噪音滤波器

D类放大器用推荐产品(噪音滤波器、LPF用电感器、贴片压敏电阻)

D类放大器用推荐产品(噪音滤波器、LPF用电感器、贴片压敏电阻)用于智能手机及音响设备等的D类放大器拥有小型、高效率的特点,其对于抑制伴随高速开关而产生的噪声对策是不可或缺的。TDK拥有能够在不影响信号,且保持高音质状态下实现高效抑制噪音的各类产品。本报道中针对配备有D类放大器的各类设备在扬声器线中的使用示例与效果进行介绍。

同时用于AI扬声器等的D类放大器

智能手机及AI扬声器等需要依靠电池进行长时间驱动以及要求小型化的扬声器用音响放大器中采用了拥有小型、高效率特点的D类放大器。
AI扬声器的基本方框图如图1所示。

图1 AI扬声器(智能扬声器)的基本方框图
图1 AI扬声器(智能扬声器)的基本方框图

在要求高音质的音响设备中,插入扬声器线中的噪音滤波器特性极为重要。同时,D类放大器的输出段LPF(低通滤波器)中所使用的电感器特性也会对音质产生影响。
本报道中以用于智能手机、AI扬声器、平板电脑以及各类音响设备等的D类放大器扬声器线中的噪音对策为中心进行解说。

扬声器线的噪音对策概要

TDK拥有最适合用于抑制扬声器线噪音的噪音滤波器MAF系列(积层型)以及VAF系列(绕组型)。LPF用电感器推荐使用配备高特性铁氧体材料的LPF用电感器VLS-AF系列。
同时,扬声器线中还使用贴片压敏电阻作为ESD(静电放电)对策。贴片压敏电阻具有吸收ESD及浪涌等异常电压的特性,同时在通常情况下发挥着电容器的功能,因此还拥有抑制噪音的效果。为此,其拥有在1个元件中同时实现ESD对策及噪音对策的优点。

通过将这些产品用于D类放大器的扬声器线中,可有效实现确保高音质、抑制辐射噪音以及ESD对策等效果。其基本方法总结如下。

对象设备:智能手机等(扬声器输出100mW~2W等级)

在扬声器输出较小的智能手机等扬声器线中,无LPF的D类放大器为主流产品,通过插入噪音滤波器MAF可有效抑制噪音(图2)。

图2 使用噪音滤波器MAF的对策
图2 使用噪音滤波器MAF的对策
对象设备:AI扬声器、平板电脑、音响设备等(扬声器输出2W~20W等级)

在扬声器输出2W~20W等级的AI扬声器、平板电脑、音响设备等中需要外接LPF用电感器。LPF用电感器VLS-AF系列同时还拥有抑制辐射噪音的效果(图3)。

图3 使用LPF用电感器VLS-AF的对策
图3 使用LPF用电感器VLS-AF的对策

在使用LPF用电感器VLS-AF的同时使用噪音滤波器VAF进一步提升效果 (图4)。

图4 使用LPF用电感器VLS-AF与噪音滤波器VAF的对策
图4 使用LPF用电感器VLS-AF与噪音滤波器VAF的对策

各应用中的产品效果

以下就各应用中的产品效果进行具体说明。

输出100mW~2W等级的扬声器线中噪音滤波器MAF系列的效果

D类放大器开关引起的高频噪音会通过扬声器线变为辐射噪音放出。
最为简单的对策便是将片状磁珠插入扬声器线中的方法。然而,虽然片状磁珠对抑制辐射噪音有效,但存在使信号波形产生失真,从而导致音频失真的问题。片状磁珠中难以在抑制噪音的同时确保高音质。

噪音滤波器不会对信号产生影响

因此便诞生了采用独家开发的低失真铁氧体,并作为音频线用噪音滤波器进行产品化的MAF系列以及VAF系列。
两款产品均实现了低Rdc(直流电阻)与高额定电流,最适合用于需要大电流的扬声器线。插入产品后可在不产生音频失真等问题的状态下发挥优异的抑制辐射噪音的效果。

