechip)是一家無線通信集成電路科技公司、在射頻和微波集成電路及多芯片組件的設(shè)計、制造處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

選擇合適的限幅器不是一個簡單的事情，這需要考慮到許多方面的因素;例如，可能遇到的一個難題是，如何決定啟動閾值和時間常量的數(shù)值來使得揚(yáng)聲器既得到了應(yīng)有的保護(hù)而又依然保持著該有的音質(zhì)表現(xiàn),因此對限幅器做的每一個調(diào)整都需要基于你對所保護(hù)的揚(yáng)聲器組件有更加廣泛的了解，在這個基礎(chǔ)之上才有可能正確使用限幅器。

限幅處理也會被認(rèn)為是某種“藝術(shù)”處理手段，對此很多人都會有自己的觀點(diǎn)和理論。出于以上原因，本文只是為用戶提供關(guān)于限幅器參數(shù)設(shè)置方面的指南，以及在Powersoft的設(shè)備當(dāng)中如何恰當(dāng)?shù)氖褂盟鼈儭?/p>

注：Powersoft不對因誤用本文所包含的信息或者因不正確的限幅器設(shè)置而導(dǎo)致?lián)P聲器或造成其他損壞的后果承擔(dān)任何責(zé)任。本文作為一個通用指南，其在實(shí)際中的具體應(yīng)用取決于具體環(huán)境。

2限幅，音箱的損壞以及功率壓縮

在擴(kuò)聲系統(tǒng)當(dāng)中，限幅處理這一手段是用來保護(hù)揚(yáng)聲器免受意外情況帶來的內(nèi)部元件損壞;因此，限幅器起到的的作用是對抗那些過度的信號峰值以及過度的長期平均功率。

需要注意的是。對揚(yáng)聲器來說，限幅的手段不僅是預(yù)防突發(fā)情況帶來的損壞，它的首要功能是保證揚(yáng)聲器的壽命得以延長。

揚(yáng)聲器限幅器的設(shè)計人員通常不會考慮限幅器如何施加聲染色，而是更關(guān)心是否能保護(hù)揚(yáng)聲器。下面列舉了幾個限幅器在音頻鏈路中典型的應(yīng)用：

控制信號的能量

控制信號的峰值電平

減小信號的動態(tài)范圍

要知道，在擴(kuò)聲系統(tǒng)中我們處理的是功率信號(也就意味著高電壓以及強(qiáng)電流)，那么我們設(shè)置限幅器的主要目標(biāo)就是防止揚(yáng)聲器的驅(qū)動單元受到來自兩方面的損壞：

過度拉伸：一個送入揚(yáng)聲器的脈沖信號之所以能夠?qū)P(yáng)聲器造成損壞是因?yàn)橐羧^度拉伸的運(yùn)動軌跡造成的，音圈的振動幅度已經(jīng)超出了物理的限制范圍。這種情況下，與音圈相連的振膜會發(fā)生形變或破損。

過熱：向揚(yáng)聲器長時間傳遞高功率信號有可能會引起揚(yáng)聲器內(nèi)部部件(比如銅線繞制的音圈、線圈架、磁鐵、懸掛部件以及紙盆)溫度過高。由此帶來的另一個影響則是功率壓縮，這在低頻揚(yáng)聲器當(dāng)中尤為明顯。功率壓縮是由于音圈內(nèi)部阻值升高所導(dǎo)致的功率下降，進(jìn)而導(dǎo)致感知響度的下降。

3限幅器的種類：RMS、Peak和Clip

使用兩種類型的限幅器可以避免機(jī)械及溫度上的變化給揚(yáng)聲器所帶來的損壞：

RMS限幅器：RMS限幅器的作用是當(dāng)過大的功率被長時間持續(xù)的施加在揚(yáng)聲器上時，保護(hù)揚(yáng)聲器免受高溫導(dǎo)致的損壞。溫度的升高會導(dǎo)致?lián)P聲器內(nèi)部過熱，甚至燃燒起來。設(shè)計者應(yīng)該知曉揚(yáng)聲器在安全范圍內(nèi)能夠承受的最大長期功率(AES額定功率)。一個使用RMS限幅的有趣方法是通過揚(yáng)聲器線圈溫度來觀察揚(yáng)聲器工作溫度升高時阻抗曲線的峰值如何發(fā)生變化。

