張方文 Fabian Zhang---East China OEM Application Team

摘要

在模擬音箱和耳機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中， 工程師經(jīng)常希望利用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)改善低頻/高頻響應(yīng)曲線. 在數(shù)字系統(tǒng)中，往往通過(guò) EQ 來(lái)進(jìn)行調(diào)整，只需要很低的成本就可以滿(mǎn)足各種應(yīng)用. 而全模擬系統(tǒng)中要實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn) Bass Boost 的方法，相對(duì)比較簡(jiǎn)單、成本低廉。

1、Bass Boost 調(diào)整電路的應(yīng)用場(chǎng)景

音箱設(shè)備對(duì)于音樂(lè)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(shí)這一特性. 拋開(kāi)是否好聽(tīng)等主觀因素，理想的系統(tǒng)頻響曲線為一條直線。但是實(shí)際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成本的考量，理想頻響曲線是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的. 每一個(gè)音頻設(shè)備都有其頻率響應(yīng)曲線.圖 1.1 常見(jiàn)動(dòng)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(jì)驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，通常會(huì)設(shè)計(jì)一些電路來(lái)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(jì)

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?zhàn)杩?Rfb 計(jì)算公式如公式 1 所示：

與當(dāng)輸入信號(hào)頻率比較低時(shí)，C2 容抗很大,等效為開(kāi)路.此時(shí) Rfb 約等于 R2,由此可得此時(shí)通路的增益 G1 為

當(dāng)輸入信號(hào)頻率較大時(shí)，C2 容抗很小,等效為閉路，此時(shí) 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(shí)引入兩個(gè)頻率參數(shù)：

下面我們根據(jù)客戶(hù)一個(gè)應(yīng)用實(shí)例來(lái)分析如何選擇 Shelving Filter 電容和電阻值. 以滿(mǎn)足客戶(hù)需求. 圖 2.2 是客戶(hù)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(jì)一個(gè) Shelving Filter 來(lái)實(shí)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)與計(jì)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(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)前置高通濾波器達(dá)到目前曲線低頻抑制效果,本文利用一個(gè)簡(jiǎn)單的 DC-Blocking電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)給定的目標(biāo)參數(shù)，基于 TI DRV632 設(shè)計(jì)出的電路機(jī)構(gòu)如下：

AC 仿真圖如下：

圖 2.4 電路仿真圖

在客戶(hù)應(yīng)用電路上實(shí)際量測(cè)圖 2.5：

通過(guò)實(shí)測(cè)圖對(duì)比可以看出，使用 Shelving Filter 完全可以滿(mǎn)足一般客戶(hù)對(duì)于簡(jiǎn)單 Bass Boost 電路設(shè)計(jì)需求。

3、小結(jié)

本文通過(guò)客戶(hù)實(shí)例分析，詳細(xì)介紹如何利用 Shelving Filter 來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的Bass Boost。其最主要的特點(diǎn)在于調(diào)整目標(biāo)頻率增益的同時(shí)，可以讓帶外的信號(hào)不做太大衰減或放大?；?Shelving Filter 特點(diǎn)，可以更進(jìn)一步設(shè)計(jì)出 Treble Boost 電路，甚至可以通過(guò)級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)任意頻段增益控制.對(duì)于在無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字 EQ 的系統(tǒng)中，該設(shè)計(jì)可以幫工程師以更簡(jiǎn)單快捷成本低廉的方式實(shí)現(xiàn)更好品質(zhì)音樂(lè)系統(tǒng)。