Аудіо за допомогою ШІМ, який принцип лежить в ньому?

Я бачив схему плати PIC, яка використовує відфільтровану ШІМ для подачі вихідного сигналу до аудіороз'єму. Він показує вихід ШІМ, відфільтрований за допомогою 3-х ступенів пасивного RC-фільтра з подальшим етапом LM386. У мене є такі питання:

1. Зазвичай аудіосигнал матиме декілька частот одночасно. Як це робить ШІМ?
2. Чи якість звуку настільки ж хороша, як використання PCM з ЦАП, фільтром та підсилювачем?
3. Оскільки ця методика виглядає і настільки зручна, чому б усі аудіопристрої не використовували це для економії грошей і витрат, включаючи звукові карти в комп’ютерах?

Зазвичай аудіосигнал матиме декілька частот одночасно. Як це робить ШІМ?

Аудіосигнал, що містить спектр декількох частот, все ще є лише аудіосигналом, який може бути відібраний за допомогою АЦП та відтворений за допомогою ЦАП. Забезпечення використовуваної частоти дискретизації вище, ніж удвічі вищої частоти звуку, тоді все добре. ЦАП, що використовує методи ШІМ, не відрізняється. У будь-якому одному циклі PWM-сигналу співвідношення марка-простір повинно точно "представляти" миттєвий аналоговий сигнал, і один цикл ШІМ повинен бути коротшим у часі, ніж половина періоду найвищого звукового сигналу: -

Вищенаведене є простим поданням 3 рівнів постійного струму за допомогою ШІМ. Очевидно, що якщо частота ШІМ "висока", ці три рівні можна розглядати як частину складної форми змінного струму. Сподіваємось, ви зможете побачити, що точно керувати співвідношенням проміжної ширини ШІМ є дуже важливим для отримання низьких спотворень звуку.

Чи якість звуку настільки ж хороша, як використання PCM з ЦАП, фільтром та підсилювачем?

Традиційно ні, але все краще.

Оскільки ця методика виглядає і настільки зручна, чому б усі аудіопристрої не використовували це для економії грошей і витрат, включаючи звукові карти в комп’ютерах?

Контролювати точність співвідношення ШІМ досить складно, щоб отримати дійсно гарну якість привіт-Fi, а з відключенням живлення підсилювачів класу D все ще досить складною проблемою. Дивіться вбудовану картинку вище - якщо 5-ти напрямна напруга вдвічі збільшиться, а коефіцієнт підсилення також подвоїться - тепер уявіть, що замість того, щоб просто подвоїтись, на цій рейці ви мали навантаження шаленого шуму - це безпосередньо модулювало б ваш звуковий сигнал і створило б дуже помітний ефекти.

ПКМ з ЦАП, фільтром і підсилювачем

Це залежить від того, як побудований DAC внутрішньо. Більшість ЦАПів звукової картки будуть використовувати сигма-дельта-модуляцію, яка нагадує ШІМ, оскільки це однобітний сигнал, що вмикається та вимикається з високою швидкістю через фільтр, але використовуючи розумніший алгоритм для забезпечення правильного рівня виходу та швидкості нахилу.

Цей зразок кодека даних кодеку звукової карти має гарну діаграму на першій сторінці.

Ви можете отримати досить пристойний звук із чистого ШІМ, якщо ваш ШІМ досить швидкий. Потрібно, щоб частота ШІМ була значно вищою за найвищу частоту звуку, яку ви хочете, в область МГц.

Див. Перетворення ШІМ в аналоговий сигнал