Аудио с использованием ШИМ, каков принцип этого?

Я видел схему платы PIC, которая использует отфильтрованный ШИМ для подачи выходного аудиосигнала на аудиоразъем. Он показывает выходной сигнал ШИМ, отфильтрованный с использованием 3 ступеней пассивного RC-фильтра, за которым следует каскад LM386. У меня есть следующие вопросы:

1. Обычно звуковой сигнал имеет несколько частот, суммируемых одновременно. Как это делает ШИМ?
2. Является ли качество звука таким же хорошим, как при использовании PCM с ЦАП, фильтром и усилителем?
3. Поскольку этот метод выглядит и очень удобен, почему не все аудиоустройства используют его для экономии денег и затрат, включая звуковые карты в компьютерах?

Обычно звуковой сигнал имеет несколько частот, суммируемых одновременно. Как это делает ШИМ?

Аудиосигнал, который содержит спектр множества частот, по-прежнему является всего лишь аудиосигналом, который может быть дискретизирован с помощью АЦП и воссоздан ЦАП. При условии, что используемая частота дискретизации выше, чем вдвое самая высокая частота звука, тогда все хорошо. ЦАП, который использует методы ШИМ, ничем не отличается. В любом одном цикле сигнала ШИМ отношение метки к пространству должно точно «представлять» мгновенный аналоговый сигнал, и один цикл ШИМ должен быть короче во времени, чем половина периода самого высокого аудиосигнала: -

Выше представлено простое представление 3 уровней постоянного тока с использованием ШИМ. Ясно, что если частота ШИМ «высокая», эти три уровня можно рассматривать как часть сложной формы сигнала переменного тока. Надеемся, что вы видите, что точное управление отношением пространств меток ШИМ действительно имеет фундаментальное значение для получения низких искажений звука.

Является ли качество звука таким же хорошим, как при использовании PCM с ЦАП, фильтром и усилителем?

Традиционно нет, но становится все лучше.

Поскольку этот метод выглядит и очень удобен, почему не все аудиоустройства используют его для экономии денег и затрат, включая звуковые карты в компьютерах?

Контролировать точность отношения PWM довольно сложно, чтобы получить действительно хорошее качество Hi-Fi, а с усилителями класса D отказ от источника питания все еще остается довольно сложной задачей. См. Встроенное изображение выше - если 5-вольтовая силовая шина удваивается, тогда усиление также удваивается - теперь представьте, что вместо того, чтобы просто удвоить, у вас был дерьмовый шум на этой шине - это напрямую модулировало бы ваш аудиосигнал и создавало бы очень заметный последствия.

PCM с ЦАП, фильтром и усилителем

Это зависит от того, как ваш ЦАП построен внутри. Большинство ЦАП звуковых карт будут использовать сигма-дельта-модуляцию, которая напоминает ШИМ в том смысле, что это однобитовый сигнал, включаемый и выключаемый с высокой скоростью через фильтр, но использующий более умный алгоритм для обеспечения правильного уровня выходного сигнала и скорости нарастания.

В этом примере таблица кодеков звуковой карты имеет хорошую диаграмму на первой странице.

Вы можете получить вполне приличный звук из чистого ШИМ, если ваш ШИМ достаточно быстрый. Частота ШИМ должна быть намного выше, чем самая высокая частота звука, которую вы хотите, в области МГц.

См. Преобразование ШИМ в аналоговый сигнал.