在圖3中我們能夠看到阻抗曲線與溫度之間的關(guān)系：綠色的曲線為揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度處在26℃時測得的，意味著揚(yáng)聲器內(nèi)部組件處于“涼爽”的狀態(tài)。橘黃色的曲線為揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度處在38℃時所測得的。我們能夠看到，當(dāng)揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度開始升高時，峰值阻抗數(shù)值會變得比之前更高且在頻率上會有少許偏移。因此，實(shí)時監(jiān)控阻抗的變化可以在一定程度上判斷揚(yáng)聲器內(nèi)部溫度是否上升，這可以幫助我們對揚(yáng)聲器實(shí)施保護(hù)。

對揚(yáng)聲器驅(qū)動單元極限的全面了解可以使我們將揚(yáng)聲器的工作溫度保持在一個安全的數(shù)值范圍內(nèi)，這樣不僅可以避免不必要的設(shè)備損壞，而且也能將揚(yáng)聲器維持在一個“線性的”工作區(qū)當(dāng)中，不會出現(xiàn)功率壓縮的情況。

峰值限幅器：保護(hù)揚(yáng)聲器免受機(jī)械損壞。

設(shè)計者對該限幅器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置應(yīng)同時考慮揚(yáng)聲器振膜的最大位移和最大可承受電壓。

注釋：僅依靠峰值限幅器來保護(hù)揚(yáng)聲器，仍會導(dǎo)致長期平均功率過高，造成揚(yáng)聲器相應(yīng)的損害。

4 限幅器的參數(shù)

4.1 閾值

當(dāng)輸入信號超過閾值，限幅器開始降低輸入增益。增益衰減數(shù)值等于輸入信號超出閾值的部份。閾值以電壓值來表示，這是因?yàn)樗Q于揚(yáng)聲器的功率和阻抗。

4.2 啟動時間

啟動時間為輸入信號超過閾值后，從限幅器開始工作到完成70%衰減量所需要的時間。在保護(hù)揚(yáng)聲器不受損壞的應(yīng)用場合中，啟動時間設(shè)置得越長，設(shè)備損壞的風(fēng)險也就越高。然而，如果啟動時間設(shè)置得過快，那么在限幅器進(jìn)行工作時，信號是會產(chǎn)生失真或者是嚴(yán)重的畸變的，尤其是一些大動態(tài)的打擊信號(比如打擊樂)，從而使得聲音質(zhì)量大打折扣。

一般來說，一個比較折中的方案是，啟動時間不要長于需要保護(hù)的最低頻率的周期(例如分頻點(diǎn)為1kHz的高音單元，啟動時間應(yīng)小于1ms)。

4.3 釋放時間

釋放時間為限幅器從最大衰減狀態(tài)恢復(fù)30%衰減量所需要的時間?？偟膩碚f，釋放時間必須設(shè)定得當(dāng)以避免“喘吸”效應(yīng)。釋放時間可以被設(shè)置成啟動時間的1至32倍。

4.4 軟拐點(diǎn)

軟拐點(diǎn)可以讓壓縮比隨著輸入信號電平提升而緩慢增加，這樣一來，聲音從未被壓縮直到被壓縮的這一過程的變化不會過于明顯。這一參數(shù)在Powersoft的限幅器當(dāng)中以dB表示，位于閾值下方。

5Powersoft功放的限幅器怎樣工作

5.1 RMS限幅器

RMS限幅在保證揚(yáng)聲器發(fā)揮其最高性能的同時保護(hù)其驅(qū)動單元不會因過熱而燒壞。限幅器的設(shè)定不應(yīng)該使得系統(tǒng)的正常信號大小觸發(fā)其工作，因?yàn)橐话愕囊魳沸盘柾ǔ＞哂泻芨叩姆逯惦娖剑骄娖奖容^小。

