摘要
在模擬音箱和耳機驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)過程中，工程師經(jīng)常希望利用驅(qū)動電路來改善低頻/高頻響應(yīng)曲線. 在數(shù)字系統(tǒng)中，往往通過EQ 來進行調(diào)整，只需要很低的成本就可以滿足各種應(yīng)用. 而全模擬系統(tǒng)中要實現(xiàn)EQ 功能，則需付出更多成本和努力. 本文介紹一種利用Shelving Filter 來實現(xiàn)Bass Boost 的方法，相對比較簡單、成本低廉。
1、Bass Boost 調(diào)整電路的應(yīng)用場景
音箱設(shè)備對于音樂不同頻率成分的還原能力不相同，通常利用頻響曲線標(biāo)識這一特性. 拋開是否好聽等主觀因素，理想的系統(tǒng)頻響曲線為一條直線。但是實際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計與成本的考量，理想頻響曲線是無法實現(xiàn)的. 每一個音頻設(shè)備都有其頻率響應(yīng)曲線.圖1.1 常見動圈式SPK 頻響曲線：
從圖上可以看出，在100～1KHz & 10K～20K 喇叭本身電聲轉(zhuǎn)換效率較差, 為了讓系統(tǒng)的頻響曲線更接近理想的一條直線，工程師在設(shè)計驅(qū)動模塊時，通常會設(shè)計一些電路來調(diào)整低頻和高頻部分的增益，使系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線更理想化。
2、Bass/Treble 調(diào)整電路理論基礎(chǔ)及優(yōu)化設(shè)計
有源低通invert Shelving Filter 電路結(jié)構(gòu)及頻率特性曲線如圖2.1 所示
如圖2.1a 所示電路結(jié)構(gòu)，等效反饋阻抗Rfb 計算公式如公式1 所示：
與當(dāng)輸入信號頻率比較低時，C2 容抗很大,等效為開路.此時Rfb 約等于R2,由此可得此時通路的增益G1 為
當(dāng)輸入信號頻率較大時，C2 容抗很小,等效為閉路，此時Rfb 等效為R2 與R3 并聯(lián)阻抗，通路通路增益G2 為：
為了更便于分析Shelving Filter 性能，同時引入兩個頻率參數(shù)：
下面我們根據(jù)客戶一個應(yīng)用實例來分析如何選擇Shelving Filter 電容和電阻值. 以滿足客戶需求. 圖2.2 是客戶目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線：
從如圖2.1 所示曲線與Shelving 低通濾波器頻率響應(yīng)曲線高度一致。因此，可以設(shè)計一個Shelving Filter 來實現(xiàn)該Bass Boost 功能. 由圖可以直接確定，Shelving Filter 的基本參數(shù)G1 = 3dB，G2 = -1.5dB，本文中，為了簡化設(shè)計與計算，將目標(biāo)曲線整體上抬1.5dB, 取G2 = 0dB，G1 = 4.5dB, f1 = 400hz,f2 = 800hz ，取R2 = R3。同時設(shè)計一個前置高通濾波器達到目前曲線低頻抑制效果,本文利用一個簡單的DC-Blocking電路來實現(xiàn)。
根據(jù)給定的目標(biāo)參數(shù)，基于TI DRV632 設(shè)計出的電路機構(gòu)如下：
AC 仿真圖如下：
圖2.4 電路仿真圖
在客戶應(yīng)用電路上實際量測圖2.5：
通過實測圖對比可以看出，使用Shelving Filter 完全可以滿足一般客戶對于簡單Bass Boost 電路設(shè)計需求。
3、小結(jié)
本文通過客戶實例分析，詳細(xì)介紹如何利用Shelving Filter 來實現(xiàn)簡單的Bass Boost。其最主要的特點在于調(diào)整目標(biāo)頻率增益的同時，可以讓帶外的信號不做太大衰減或放大。基于Shelving Filter 特點，可以更進一步設(shè)計出Treble Boost 電路，甚至可以通過級聯(lián)，實現(xiàn)任意頻段增益控制.對于在無法實現(xiàn)數(shù)字EQ 的系統(tǒng)中，該設(shè)計可以幫工程師以更簡單快捷成本低廉的方式實現(xiàn)更好品質(zhì)音樂系統(tǒng)。
4、參考資料
[1] DRV632 數(shù)據(jù)手冊--------------http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv632.pdf;
[2] Active Filters-Shelving Filter---------http://www.linkwitzlab.com/filters.htm#6