用来减小音频信号幅值的电路

描述

“喂!关小声点!”

您很可能在某个时候听过这样的话,尤其是如果您像我一样也喜欢开大音量听音乐!如果您决定责成“关小音量”,那么还能做什么呢?当然是伸手进行音量控制啊!

什么是音量控制?简单来说,就是用来减小音频信号幅值的电路。通常减小幅度会从无到有,低到一定程度就会让音频小声得听不见。很多音频设备都是数字控制的,但仍然有许多带旋钮的系统,您可通过旋转旋钮调节音量。

该旋钮实际是一个叫做电位计的电子组件,如图 1 所示。电位计是带三阶端子的特殊电阻器,叫做滑动片。转动旋钮时,滑动片就会前后移动,改变在滑动片端看到的电阻数。这可创建一个分压器行为,因此电位计是用于音量控制电路的理想组件。

但并非所有电位计都一样。三个最常见的类型或锥度是:线性锥度、对数(或音频)锥度以及反向对数(或反向音频)锥度。图 2 是每个锥度的电阻随旋转变化的情况。

人类听觉可跨越很大的动态范围,因此通常用对数单位分贝 (dB) 来表示音频信号的强度。理想的音频控制具有支持 dB 线性的衰减特性,在旋转音量旋钮时音量变化非常自然。因此,音频锥度电位计通常可用作音量控制。但正如您可从图 2 中看到的那样,这些电位计并非真正的对数,更像具有不同斜率的两个线性电位计的组合。这在实现 dB 线性衰减方面表现不佳,但幸好还有更好的方法!

1980,Peter Baxandall 创建了一款被称之为 Baxandall 有源音量控制的电路,如图 3 所示。这种电路简单灵活,可通过实施智能分流反馈采用线性电位计实现优异的 dB 线性衰减性能。这种电路具有高输入阻抗与低输出阻抗,因此无论连接什么样的电源和负载阻抗,都能保持其衰减性能。

可使用基尔霍夫电流定律和欧姆定律分析该电路的转换函数。在这里我不介绍整个分析过程,只给出结果:

模拟

如果绘制转换函数与旋转百分比的曲线图(如图 5 所示),您可看到可实现的、近乎完美的 dB 线性衰减特性。由于转换函数接近负无限大,因此当旋转至零时衰减会急剧下降。这实际上非常令人满意,因为在实际电路中这将提供无法听到的极低“关闭”音量。

Baxandall 有源音量控制电路可作为TI 高精度设计(专业音响有源音量控制)的基础。在该设计中,我不仅对该电路的原理进行了详细分析,而且还提供了全面的仿真及实际结果,以及所有电路板原理图、布局和材料清单文件。如果您对音频设计感兴趣,我极力推荐您了解一下!

责任编辑:haq

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