挑战传统——解析音频的数字放大技术
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当今数字音频技术发展迅速，各类声源（CD、DVD、MP3、DAT……）早已实现了数字化，并还在向更高技术迈进。传统的模拟功放虽然成熟，音质良好，但它难以与数字化设备配接，难以远距离监控和较低的电源转换速率都阻碍了它的进一步发展。因此音频的数字放大技术取代模拟功放将是必然趋势。
什么是数字放大技术
所谓数字放大并不是把数字模拟转换器（DAC）装在传统的音频放大器里面，然后再从数字音源传送数字音频信号进入功放。这种方式最终还是要把数字信号转换成模拟信号，再以放大过的模拟信号去推动扬声器。真正的数字放大并没有经过数转模这关，而是从数字音源开始，就全部以数字的方式把数字信号放大到能够推动扬声器为止。这才是货真价实的“数字放大”。
数字取代模拟将是必然
一、模拟功放回顾
传统的模拟音频功率放大器都是以线性放大为基础的模拟类功放，即把连续变化的模拟音频信号直接进行线性放大。模拟功放的发展共经历了三代：
第一代电子管功放又称“胆机”，诞生已有数十年。它的转换速率高、工作稳定、偶次谐波失真小，音质好。但它的缺点是电源利用效率低、发热量大、体积大、成本高。近年来由于新技术，新概念的使用，使得电子管这个古老的真空器件又重放异彩。
第二代晶体管功放又称“石机”，是近20多年发展起来的新秀。它最大的优点是电源转换率高，体积小，发热小，成本低。缺点是转换速率低，偶次谐波失真大，音质和可靠性都逊色于胆机。随着晶体管制造技术的发展，它的各项电气性能指标和可靠性指标都已得到很大的提高，并在不断向更大输出功率、更小体积和更智能化方向发展。
第三代功放——开关MOSFET（场效应管）功放电子管是一种用电压控制的器件，不需要控制电流，开关速率很快；而晶体管是一种电流控制器件，需要较大的控制电流，转换速率慢，这就是两者最大的区别。MOSFET正好结合了这两者的优点。开关MOSFET功放的优点在于：频率响应宽、信号动态范围大、转换速率高。
当然，我们也不能忘了用于家庭影院的AV功放。AV功放配有具备杜比定向逻辑解码、DTS解码等功能的数字DSP电路来提供不同的声场效果，但其实质还是一台模拟功放，在电路的信号流通环节上，又经过了太多而且复杂的处理，声音受到了过多的“染色”，使得AV功放兼容Hi-Fi重放时效果不理想。这也是很多Hi-Fi发烧友对AV功放不屑一顾的原因。
二、数字取代模拟的深层次原因
我们看到模拟放大技术发展至今已十分成熟，在音质上它有着很优秀且更具人性化的表现，这也是模拟Hi-Fi功放在今天仍然老当益壮的原因。那为什么说音频的数字放大技术取代模拟功放将是必然趋势呢？难道仅仅是热炒“数字化”这一概念所需吗？
一方面，随着家庭数字影音娱乐系统，HDTV系统，DVD-Audio等一大批设备的普及，传统的模拟功放已明显无法适应越来越多的数字音源信号的连接需要。
另一方面，CD时代16bit/44.1kHz的数字音频信号早已落伍，声音的数字化处理技术日趋复杂，24bit甚至32bit的量化率、48kHz的采样频率开始崭露头角。而模拟功放由于必须经过数/模这一环节，使得其制造成本难以控制，体积能耗也越来越高。如今一些具备数字信号接入的Hi-Fi功放的价格已不是普通消费者所能承受。
此外，21世纪将是一个“移动”的时代，MP3/MP4播放器、娱乐手机、车载影音设备这些都已成为现代年轻人生活的一部分。新一代的音频放大技术不再是单纯的数字输入－放大－输出，更高的集成度、更小的体积、更低的功耗才是首先要解决的关键。
迈向数字过程中的探索
早在20世纪60年代就有人开始研究数字放大技术。1983年M.B.Sandler等学者提出D类PCM（脉冲编码调制）数字功放的基本结构，主要技术要点是如何将PCM调制信号变为PWM（脉冲宽度调制）信号，这种PWM数位讯号是一种高度相同、宽度不同的方波讯号，它看起来类似于声波的疏密结构。
这类功率放大器的原理是：首先将PCM音频数据流通过专门的等比特数字处理器变换为PWM数据流。采用脉宽调制后，音频信号便成为一系列的用“0”和“1”表示的宽度可变的脉冲串，脉冲的宽度越宽，信号的幅度就越大。将这些脉宽调制的数据流去推功率放大器的常规晶体输出管。晶体输出管将迅速地时而饱和导通，时而截止，音频信息便包含在这些接通、断开的周期过程中。在PWM转换过程中，采样频率为44.1kHz或48kHz，信号振幅的量化率为8bit或16bit。然后再对PWM信号进行功率放大（即D类放大），采用截止频率为30kHz－40kHz的低通滤波器就可以把模拟信号从PWM中解调出来。
