matlab 电路频率响应_大咖说 | 音频设计中的5段均衡电路设计
时间：2022-08-21 19:00:00
一，概述
为了调整特定频率音频信号的音量，音频平衡器是一种硬件滤波器。调整适用于通过增加或切断某些频率范围来提供所需的音频信号。平衡器的目的是通过改变音符使声音更大或更柔和，或保持与原始声音相同的声音。本文的目标是设计一个五频段平衡器。在第一阶段，平衡器有一个通过滤波电路的音频输入，每个频段都有一个输出，可以切断或提高高音和低音的范围。第二阶段，信号求和的结果达到输出插孔，连接到一对扬声器或耳机。拥有更专业的可自定义的声音，均衡器可控制5个频段，以适应广泛的人类的听觉频谱。对于一些普通人来说，使用音频播放器时不需要调整。但专业人士会对音频播放器的声音质量感到满意。因此，需要合适的平衡器来获得真正想要的声音。平衡器可以是软件或硬件过滤器，以调节特定频率的响度，这意味着您可以降低和增强高低范围。专业人士会用20 –30频段均衡器，但大多数人可以使用三、五、塞万频段均衡器，因为它更容易、更简单。
A.背景：
为了提高优质平衡器的可制造性，该平衡器可用于大型汽车音响系统，因此电路的设计必须非常容易构建。它给人语气调整，有标准的高音，中音和低音控件。便携式产品易于结合，如：立体声耳放，DAC解码器、汽车立体声等。当与其他模拟电路板一起使用时，平衡器的基本概念是将频谱分成不同的频带，然后每个频带都包含一个带式滤波器。声音通过所有滤波器并联，每个滤波器只输出其频带中的声音，从而切断所有其他声音。同时，它将所有带滤波器的输出再次混合在一起，然后将其放入具有调节每个第一振幅能力的电路中。
B.技术要求：
-在0 – 16 kHz运行频率
-过滤音频输出
-提高或减少每个频段定义的频率范围
-驱动一副耳机或一组扬声器
- 低成本
安全无静电危害的产品。它必须能够方便地连接各种音频插孔接口的放大器，并在机械上足够稳定，以支持插入和拔出电缆，并通过脚踏开关打开和关闭。所有旋钮、按钮和外部可调部件应处于合理位置，且易于调整。该设备的目的是用作具有良好功能的音乐平衡器。另外，必须有真正的旁路电路，防止平衡器关闭时信号丢失。产品价格应与类似产品的价格相当相似。二、项目解决方案：
为了实现本文的设计和创建工作设备，需要调整设计中的某些部件，以帮助实现主要目标。目标如下：单声道设计，使音频范围为0 – 16 kHz在频率范围内工作，增加或减少某些频率范围，完全控制增益，并与耳机或扬声器相匹配。许多电子制造公司将在市场上展示其音频配件。使用不同技术的想法和品味并不能保证音乐与你的匹配。然而，音乐取决于情绪和品味，但同样均匀的声音会产生无聊的效果。五频段平衡器是解决这个问题的一种方法，因为它不仅能增强你喜欢的声音，还能消除你不想要的声音 周围的噪音会干扰你的音乐质量和声音。因此，使用五频段平衡器是消除这些噪音并保持歌曲质量的理想解决方案。三、硬件设计
本文提出的平衡器是基于操作放大器。这里使用的操作放大器是 LM833”。噪声密度小于24n V /√Hz，压摆率大于45V / μs，增益带宽乘积大于3 MHz 。借助电位器，音频频谱将分为五个不同的频段。然后将每个频段的输出混合并馈入音频功率放大器。本项目将使用五个多反馈带滤波器选择器，具有缓冲器和可变增益。当信号质量是最重要的参数时，使用与项目相同的这类滤波器。这种类型的有源带通设计会产生基于负反馈的有源滤波器电路的调谐，使其具有较高的 Q(高达25)振幅响应和中心频率两侧陡峭滚降。中心频率称为谐振频率，因为电路的频率响应与谐振电路相似。该滤波器用于五个频段中的每个频段。它只需要一个操作放大器，不需要电感器(低频时体积大，价格昂贵)来创建带通形状。位于电路中心的五个频段。左侧的过滤电路是缓冲器。缓冲器是一种非反向放大器电路，通过使用操作阻抗提供高电平输入阻抗和所有优势放大器，增益为2。输入信号被电阻网络分压R1和R2。因此，放大器净增益为1。两个100kΩ电阻(R1和R2)用作分压器，通过它将结电压馈入R1的正输入。该分压器有足够的功率直接为所有其他操作放大器供电。右侧的过滤器是Signal Adder。每个频段的输出是在用户为每个频带选择增益时，在可变增益选择器处混合，因此，选择哪个频段将主导输出，然后馈入一个音频功率放大器。需要选择合适的质量因素(Q)避免在相邻的频带中重叠，因为它将着色引入音频信号。设计五频带平衡器的第一步是将音频设备的输入信号传输到整体增益控制。即使在手机或小数字输入的小输入信号下，均衡器也有必要在输入阶段进行整体增益控制。然后，增益级进入滤波器组，被认为是滤波器的主要部分。此外，请注意，滑动电位器也被组合到滤波器组中，以减少和提高每个频段的水平。根据0-16，本设计中使用的所有五个滤波器均为带通两极讨论 kHz确定滤波器和中心频率的音频范围。然后重新组合所有滤波器的输出，驱动一组扬声器或耳机。图1显示了整个过滤器组件的示意图。
