使用PWM的音频，其原理是什么？

我已经看到了PIC板的原理图，该PIC板使用滤波后的PWM将音频输出信号提供给音频插孔。它显示了使用3级无源RC滤波器和LM386级进行滤波的PWM输出。我有以下问题：

通常，音频信号将同时具有多个频率。PWM如何做到这一点？
音频质量是否与将PCM与DAC，滤波器和放大器一起使用一样好？
由于这种技术看起来既方便又方便，为什么不是所有的音频设备都使用它来节省金钱和成本，包括计算机中的声卡？

audio pwm pcm

— 量子231
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您可能想阅读有关D类放大器的Wikipedia文章

— PlasmaHH

如果您使用lm386作为放大器，则无论如何音频质量都会变差

— JIm Dearden

@PlasmaHH ...或有关D类放大器的Maxim应用笔记。

— 尼克·阿列克谢耶夫

对于非恒定频率方波系统，请查找delta-sigma或sigma-delta调制。它适用于ADC和DAC，并且可以是用于实现DAC的几乎全数字的系统。

— user2943160 2016年

1A）一个模拟信号如何包含多个同时求和的频率？1B）PWM如何近似单个模拟信号？

— user253751 2016年

Answers:

通常，音频信号将同时具有多个频率。PWM如何做到这一点？

包含多个频率频谱的音频信号仍然只是可以由ADC采样并由DAC重新创建的音频信号。如果使用的采样率高于最高音频频率的两倍，那么一切都很好。使用PWM技术的DAC也不例外。在PWM波形的任何一个周期中，标记与空间的比率必须准确地“代表”瞬时模拟信号，并且单个PWM周期的时间必须短于最高音频信号周期的一半：-

上面是使用PWM的3个DC电平的简单表示。显然，如果PWM频率为“高”，则这三个电平可以视为复杂AC波形的一部分。希望您可以看到，准确控制PWM标记空间比对于获得低音频失真确实至关重要。

音频质量是否与将PCM与DAC，滤波器和放大器一起使用一样好？

传统上没有，但是越来越好。

由于这种技术看起来既方便又方便，为什么不是所有的音频设备都使用它来节省金钱和成本，包括计算机中的声卡？

要获得真正的高保真音质，控制PWM比率精度非常困难，而对于D类放大器，电源抑制仍然是一个非常困难的挑战。参见上面的嵌入式图片-如果5V电源轨加倍，则增益也加倍-现在想象一下，而不是简单地加倍，而是在该轨线上负载了令人讨厌的噪声-这将直接调制音频信号并产生一些非常明显的信号效果。

— 安迪（aka）
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占空比控制幅度和pwm瞬时频率等于信号瞬时频率，对吗？

— quantum231

PWM开关频率必须高于当前最高音频频率的两倍，以防止混叠（根据奈奎斯特速率采样）：en.wikipedia.org/wiki/Nyquist_rate和en.wikipedia.org/wiki/Aliasing和cs.cf.ac。 uk / Dave / Multimedia / node149.html

— 安迪（aka

“瞬时频率”不是有意义的事情。通过具有固定的非常高的PWM频率并更改占空比以在每个采样时间周期上匹配所需的模拟输出电平，可以完成PWM的输出调制。

— pjc50

那么，我们改变固定频率pwm的占空比有多快，会产生一个振幅成比例变化的信号，因此，最终信号频率分量由我们改变pwm信号占空比有多快来控制？真棒!!!

— Quantum231 '16

@vaxquis我不同意。无论模拟信号的速度如何，PWM的任何一个周期都可以具有其设计精度深度的标记空间比。就像传统的DAC一样-信号可能采样稀疏，但位深度（又称占空比分辨率）不受影响。也许您还没有很好地解释自己？

— 安迪（aka

带有DAC，滤波器和放大器的PCM

这取决于DAC内部的构建方式。大多数声卡DAC将使用sigma-delta调制，它与PWM类似，因为它是通过滤波器高速打开和关闭的一位信号，但使用更智能的算法来确保正确的输出电平和压摆率。

该示例声卡编解码器数据表在第一页上有一个漂亮的图表。

如果您的PWM足够快，则可以从纯PWM中获得相当不错的声音。在MHz区域中，它需要具有比所需的最高音频频率高得多的PWM频率。

请参见将PWM转换为模拟信号

— pjc50
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pwm占空比与信号幅度成正比，音频信号频率如何表示？

— Quantum231 '16

是的，PWM占空比为您提供信号电平，因此，如果将每个1 / 40000s周期视为一个“样本”，并以该速率调整PWM电平，则可以假装在每个时间点都输出了模拟电平。同样，PWM频率必须比回放音频样本的频率快得多。

— pjc50

@ quantum231：暂时忘记PWM，考虑数字编码，其中1表示增加电压，0表示减少电压。容易想象通过将1和0串在一起绘制任意波形。它不会准确，但足够好。由于它无法真正编码“无电压变化”，但可与大多数音频波形一起很好地工作，因此绝对静音。

— slebetman

@slebetman您描述的内容与DSD /脉冲密度调制有何不同？它使用的不是0，而是0（无输出）和1（完整输出），但CD级质量需要几兆（多个）吞吐量。如果您认为PWM需要非常高的采样率才能接近传统的16位PCM，那将花费更多。

— Meower68

@ Meower68我正在描述增量编码。与DSD中使用的delta-sigma编码相比，差分编码的一种简单形式。是的，基本上我是在描述DSD。但是，PWM与电容器耦合的工作方式相同。OP正在询问如何将PWM周期转换为电压-我仅描述其背后的机制。从技术上讲，DSD与纯PWM编码略有不同

— slebetman