PWMを使用したオーディオ、その背後にある原理は何ですか？

フィルター処理されたPWMを使用してオーディオ出力信号をオーディオジャックに供給するPICボードの回路図を見ました。3段のパッシブRCフィルターとそれに続くLM386段を使用してフィルター処理されたPWM出力を示しています。次の質問があります。

1. 通常、オーディオ信号には複数の周波数が同時に合計されます。PWMはどのようにそれを行いますか？
2. DAC、フィルター、アンプでPCMを使用するのと同じくらい音質は良いですか？
3. この手法は見た目も便利であるため、コンピューターのサウンドカードを含め、すべてのオーディオデバイスがこれを使用してお金とコストを節約しないのはなぜですか。

通常、オーディオ信号には複数の周波数が同時に合計されます。PWMはどのようにそれを行いますか？

複数の周波数のスペクトルを含むオーディオ信号は、ADCでサンプリングしてDACで再作成できるオーディオ信号にすぎません。使用するサンプリングレートが最高のオーディオ周波数の2倍以上であれば、すべてが良好です。PWM技術を使用するDACも同様です。PWM波形の1サイクルでは、マークとスペースの比率が瞬時アナログ信号を正確に「表す」必要があり、単一のPWMサイクルは最高のオーディオ信号の周期の半分よりも短くなければなりません。

上記は、PWMを使用した3つのDCレベルの単純な表現です。明らかに、PWM周波数が「高い」場合、これら3つのレベルは複雑なAC波形の一部と見なすことができます。PWMマークスペース比を正確に制御することは、低オーディオ歪みを得るために本当に基本的であることがわかります。

DAC、フィルター、アンプでPCMを使用するのと同じくらい音質は良いですか？

従来はありませんでしたが、良くなっています。

この手法は見た目も非常に便利なので、コンピューターのサウンドカードを含め、すべてのオーディオデバイスがこれを使用してお金とコストを節約しないのはなぜですか。

PWM比の精度を制御することは、非常に優れたHi-Fi品質を得るのが非常に難しく、D級アンプでは電源の除去は依然としてかなり難しい課題です。上記の埋め込み画像を参照してください-5V電源レールが2倍になった場合、ゲインも2倍になります-単純に2倍になる代わりに、そのレールに途方もないノイズの負荷がかかっていることを想像してください-これはオーディオ信号を直接変調し、非常に顕著なものを作成します効果。

DAC、フィルター、アンプを備えたPCM

これは、DACが内部でどのように構築されているかによって異なります。ほとんどのサウンドカードDACはシグマデルタ変調を使用します。これは、フィルターを介して高速でオン/オフされる1ビット信号であるという点でPWMに似ていますが、正しい出力レベルとスルーレートを確保するためにスマートなアルゴリズムを使用します。

このサンプルサウンドカードコーデックデータシートには、最初のページに素敵な図があります。

以下の場合、純粋なPWMからかなりまともな音を得ることができます。PWMが十分に速い、ます。必要な最高オーディオ周波数よりもはるかに高いPWM周波数をMHz領域に含める必要があります。

PWMのアナログ信号への変換を参照してください