了解 LINA 耳机放大器 | 声音上的线性度 ​

了解 LINA 耳机放大器 | 声音上的线性度

 了解 LINA 耳机放大器 

  声音上的线性度 

在设计和评估dCS音频系统的性能时，线性度是我们最关注的重要因素之一。尽管对于我们创建的每个新产品，我们都有独特的设计目标，但实现出色的声音线性度始终是我们工程师的核心关注点。

什么是线性度，以及为什么在音频中它很重要呢？

线性度是衡量设备能够将输入变化直接转化为输出变化的度量标准。以放大器为例，它必须确保从数模转换器接收到的模拟信号的变化能够准确地转化为放大后的信号输出。如果设备不具备线性度，那么信号就会产生失真。在dCS，我们认为任何对原始信号的失真都是不可接受的。

线性度在音频领域非常重要，因为它直接影响着信号的质量。通过保持线性度，音频设备可以减少信号失真和非线性，确保信号的准确传递和放大。这样可以实现更加透明和原汁原味的音频重现，使设备本身不添加任何音色，也不改变原始录音的本意。

线性度和失真：关键的设计考虑因素

在设计LINA耳机放大器时，我们旨在提供出色的驱动特性和优异的线性度。我们采用了超级A类/AA类拓扑结构，将A类设计的无失真特性与驱动低效率平板磁性耳机所需的效率相结合。

利用这种设计带来了一些主要的性能优势，但也带来了一些额外的挑战，特别是在没有使用完整的A类拓扑结构时如何避免交叉失真的问题。

避免交叉失真

在Class AB和Class B放大器中，当放大器从负向正的波形周期（或正向负的波形周期）切换时，需要一定的电压来使开关的集电极饱和，才能改变放大器的输出（对于双极型设计通常为0.65V，对于MOSFET设计则更高）。

这意味着当输入波形跨过0幅度时，会出现幅度跳变或误差，因为在开关上电的过程中，幅度被人为地保持在0的幅度。这种失真被称为交叉失真，对于音频放大器来说是一个重要的缺陷，因为它会降低线性度。这也是为什么人们更倾向于选择Class A设计的原因，因为在Class A设计中，输出晶体管始终保持上电状态，所以交叉失真不是一个问题。

LINA耳机放大器也具有这个特点：输出晶体管从不断电，但也不是一直处于完全上电状态，就像Class A设计一样。为了减少交叉失真，采用了一种误差校正机制。这意味着对于每个独立的输出晶体管，将输入与输出之间的差异（即误差）反馈给该晶体管。这种方法既具有Class A系统的所有性能优势，又能控制热量和功耗的使用。

一个简洁的信号路径

LINA 耳机放大器内的信号路径尽可能保持简洁，因为信号链中的更多组件会增加噪声和失真。设备内继电器的使用意味着音频信号不必来回运行以到达增益开关、输入选择等。LINA 耳机放大器的信号链中的任何位置也没有隔直电容器。这一点很重要，因为电容器（尤其是大型电解电容器）本质上是非线性的，并且会影响产品的声音性能。使用直流伺服电路无需在放大器的输入或输出上安装隔直流电容器。该装置无需音频信号通过伺服电路即可实现这一点，从而确保了简洁的信号路径。

缓冲输入和非缓冲输入

在我们的设计过程早期，我们决定LINA耳机放大器应该具备缓冲输入和非缓冲输入。通常，耳机放大器设计师会在产品上采用较高的输入阻抗，以便使该单元能够由任何源设备驱动，无论源设备的输出阻抗如何。对于LINA耳机放大器而言，缓冲输入提供了这种功能，缓冲的平衡输入阻抗为96kΩ。然而，如果只有这种具有较高输入阻抗的输入可用于放大器，该单元将无法从具有适当低输出阻抗的源设备中获得最佳性能。基于此考虑，我们决定增加一个额外的非缓冲输入，以在使用低输出阻抗源时提升性能。

LINA耳机放大器的非缓冲输入采用了一种假设源设备具有低输出阻抗的方法，这与如果DAC和放大器组合在一个机箱中的情况下采取的方法相同。这使得可以在整个信号路径中使用一种称为分路反馈的技术，其中将每个放大器级的正输入接地，而仅将信号输入到负输入中。当两个输入都被驱动时，放大器级必须准确地对两个信号进行相减。

任何减法中的不完美都会产生一种称为共模失真的失真形式。分路反馈消除了共模失真，减少了失真并提高了整体性能。利用这个输入需要源设备具有足够低的输出阻抗，因此如果将放大器与具有例如1kΩ输出阻抗的源设备一起使用，最好使用缓冲输入（作为参考，LINA解码器的输出阻抗为3Ω）。如果连接源设备到放大器的某些电缆也具有较高的阻抗，可能需要使用缓冲输入。放大器的非缓冲输入级别直接借用了dCS 904的技术，该技术是一种用于专业录音室的模数转换器。

