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(多图) 音效均衡器采用跨阻抗品质因素增强拓扑结构

Herminio Martínez?? Encarna García?? and Eva Vidal?? Technical University of Catalonia?? Barcelona?? Spain?? 2008年06月02日 ?? 收藏0

  音效均衡器一般都需要二阶带通滤波器。这种单元需要能简单而独立地调整其参数:中心频率w0、品质因数Q、及最大带通增益k。要使用有独立调节能力的单元,需要采用可变状态的拓扑结构。可是,这种结构一般最少需要三个运算放大器。一种代替方案的基础是采用SAB (四乘幂单放大器) 滤波器。这些单元可实现二阶带通滤波器,但有两个主要缺点:通过这些单元所能达到的品质因数有实际的最大极限,而且也不能独立地调整三个特征参数。

图1
图1,将RIN添加到此基于TQE结构的带通滤波器中,使电路有较高的输入阻抗。


  本设计实例在音效均衡器中采用了TQE (跨阻抗品质因数增强) 结构(图1)。这种单元用于均衡器电路中时有两个优势:可相互独立地调节三个特征参数,且每个单元中只用两个运算放大器。 参考文献1介绍了基本的TQE 拓扑。图1显示了实现一般结构的带通滤波器的配置。这种处理电流输入信号的结构,显示了无电阻RIN的低阻抗输入。由于R1和R3值相同,所有的电容值等于C,所以跨阻抗Z(s)为:

公式1


  如果加上RIN,输入就有了较高的阻抗,由于RIN提供了所需的电压到电流转换,从而可以处理电压输入信号。这样,输入到输出传递函数H(s)为:

公式2

  因此,电路实现了一个二阶带通传递函数,以下的方程式可求出中心频率w0及品质因数Q:

公式3

  增益k的值为:

公式4

  因此,可以分别利用R1、R2和RIN调节w0、Q和k。

图2
图2,此图形均衡器中的TQE单元有较低的输入阻抗。


  在音效均衡器中可使用图1中的带通单元。图2显示了一个可能的图形均衡器实现。这种电路的基础是一组带通TQE单元。注意,这些单元为有较低阻抗输入的TQE。因此,输入网络的RIN将VIN(t) 与VOUT(t) 转换为相应的输入电流 IIN(t)。调节电位器RIN的动触点到左侧最远处(XI → 0) 可衰减相应单元在总电路输出中所对应的频带。与此相反,如果将RIN动触点位置调节到最右侧(XI →1) ,会在相同频率上产生大量的负反馈,从而造成正向信号通路的衰减。不论是哪种情况下,其余滤波器的TQEI接收输入信号VIN(t)与输出信号VOUT(t)的一些成分,其比例由各自电位器设置所决定。
这样可以从图2中得到总传递函数。均衡器的输出电压VOUT(s)为:

公式5

  其中ZI(s) 为单元的跨阻抗,且

公式6

  如果定义

公式7

  均衡器的传递函数就变成

公式8

  现在,可以研究电位器各种设置的效果了。例如,在此例中,如果所有的控制触点都调节到中间位置,对每个频带,XI都等于0.5。VOUT(s)/VIN(s)= -1,正如在典型的均衡器中响应一样。设定频带I =1为值XI,而所有其它频带平坦,即在I = 2, 3, ...,n时,XI = 0.5,可以得到:

公式9

  它代表了一个在抑制频带增益为1(即0dB),谐振时增益为AO的带通滤波器, M为常数,代表完全求和的平均值。M约等于1.3,即2.3dB (参考文献2)。注意,此增益可以高于(也即放大)或低于1。考虑M=1.3,A=1,k=1(典型值),可以简化方程式得到带通增益AO,它等于s 项系数之比:

公式10

  可以有10个频带的倍频带均衡器为例来分析。此例中,每个频带品质因数值约为1.42 (参考文献3),10个频带的典型中心频率为32Hz~16kHz。调节TQE单元输入端的RIN,将其动触点移到左侧,则增加相应单元在总电路输出中覆盖的频带。例如,如果X1为0.1,则AO约为13dB。而与此相反,将动触点 RIN 调到右侧可造成正向信号路径的衰减。例如,如果X1为0.9,则AO约为-13dB。在每个单元中对输入电压VIN(t)及反馈电压VOUT(t)必须有最小输入阻抗。因此,图2中用两个电阻与电位器 RIN串联保证了此电阻值。


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音效均衡器? 滤波器?

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