利用 OPA 實現(xiàn) Bass Boost 案例分享

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

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 是客戶目標頻率響應曲線：

從如圖 2.1 所示曲線與 Shelving 低通濾波器頻率響應曲線高度一致。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)整目標頻率增益的同時，可以讓帶外的信號不做太大衰減或放大?；?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)。