崔建國,寧永香

(山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽泉 045000)

0 引言

常見的DV攝錄機或采訪工具，其攝錄的音頻部分一般都是單聲道，有時需要將單聲道音頻轉(zhuǎn)換為立體聲音頻，方法大致有軟件轉(zhuǎn)換法和硬件仿真器法。軟件轉(zhuǎn)換常用編輯工具只是簡單把單聲道(左聲道)音頻復(fù)制到右聲道，左右兩個音箱發(fā)出的聲音完全一模一樣,沒有方向感,聽上去有點單調(diào),缺少空間感，是一種假立體聲；一些硬件立體聲仿真器是把一般的非立體聲信號分在高頻和低頻兩個聲道，這種仿真器產(chǎn)生的立體聲仍覺得單調(diào)。

設(shè)計一種立體聲仿真器電路，這種方案的總體思路是采用帶阻濾波器技術(shù)，將普通的單聲道信號在兩個中心頻率(6 kHz和250 Hz)分開，將單聲道全信號中6 kHz～250 Hz的信號衰減掉，剩下的作為左聲道信號，此左聲道信號同時作為另一個差動運放B的正相輸入，單聲道全信號作為該差動放大器B的另一個輸入(反相端)，故右聲道信號就是該運放B兩個輸入的差模信號。這樣就從普通的單聲道信號中得到了兩個相異的信號，可以產(chǎn)生更舒適的立體聲效果。

1 基于RC雙T選頻網(wǎng)絡(luò)的立體聲仿真器

本設(shè)計利用兩個平行的RC(阻容)雙T選頻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有源帶阻濾波器技術(shù)，詳細介紹該設(shè)計以前，有必要首先了解一下雙T選頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1.1 雙T選頻網(wǎng)絡(luò)的陷波器特性

雙T網(wǎng)絡(luò)由于具有良好的濾波特性和選頻特性,常在電子測量儀器的濾波電路或振蕩電路中用作濾波網(wǎng)絡(luò)或選頻網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)上是由兩個T形網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)輸入端并聯(lián)，其相應(yīng)輸出端也并聯(lián)的二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示[1]。

圖1 雙T網(wǎng)絡(luò)無源帶阻濾波器

這兩個T形網(wǎng)絡(luò)分低通和高通濾波電路，一個T型網(wǎng)絡(luò)濾波器由電阻R、R和電容2C組成，是一個低通濾波器，如圖2(a)所示；另一個T型網(wǎng)絡(luò)濾波器由電容C、C和電阻R/2組成，為一個高通濾波器[2]。

圖2 T型網(wǎng)絡(luò)低通濾波器及其等效三角形連接方式

二者均是利用電容器的容抗隨頻率變化的特性進行濾波，適當選擇R、C的數(shù)值，可有效選出需要的頻率信號、濾除干擾信號，構(gòu)成二階無源帶阻濾波電路。如果加上運算放大器即可構(gòu)成所需的二階有源帶阻濾波電路，所以被稱為雙T網(wǎng)絡(luò)有源帶阻濾波電路[3]。

從圖2(a)可以看出，T型網(wǎng)絡(luò)低通濾波器為星型連接方式，為了分析方便，可將星型連接方式的低通濾波電路等效變換為三角形連接方式電路，如圖2(b)。

類似地，對于T型網(wǎng)絡(luò)高通濾波器，也有此特性，此處略。

將兩個T型網(wǎng)絡(luò)的等效三角形連接方式電路并聯(lián)，構(gòu)成雙T網(wǎng)絡(luò)的等效電路，如圖3所示。

圖3 雙T網(wǎng)絡(luò)三角形等效電路

在圖3中,假設(shè)雙T網(wǎng)絡(luò)輸入信號為Vi，輸出信號為VO，其頻率特性用F表 示，則

(1)

(2)

(3)

(4)

這里的f即為雙T網(wǎng)絡(luò)濾波器的諧振頻率(或中心頻率)，f單位赫茲，電阻單位歐姆，電容單位法拉。

圖4 RC雙T網(wǎng)絡(luò)幅頻特性曲線

1.2 雙T選頻網(wǎng)絡(luò)的立體聲仿真器電氣原理

阻容雙T網(wǎng)絡(luò)的立體聲仿真器電氣原理圖如圖5所示，包括輸入音頻前置放大電路、兩個平行工作的雙T選頻網(wǎng)絡(luò)與運放C組成的有源帶阻濾波電路、一個差動工作方式的運算放大器、電容耦合輸出電路共5個電路模塊。