建立一个五频段平衡器需要五个独立的过滤器，每个过滤器都有不同的中心频率。频率基于以下行业标准值：60Hz，250Hz，1kHz，4kHz和16kHz。同样，五频段平衡器需要多重反馈(MFB)带滤波器。滤波器拓扑的电路如图2所示。
该设计允许只使用操作放大器制造带通滤波器。MFB滤波器的一个缺点是，在计算一组设计参数时，设计方程会变得无聊。如果电容器值相同，计算非常简单。以下公式用于计算每个滤波器的组件值和设计参数。
R1 = Q /(G * 2 *π* f * C)
R2 = Q /((2 *Q2-G)* 2 *π* f * C)
R3 = Q /(π* f * C)
G = 1 /(((R1 / R3)* 2)
f =(1 /(2 *π* C))*√((R1 R2)/(R1 * R2 * R3)
通过选择较大的电容值(0.1F)开始用较小的电容值计算阻抗。增加电容会降低电阻(R1，R2和R3)。注意避免输入缓冲操作放大器过载。注意板上杂散电容的降低 C”的值。带宽和增带宽和增益R2。因此，可以使用R2在不影响带宽和增益的情况下修改中频。操作放大器的每一级都需要电容耦合到下一级，以便DC不会传播和放大。耦合电容器应大于1，以获得良好的低频响应F。在这个电路的每个阶段使用一个10μF，16V的电容器。电路由12V供电直流稳压电源。每个运放的Vcc引脚均使用0.1μF为了绕过噪音，陶瓷圆盘电容器接地。表1显示了每个计算值band的设计。
该表列出了平衡器不同中心频率的重量值。常数“ Q”设置为1.7，增益“ A”设置为4。使用5频段平衡器的电路U1 LM833作为平衡器的缓冲级。它是一种增益 同相放大器。包括输入信号R1和R2的电阻网络除以“ 2”。该放大器净增益为单位(1)。两个100k电阻(R3和R11)用作分压器，结电压通过R14馈入其正输入。该分压器有足够的功率直接为所有其他操作放大器供电。罗伊(Roy)电阻(R6 = R8 = R19 = R23 = R28 = R15 = R33 =100Ω)具有降噪和电容负载电阻隔离的双重功能。根据电路中的噪音，它可以在50到150欧姆之间变化。电位计(R9，R20，R29和R34)因此，这些信号应尽可能具有最佳质量。锅体用裸铜线包裹，另一端焊接到地面。所有使用的电阻都是金属膜型，而电容器都是陶瓷型，因为过滤器非常敏感。操作放大器的每一级都与下一级电容器耦合，因此DC不会传播和放大。为获得良好的低频响应，请选择超过1μF耦合电容。在电路的每个阶段使用10μF，16V的电容器。该电路由12V直流稳压电源供电。每个操作放大器Vcc所有的引脚都.1μF为了绕过噪音，陶瓷盘电容器接地。减小电容值会增加任何特定频率的电阻值，所以要特别小心，特别是在使用多个滤波器时，请注意电阻值不要太低，以免对输入操作放大器造成负载。排列滤波器后，重新组合每个滤波器的输出，形成结果的整体输出。考虑到以下因素，每个特定滤波器的启动或减少收入将输出滤波器的总电子重新组合在一起。所有滤波器输出出重新组合起来，两个反相求和放大器。滑块电位器用于将每个滤波器部分的输出送到第一个求和放大器进行切割或第二个求和放大器进行升压。将电位器留在中间会导致输出既不减少也不增加。因为我们用的是MFB带通滤波器是一种反相滤波器，因此需要添加一个与滤波器输入串联的反相器来输入每个滤波器。最终设计如图3所示。
模拟：
我们启动TINA-TI ,绘制原理图后，进行仿真， 图4显示了整个频段的模拟和频率响(图中使用TL072C进行仿真)：
结论
在设计过程中，五频段均衡器满足了60个滤波器频段的所有要求 Hz，250 Hz，1 kHz。4 kHz，16 kHz原设计要求。总的来说，这个目标是可以实现的，通过我TI-TINA模拟验证，为完全增强和完全剪切提供了正确的结果。该产品清晰分离噪声，输出声稳定。此外，请注意，陶瓷电容器可以降低噪音。五频段均衡器性能可靠，可在所有设置下提供必要的结果。