5.2 峰值限幅器

峰值限幅器的設(shè)計目的在于避免揚(yáng)聲器紙盆可能出現(xiàn)的極端位移運(yùn)動(這里的“極端位移”是相對于單元所允許的行程來說的)，它的工作模式只基于被送入此通道信號的量的大小。峰值限幅器、RMS限幅器和削波限幅器的設(shè)置與并聯(lián)揚(yáng)聲器的數(shù)量無關(guān)：你既可以參考單只揚(yáng)聲器的阻抗和功率對其進(jìn)行設(shè)置，也可以參考整個并聯(lián)揚(yáng)聲器網(wǎng)絡(luò)的阻抗和功率來進(jìn)行設(shè)置，兩者得到的結(jié)果是相同的。

使用峰值限幅器能夠降低峰值因數(shù),從而將原本信號的動態(tài)“壓扁”。對于大多數(shù)情況，建議的增益衰減量是3—9dB。

5.3 削波限幅器

Powersoft所提供的的削波限幅器是一個“磚墻”限幅器，它被用于遏制驅(qū)動信號，不允許信號超過所設(shè)定的閾值。這種限幅器有著0.3ms的固定啟動時間——同時也有0.3ms的預(yù)測時間，這使得在過大的信號到來之前限幅器就能有所準(zhǔn)備，這樣的好處是降低硬削波所帶來的信號失真。削波限幅器的響應(yīng)速度非?？?，它也是保護(hù)揚(yáng)聲器免受損壞的最后一道防線。為了獲得最佳的品質(zhì)和性能表現(xiàn)，一般建議削波限幅器的增益衰減量為0-3dB，同時啟用Peak和RMS限幅器。

6怎樣計算限幅器的各項(xiàng)數(shù)值

為了給ArmoniaPlus所提供的三種限幅器計算電壓閾值，啟動與釋放時間這幾個參數(shù)的合適數(shù)值，Powersoft提供了一款被稱為功率共享的計算工具。在這個工具當(dāng)中，專門有一個部分叫做“限幅器建議閾值”，可以給大家提供一個安全的數(shù)值作為初始設(shè)置。只需輸入揚(yáng)聲器的AES功率以及標(biāo)稱阻抗，選擇揚(yáng)聲器類型(低頻揚(yáng)聲器元，中頻揚(yáng)聲器單元，高頻揚(yáng)聲器單元，全頻揚(yáng)聲器單元)或分頻情況。數(shù)據(jù)輸入完畢之后，工具會進(jìn)行計算，提供一個合理的限幅器配置供使用者參考與選擇。此工具同時可以用于Low-Z揚(yáng)聲器與Hi-Z揚(yáng)聲器(100V、70V和25V)。

要注意的是，工具所計算出來的數(shù)值僅僅是一個初始參考，特別是對一些分頻驅(qū)動的揚(yáng)聲器進(jìn)行限幅器配置的時候，建議使用音樂信號或者與音樂信號具有相同特征的音頻信號對各個分頻單元的性能進(jìn)行一定的分析與了解。通過這種方式，才能夠避免不同限幅器對不同分頻單元所做的不同增益衰減所導(dǎo)致的音色不平衡的問題。

7結(jié)論

在對Powersoft的限幅器做基本分析后，我們可以聚焦在兩個方面：一是，Powersoft的限幅器的設(shè)計完全是為了保護(hù)揚(yáng)聲器，所以應(yīng)該總是將其激活，讓揚(yáng)聲器得到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù);二是音質(zhì)與一個好的系統(tǒng)設(shè)計之間的關(guān)系，就像前面提到的那樣，當(dāng)整個系統(tǒng)在音質(zhì)上有著最佳表現(xiàn)時，RMS限幅器承擔(dān)著最重的限幅工作，峰值限幅器控制瞬態(tài)信號，而削波限幅器則作為保護(hù)揚(yáng)聲器的最后一道防線。

遵循這些簡易的工作流程，在獲得良好音質(zhì)表現(xiàn)的同時，也能夠延長系統(tǒng)的使用壽命。

漢芯國科在中國多個區(qū)域建有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品線、制造和銷售1000多個產(chǎn)品型號。包括業(yè)界最小尺寸的真對數(shù)放大器(5mmX5mm)、低噪聲放大器(LNA、NF=0.20dB)、壓控振蕩器(VCO)、開關(guān)(SWITCH)、低插損濾波器(Low Loss filter)、電源控制(DC-control) ，高線性功率放大器(H-L PA)，上電時序控制電路(Power timing sequence control circuit)和子系統(tǒng)。

審核編輯：湯梓紅