缓冲输入和音量控制还利用了dCS系列中其他地方使用的一种方法，即使用复合运算放大器为我们的DAC创建一个异常线性的线路输出级。这是一种专有的方法，提供了出色的性能，我们非常希望在LINA耳机放大器中使用该方法。

低阻抗、低反馈

与许多固态设计不同，LINA耳机放大器不使用并联的输出器件。相反，它采用了异常大型和高电流的器件作为耳机放大器的输出部分。这与局部反馈结合使用，实现了非常低的开环输出阻抗，这是设计的关键方面之一。每个功率放大器级别使用一个运放和16个离散的晶体管。我们精心选择了运放，但放大器的主要性能特点来自于离散电路。我们使用最优质的运放，但也确保信号永远不会经过未增强的单运放级别，这是该单元的关键设计方面之一。

反馈是放大器设计中的另一个重要考虑因素（将放大器的输出馈送到输入）。许多高反馈设计使用反馈来隐藏输出级别的问题。低反馈是可取的，因为它最大程度地减少了瞬态交调失真（TIM），这是一种影响放大器音质的可听到的失真。LINA耳机放大器通过以下特点避免了TIM的发生：

非常低的开环输出阻抗

低的开环失真

输出级别的局部反馈

然后，该放大器采用适度高的全局反馈，因为这在放大器已经是一个优秀的开环设计时可以实现最佳的声音质量。这是LINA耳机放大器提供给听众的“轻松”音质的一部分。

追求中立性：输出阻抗和耳机特性

一些耳机放大器制造商选择让放大器具有较高的输出阻抗，从而改变了连接到其上的耳机的特性。在设计LINA耳机放大器时，我们避免了这种方法，而是追求中立性。这对我们来说非常重要，因为为特定类型的耳机或一组特性进行调音往往会改善某些耳机的音质，但对其他耳机可能会降低音质，这是我们在创建一款能够最大限度地驱动各种耳机的放大器时希望避免的情况。

温暖、冷静还是透明？

声音是放大器设计中的重要考虑因素。音频放大器常被描述为具有“温暖”或“冷静”的声音，如果产品在测试中被认为过于“冷静”或“分析性”，设计师可能会尝试增加温暖感。然而，调音以追求特定的声音特性可能会带来一些主要的缺点，导致产品在某些音频设置中表现出色，但在其他情况下则不太理想。另一种解决方案是通过增加透明度来抵消任何刺耳感，同时保持中立性。

在开发LINA耳机放大器时，我们致力于打造一个具有透明性和中立声音的设计。这使我们能够确保我们的放大器在各种音频设置中都能提供出色的性能。

LINA耳机放大器的输出阻抗非常低，但我们小心地避免将设计的这一方面推向极端。如果我们选择输出阻抗在微欧或毫欧的水平，我们将无法在产品中使用被动式电磁兼容（EMC）元件，以确保它在无线电频率方面进行了优化，包括干扰和杂散输出。放大器的输出阻抗足够低，不会影响声音的音色，但也不会太低到因缺乏EMC元件而导致干扰问题。

这种方法在扬声器放大器中并不适用，那里的阻尼因子非常重要。非常低的输出阻抗也至关重要，因为扬声器系统几乎总是具有分频器，如果放大器的输出阻抗不够低，就可能引发真正的问题。然而，由于耳机没有这个问题，放大器的输出阻抗不需要如此之低才能实现最佳性能。

在考虑线性时有几个因素需要考虑，我们在开发LINA耳机放大器时对所有这些因素都进行了仔细思考。在本系列的下一篇文章中，我们将讨论灵活性，并解释我们如何开发一款可与任何数字源和任何耳机配对使用的放大器。

测试LINA耳机放大器的线性度

“dCS设备成功平衡了电压和电流需求，使LINA耳机放大器能够适用于高阻抗和低阻抗的耳机。 

该放大器还配有一个物理的高/低增益切换开关，位于前部底部。尽管我通常不在桌面环境下使用入耳式耳机，但我尝试了在低增益设置下使用LINA放大器与qdc Anole V14耳机，结果V14的音质比以往任何时候都要好听。”

——Jude Mansilla

来自Headfi.org的评论

“超紧凑和清晰的输出，但具有出色的深度、分层和精确度。我也非常喜欢充满活力、宽敞的中音和自然的人声表现。”

“如果你在寻找数字音频重现的最佳选择，Lina可以满足你的期望。其透明和无色的声音完全令我惊叹。”

——Lieven Vranken

来自Headfonia的评论

“Lina不会对声音产生色彩...它让音乐像录制时那样流畅。它展现了完美的中立性。”

——Jeremy Lim

来自Zeppelin & Co的评论