片状磁珠与噪音滤波器在声像定位及声场感中拥有明显差异

音频线中音频失真的程度一般以THD+N(Total Harmonic Distortion + Noise:总谐波失真+噪音)这一数值表示,数值越小则表示音质越好。
图5所示为D类放大器(无LPF)的扬声器线中片状磁珠与噪音滤波器MAF的对输出THD+N特性与输出信号的频率光谱测量示例。

図5 片状磁珠与MAF的对输出THD+N特性与频率光谱测量示例
図5 片状磁珠与MAF的对输出THD+N特性与频率光谱测量示例
図5 片状磁珠与MAF的对输出THD+N特性与频率光谱测量示例

片状磁珠中,随着输出的提升,THD+N值会上升,但在MAF中则会表现出与没有滤波器状态相同的THD+N特性。这意味着即使提高输出也不会对信号产生影响,同时不会引起音频失真。将其通过输出信号(1kHz)的频率光谱进行确认后发现,高次谐波等级在片状磁珠中明显偏高,其高次谐波成分则会表现为失真。与此相对,MAF则与没有滤波器的状态处于相同等级,因此听到的只是原本的信号1kHz。
插入片状磁珠后在起到抑制辐射噪音效果的同时,也会造成信号失真,从而导致音质降低。

实际上,通过比较使用片状磁珠以及使用噪音滤波器MAF系列时的高音质音源可以发现,声像定位与声场感拥有明显差异。因此,在智能手机等扬声器线中使用MAF系列是抑制噪音、确保高音质的较佳解决方案。

MAF的辐射噪音抑制效果如图6所示。通过使用MAF,无滤波器时的噪音强度被抑制至与D类放大器OFF时相同的等级。

图6 MAF的辐射噪音抑制效果
图6 MAF的辐射噪音抑制效果

[相关页面]使用噪音滤波器的音频线解决指南

输出2W~20W等级的扬声器线中LPF用电感器VLS-AF系列的效果
低THD+N特性,高音质LPF用电感器VLS-AF系列

用于LPF中的电感器会插入到扬声器线中,因此避免对信号产生影响至关重要。VLS6045AF是使用了铁氧体的绕组型磁屏蔽结构LPF用电感器,其拥有低Rdc(直流电阻)与应对大电流的特点。

图7所示为VLS6045AF与金属电感器的对输出THD+N特性以及输出信号频率光谱的测量示例。
金属电感器是以金属磁性材料为磁芯的电感器,其拥有应对大电流的特点,因此主要作为电源电路的功率电感器进行使用。然而,金属电感器的THD+N值会随着输出的提高而上升。而VLS6045AF的THD+N值只会产生微小变化,因此插入后几乎不会产生影响。

同时,金属电感器的频率光谱中,输出信号(1kHz)的高次谐波等级明显偏高,而VLS6045AF的高次谐波等级则较低,接近无滤波器时的水平。

图7 VLS6045AF与金属电感器的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例
图7 VLS6045AF与金属电感器的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例
图7 VLS6045AF与金属电感器的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例

VLS6045AF的辐射噪音抑制效果如图8所示。在大频率范围内辐射噪音得到大幅抑制,同时通过了CISPR Class B标准的限度値。

图8 VLS6045AF的辐射噪音抑制效果示例
图8 VLS6045AF的辐射噪音抑制效果示例

・LPF用电感器VLS-AF系列

输出2W~20W等级的扬声器线中噪音滤波器VAF系列的效果

VAF系列是面向输出2W~20W音频线进行产品化的噪音滤波器。
图9所示为片状磁珠与VAF201610FA的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例。
片状磁珠中,随着输出的提升,THD+N值会上升,但在VAF中则表现出与没有滤波器状态几乎相同的特性,并未因插入而产生失真。
即使观察输出信号(1kHz)的频率光谱,使用片状磁珠时,高次谐波等级极高,但在VAF中则几乎与没有滤波器的情况处于相同等级。从这些结果中可以看出,通过将扬声器线中的滤波器从片状磁珠替换为VAF后可减少失真,并且在提升音质方面拥有很好的效果。

图9 VAF201610FA的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例
图9 VAF201610FA的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例
图9 VAF201610FA的对输出THD+N特性以及频率光谱的测量示例
VLS-AF与VAF的组合可发挥优异的辐射噪音抑制效果

