Audio utilisant PWM, quel est le principe derrière cela?

J'ai vu un schéma d'une carte PIC qui utilise un PWM filtré pour fournir un signal de sortie audio à une prise audio. Il montre la sortie PWM filtrée en utilisant 3 étages de filtre RC passif suivis d'un étage LM386. J'ai les questions suivantes:

1. Habituellement, un signal audio aurait plusieurs fréquences additionnées simultanément. Comment PWM fait-il cela?
2. La qualité audio est-elle aussi bonne que l'utilisation de PCM avec DAC, filtre et amplificateur?
3. Étant donné que cette technique a l'air et est si pratique, pourquoi tous les appareils audio ne l'utilisent-ils pas pour économiser de l'argent et des coûts, y compris les cartes son des ordinateurs?

Habituellement, un signal audio aurait plusieurs fréquences additionnées simultanément. Comment PWM fait-il cela?

Le signal audio qui contient un spectre de fréquences multiples n'est encore qu'un signal audio qui peut être échantillonné par et ADC et recréé par un DAC. Si la fréquence d'échantillonnage utilisée est supérieure à deux fois la fréquence audio la plus élevée, tout va bien. Un DAC qui utilise des techniques PWM n'est pas différent. Dans n'importe quel cycle de la forme d'onde PWM, le rapport de la marque à l'espace doit "représenter" avec précision le signal analogique instantané et un seul cycle PWM doit être plus court dans le temps que la moitié de la période du signal audio le plus élevé: -

Ce qui précède est une représentation simple de 3 niveaux DC en utilisant PWM. De toute évidence, si la fréquence PWM est "élevée", ces trois niveaux peuvent être considérés comme faisant partie d'une forme d'onde CA complexe. J'espère que vous pouvez voir que le contrôle précis du rapport d'espace de marque PWM est vraiment fondamental pour obtenir une faible distorsion audio.

La qualité audio est-elle aussi bonne que l'utilisation de PCM avec DAC, filtre et amplificateur?

Traditionnellement non, mais ça va mieux.

Étant donné que cette technique a l'air et est si pratique, pourquoi tous les appareils audio ne l'utilisent-ils pas pour économiser de l'argent et des coûts, y compris les cartes son des ordinateurs?

Le contrôle de la précision du rapport PWM est assez difficile à obtenir une très bonne qualité hi-fi et avec les amplificateurs de classe D, le rejet de l'alimentation reste un défi assez difficile. Voir l'image intégrée ci-dessus - si le rail d'alimentation 5V a doublé, le gain double également - imaginez maintenant qu'au lieu de doubler simplement, vous aviez une charge de bruit de merde sur ce rail - cela modulerait directement votre signal audio et en créerait un très perceptible effets.

PCM avec DAC, filtre et amplificateur

Cela dépend de la façon dont votre DAC est construit en interne. La plupart des DAC de carte son utiliseront la modulation sigma-delta, qui ressemble à PWM en ce sens qu'il s'agit d'un signal à un bit activé et désactivé à haute vitesse via un filtre, mais en utilisant un algorithme plus intelligent pour garantir le niveau de sortie et la vitesse de balayage corrects.

Cet exemple de fiche technique de codec de carte son a un joli diagramme sur la première page.

Vous pouvez obtenir un son assez décent avec du PWM pur si votre PWM est assez rapide. Il doit avoir une fréquence PWM beaucoup plus élevée que la fréquence audio la plus élevée que vous souhaitez, dans la région MHz.

Voir Conversion de PWM en signal analogique