D类数字放大技术在电源利用率上可达到90％以上，它的延时也只有模拟放大的1/6，因此中，高音的音质更清晰，声像定位更准确。但是D类数字功放毕竟还只是一种数字放大技术的早期探索，其缺陷在于：
1.输入的数字音频信号虽然没有转换为模拟信号，可是PWM调制也只是用幅度不变，宽度变化的脉冲信号来代替原先的线性放大，用脉冲宽度变化来控制输出管导通时间的长短。可以看到，这仍是一种模拟技术。
2.在PWM编码过程中，很难做到上升和下降沿的陡度，于是使得理论上0和1两态的波形，已经不是完全的方波，而变形成为三角波， 结果使得输出开关功率管处于不能全通或全闭状态，这势必引入新的失真。
数字功率放大器的新发展
一、T类功率放大器
针对D类功率放大器的缺陷，美国Tripath公司发明了一种称作“Digital Power ProcessingTM（DPPTM）”的全数字功率放大处理技术，它是T类功放的核心，也被称作“E－Bridge”模式。T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功放相同，功率晶体管也是工作在开关状态。和D类功放不同的是，它不是使用脉宽调制的方法，而是把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法运用到这里。输入的数字音频信号流直接经过DPPTM数字处理用于控制功率晶体管的导通关闭，因而不存在脉宽调制D类功放的那些缺陷。此外，T类功放的动态范围更宽，频率响应平坦，群延迟小。DDPTM技术的出现，把功率放大器真正推向了一个全数字化处理的高度。
二、1bit数字音频放大技术
在PWM脉冲宽度调制中，它的频率响应特性是采样频率的1/2，因此常用的44.1kHz取样频率可获得20Hz－20kHz的频响范围。度量模拟信号振幅的大小和精细度由量化的bit数（量化率）决定，每1bit可对应6dB模拟信号变化的范围。例如16bit的量化率可获得96dB的信号动态范围。如果要获得更大的信号动态范围，更好的信号质量，就需要更高的采样率和更大的量化bit数，需更宽的电路通带和更高转换速率的功率晶体管。
为了进一步提高数字放大的质量（频响范围达到30kHz以上、动态范围扩大到105dB、声音更为细腻悦耳），但又不须要大幅度提高功率晶体管的开关速率，于是日本SHARP公司提出了另一种数字放大技术，即采用2.8244MHz高取样率和1bit增量调制（ΔΣ调制）编码方案。
传统多bit量化方式中测量的是模拟信号振幅的绝对值，而在1bit增量调制技术中，模拟信号振幅的度量采用前后两个采样点振幅的相对变化来判断，即如果后面信号的振幅大于相邻振幅，则输出“1”(产生一个脉冲)，反之，则输出“0”（不产生脉冲），这种编码方式输出的数字信号流是由“1”“0”组成的等宽度脉冲序列（见图六）。由于测量的是模拟信号振幅变化的相对值，因此当振幅的起始值相加后，就可以使输出的数字信号流中包含所有的原始信息。
1bit数字放大技术的频响特性可以达到2Hz－50kHz，失真更小，电源利用率可达到95％以上。目前，SHARP公司已在它推出的MD，HTiB等产品上广泛运用了1bit放大技术，并取得了不错的效果。
写在最后
虽然更精确的声音信号数字化处理、更好的音质只是数字放大技术优势的一小部分，但它却给我们带来了许多实实在在的好处：
1.高度集成、更低的功耗等特点，使声音的数字放大技术在移动影音设备、车载娱乐设备和音乐手机等各类便携多媒体终端的音频处理环节中，将会带来巨大的变革。
2.可以实现与可编程的数字音频系统（如：“媒体矩阵”）的数字连接，实现真正的从播放，控制，处理到输出的音频系统的全数字化集成。通过计算机控制不同的音源，不同的放大设备在同一时间互不干扰的工作将变得更容易，“Multi－Room”也将取代“Multi－Channel”成为数字音频应用的新趋势。
3.数字功放将更多的集成网络接入功能。在专用的网络音频通信协议Cobra Net的支持下，通过屏蔽双绞线远距离传送音频信号。这种全数字信号的传输不仅提高了信号的抗干扰能力，而且还大大简化了传输线路（大量的传统电缆）的数量。另一方面，兼容以太网标准的特性，使得通过网络进行随时随地地远程控制成为可能。
相对于音频数字放大技术的先进性，它带给我们的理念显得更加重要：小巧便携是大势所趋，数字化更是不可逆转。数字功放正是因为将这两者集于一身，才会拥有如此强大的生命力。