圖5 基于RC雙T選頻網(wǎng)絡(luò)的立體聲仿真器電氣原理圖

1.2.1 運算放大器作為音頻前置放大電路

立體聲仿真器的信號源種類繁雜，可以是DV、可以是采訪機，也可以是任何輸出單聲道聲音的音頻設(shè)備，為了適配各種輸出接口的不同輸出阻抗，需要輸入接口具有較大的輸入阻抗，電路的輸入阻抗大，意味著需要的輸入電流更小，也就是對前級理論上的輸出電壓大小影響很小。在前級不能輸出較大電流的場合必須要講究后級的輸入阻抗，也就是能從信號源獲取最大的信號。

理想運算放大器的輸入阻抗為無窮大，實際集成運算放大器的技術(shù)指標接近理想條件，故可以用運算放大器作為音頻前置放大電路，如圖5，以匹配各種音頻設(shè)備。該電路的有源器件是運算放大器IC1，型號為TL084，運放電路A、B、C皆屬于IC1。這種放大器具有低噪聲和失真小的特點，也可以用LM324來代替TL084。

單聲道音頻信號通過耦合電容C1，從運算放大器A之3腳輸入，運算放大器A作為音頻前置放大電路，電位器VR1可以調(diào)節(jié)輸入信號幅度。

1.2.2 雙T網(wǎng)絡(luò)組成的有源帶阻濾波電路

經(jīng)過運放A放大以后的音頻信號從運放A的輸出端(1腳)輸出，單聲道音頻信號被分成兩路，其中一路通過兩個平行的阻容雙T網(wǎng)絡(luò)濾波器進入運放C的同相輸入端，構(gòu)成一個雙T網(wǎng)絡(luò)有源帶阻濾波電路；另一路信號通過電位器VR2進入差動運放B的反相輸入端。

雙T網(wǎng)絡(luò)有源帶阻濾波電路由兩個平行的阻容雙T網(wǎng)絡(luò)組成，如圖5，每個雙T網(wǎng)絡(luò)各有一個低通濾波器和高通濾波器組成，電阻R4、R5以及電容C3構(gòu)成第一個雙T網(wǎng)絡(luò)的低通濾波器，電容C6、C7以及電阻R12構(gòu)成第一個雙T網(wǎng)絡(luò)的高通濾波器；同理，電阻R6、R7以及電容C4構(gòu)成第二個雙T網(wǎng)絡(luò)的低通濾波器，電容C8、C9以及電阻R13構(gòu)成第二個雙T網(wǎng)絡(luò)的高通濾波器。這兩雙T網(wǎng)絡(luò)與運放C組成一個雙T網(wǎng)絡(luò)有源帶阻濾波電路，利用上文公式4可求得每個雙T網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率：

兩個雙T網(wǎng)絡(luò)平行工作，單聲道全信號經(jīng)過這兩個雙T網(wǎng)絡(luò)后進入運放C的同相輸入端，與運放C組成一個有源帶阻濾波器后，將頻率在6 kHz～250 Hz的信號衰減掉，形成仿真立體聲的左聲道信號，由耦合電容C13輸出。

1.2.3 差模輸入運算放大器

衰減掉6 kHz～250 Hz頻率的信號一路經(jīng)運放C輸出，另一路信號通過耦合電容C5進入運放B的正相輸入端。上文已提到運放A輸出的全信號除一路進入兩個雙T網(wǎng)絡(luò)外，另一路信號通過電位器VR2進入運放B，運放B以差動方式工作，稱差動放大器，這是一種零點漂移很小的直接耦合放大器，這樣右聲道信號就是該運放正反相兩個輸入端(5腳和6腳)的差模信號，經(jīng)過放大后由耦合電容C12輸出，這樣就從普通的單聲道信號中得到了兩個相異的信號。

1.2.4 制作

電位器VR2用于手動調(diào)節(jié)立體聲度，可稱為信號的均衡器；VR3用來調(diào)節(jié)左聲道的增益；C3、C4的值可根據(jù)立體聲的效果來選定。

2 結(jié)語

本文介紹的立體聲仿真器電路，由于采用了運算放大器作為前置放大，故對信號源沒有過多的要求，常見的音頻輸出電路皆可以接入該仿真器，對于電視機伴音、DV攝錄機、采訪機、錄音筆等得到的單聲道音頻，接入本裝置，音質(zhì)可有相當明顯的改善，只要調(diào)整的合適，有時可以達到接近真實的雙聲道立體聲音響效果。本電路經(jīng)過仿真軟件仿真測試，可以得出正確的邏輯結(jié)論，表明電路結(jié)構(gòu)、電氣元件參數(shù)準確。