Audio mit PWM, welches Prinzip steckt dahinter?

Ich habe ein Schema einer PIC-Karte gesehen, die gefiltertes PWM verwendet, um ein Audioausgangssignal an eine Audio-Buchse zu liefern. Es zeigt die PWM-Ausgabe, die mit 3 Stufen eines passiven RC-Filters gefolgt von einer LM386-Stufe gefiltert wurde. Ich habe folgende Fragen:

1. In der Regel werden bei einem Audiosignal mehrere Frequenzen gleichzeitig summiert. Wie macht PWM das?
2. Ist die Audioqualität so gut wie bei Verwendung von PCM mit DAC, Filter und Verstärker?
3. Da diese Technik so praktisch aussieht und ist, warum sparen nicht alle Audiogeräte damit Geld und Kosten, einschließlich Soundkarten in Computern?

In der Regel werden bei einem Audiosignal mehrere Frequenzen gleichzeitig summiert. Wie macht PWM das?

Das Audiosignal, das ein Spektrum von mehreren Frequenzen enthält, ist immer noch nur ein Audiosignal, das von einem DAC abgetastet und ADC und neu erstellt werden kann. Vorausgesetzt, die verwendete Abtastrate ist mehr als doppelt so hoch wie die höchste Audiofrequenz, ist alles in Ordnung. Ein DAC, der PWM-Techniken verwendet, ist nicht anders. In jedem Zyklus der PWM-Wellenform muss das Verhältnis von Markierung zu Abstand das momentane Analogsignal genau "darstellen", und ein einzelner PWM-Zyklus muss zeitlich kürzer sein als die Hälfte der Periode des höchsten Audiosignals:

Das Obige ist eine einfache Darstellung von 3 DC-Pegeln unter Verwendung von PWM. Wenn die PWM-Frequenz "hoch" ist, können diese drei Pegel eindeutig als Teil einer komplexen Wechselstromwellenform betrachtet werden. Hoffentlich können Sie feststellen, dass die genaue Steuerung des PWM-Markierungsabstands für die Erzielung einer geringen Audio-Verzerrung von grundlegender Bedeutung ist.

Ist die Audioqualität so gut wie bei Verwendung von PCM mit DAC, Filter und Verstärker?

Traditionell nein, aber es wird besser.

Da diese Technik so praktisch aussieht und ist, warum sparen nicht alle Audiogeräte damit Geld und Kosten, einschließlich Soundkarten in Computern?

Es ist ziemlich schwierig, die Genauigkeit des PWM-Verhältnisses zu steuern, um eine wirklich gute HiFi-Qualität zu erzielen, und mit Klasse-D-Verstärkern ist die Unterdrückung der Stromversorgung immer noch eine ziemlich schwierige Herausforderung. Sehen Sie sich das eingebettete Bild oben an - wenn sich die 5-V-Stromschiene verdoppelt, verdoppelt sich auch die Verstärkung - stellen Sie sich jetzt vor, dass Sie statt einer einfachen Verdoppelung eine Menge beschissener Geräusche auf dieser Schiene hatten - dies würde Ihr Audiosignal direkt modulieren und einige sehr auffällige erzeugen Auswirkungen.

PCM mit DAC, Filter und Verstärker

Dies hängt davon ab, wie Ihr DAC intern aufgebaut ist. Die meisten Soundkarten-DACs verwenden eine Sigma-Delta-Modulation, die der PWM-Modulation insofern ähnelt, als es sich um ein Ein-Bit-Signal handelt, das mit hoher Geschwindigkeit über einen Filter ein- und ausgeschaltet wird, wobei jedoch ein intelligenterer Algorithmus verwendet wird, um den richtigen Ausgangspegel und die richtige Anstiegsrate sicherzustellen.

Dieses Beispiel-Codec-Datenblatt für Soundkarten enthält ein schönes Diagramm auf der ersten Seite.

Sie können mit reinem PWM einen recht anständigen Klang erzielen, wenn Ihr PWM schnell genug ist. Es muss eine PWM-Frequenz haben, die viel höher ist als die von Ihnen gewünschte höchste Audiofrequenz im MHz-Bereich.

Siehe Konvertieren von PWM in ein analoges Signal