摘要

    在模擬音箱和耳機驅動系統開發過程中，工程師經常希望利用驅動電路來改善低頻/高頻響應曲線. 在數字系統中，往往通過EQ 來進行調整，只需要很低的成本就可以滿足各種應用. 而全模擬系統中要實現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Bass Boost 的方法，相對比較簡單、成本低廉。

1、Bass  Boost 調整電路的應用場景

    音箱設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，理想的系統頻響曲線為一條直線。但是實際應用中，由于結構設計與成本的考量，理想頻響曲線是無法實現的. 每一個音頻設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 喇叭本身電聲轉換效率較差, 為了讓系統的頻響曲線更接近理想的一條直線，工程師在設計驅動模塊時，通常會設計一些電路來調整低頻和高頻部分的增益，使系統的頻率響應曲線更理想化。

2、Bass/Treble 調整電路理論基礎及優化設計

有源低通invert Shelving Filter 電路結構及頻率特性曲線如圖2.1 所示

如圖2.1a 所示電路結構，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：

下面我們根據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，可以設計一個Shelving Filter 來實現該Bass Boost 功能. 由圖可以直接確定，Shelving Filter 的基本參數G1 = 3dB，G2 = -1.5dB，本文中，為了簡化設計與計算，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。

根據給定的目標參數，基于TI DRV632 設計出的電路機構如下：

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 電路設計需求。

3、小結

本文通過客戶實例分析，詳細介紹如何利用Shelving Filter 來實現簡單的Bass Boost。其最主要的特點在于調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。基于Shelving Filter 特點，可以更進一步設計出Treble Boost 電路，甚至可以通過級聯，實現任意頻段增益控制.對于在無法實現數字EQ 的系統中，該設計可以幫工程師以更簡單快捷成本低廉的方式實現更好品質音樂系統。

4、參考資料

[1] DRV632 數據手冊--------------http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv632.pdf;

[2] Active Filters-Shelving Filter---------http://www.linkwitzlab.com/filters.htm#6