图10所示为VAF201610FA系列的阻抗-频率特性以及同时使用VLS-AF与VAF的噪音抑制效果。
噪音强度-频率特性图表所示为只使用VLS-AF以及同时使用VLS-AF与VAF时D类放大器的扬声器线辐射噪音强度测量示例。只使用VLS-AF时,距离达到CISPR Class B标准(红色虚线)尚有一点距离,但同时使用VLS-AF与VAF时,100MHz~400MHz频带中的噪音强度出现显著降低。
这是因为VAF在100MHz~400MHz的频带中拥有较高的阻抗,因此最适合用于抑制D类放大器的噪音。

图10 VLS2016FA的阻抗-频率特性以及同时使用VLS-AF与VAF的噪音抑制效果
图10 VLS2016FA的阻抗-频率特性以及同时使用VLS-AF与VAF的噪音抑制效果
图10 VLS2016FA的阻抗-频率特性以及同时使用VLS-AF与VAF的噪音抑制效果

·噪音滤波器VAF系列

输出2W~20W等级的扬声器线中VLS-AF+VAF+贴片压敏电阻AVR组合的效果

在输出2W~20W等级的扬声器线中,VLS-AF与VAF的组合能够有效地抑制辐射噪音,但若配合使用贴片压敏电阻则能进一步提高该效果。

插入贴片压敏电阻后也不会对音质产生不良影响

贴片压敏电阻可用于保护电路免受来自人体的ESD(静电放电)等的影响,其主要用于电子设备中。贴片压敏电阻表现为双向TVS二极管(齐纳二极管)与并联电容器的等效电路。除了在将侵入的ESD等旁通至地面的情况之外,其主要发挥电容器的作用,因此通过在扬声器线中与VLS-AF及VAF同时使用,可进一步提升抑制噪音的效果。

图11中比较了同时使用VLS-AF(LPF用)、VAF、贴片压敏电阻AVR的电路的对输出THD+N特性,以及无滤波器、VLS-AF、VLS-AF+AVR、VLS-AF+VAF+AVR的各类组合的辐射噪音抑制效果。
从图11的噪音抑制效果比较图表可以看到,在与VLS-AF同时使用VAF或贴片压敏电阻AVR的情况下,THD+N特性几乎没有差异,没有对音质造成不良影响,而同时使用贴片压敏电阻AVR时,辐射噪音得到了大幅抑制。
为此,贴片压敏电阻AVR不仅可用于抑制ESD,同时还可提高辐射噪音的抑制效果,因此同时使用VLS-AF+VAF+AVR是能够带来各种优势的最佳解决方案。

图11  同时使用VAF、LPF、贴片压敏电阻的噪音抑制效果
图11  同时使用VAF、LPF、贴片压敏电阻的噪音抑制效果

・静电对策中,积层贴片压敏电阻与积层贴片电容器的比较

面向D类放大器扬声器线的运用指南

可运用于D类放大器扬声器线中的LPF用电感器VLS-AF系列与噪音滤波器MAF系列及VAF系列的运用指南如图12所示。请配合扬声器输出及应用使用产品。

图12 D类放大器扬声器线用推荐产品(VLS-AF系列、MAF/VAF系列)的运用指南

运用指南:LPF用电感器VLS6045AF系列

运用指南:LPF用电感器VLS6045AF系列

运用指南:噪音抑制滤波器MAF/VAF系列

运用指南:噪音抑制滤波器MAF/VAF系列

[相关页面]噪音滤波器 选型指南

对麦克风、头戴式耳机、扬声器的ESD对策与噪音对策拥有显著效果的贴片压敏电阻AVR系列的运用指南如图13所示。

图13 麦克风、头戴式耳机、扬声器线用贴片压敏电阻的推荐产品运用指南

运用指南:贴片压敏电阻AVR系列

图13 麦克风、头戴式耳机、扬声器线用贴片压敏电阻的推荐产品运用指南

[相关页面]E电压保护器件 制品表
[相关页面]ESD保护器件 选型指南
[相关页面]使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南