高品质虚拟环绕声有源音箱组合的设计

　　【神州音响网讯】1 引言 现在家庭影院的形成除了要有彩电、VCD或DVD外，还须一台大功率的功放和五至六只音箱来完成。随着家庭影院的普及，一个突出的问题摆在我们面前：组成家庭影院的太多设备和每个家庭的相对较小空间的矛盾。因此，在不断提高家庭影院的实际效果的同时尽量减少组成家庭影院的设备、降低成本成为家庭影院的发展方向。有源音箱的出现将功放和音箱融为一体，虚拟环绕声的出现，减少了音箱的数目，而平面磁性音箱将现有的音箱体积大大减小。因此将有源音箱、虚拟环绕声和平面磁性音箱结合起来将是一套完整的高品质音响组合。

　　2 设计方案 虚拟环绕声有源音箱组合，由一只有源的重低音音箱和两只平面磁性音箱组成。其中电源、功放、虚拟环绕声处理和整个系统控制部分全在重低音音箱内。为了不影响重低音音箱的效果，要尽量减少这些部分所占的有效空间。因此，在设计时尽量简化电路，以减少印制板面积，特别是功放部分，在保证其性能的同时应选用功率转换效率较高的电路，这既减小了电源变压器的体积，又减小了散热器的体积。同时，为了操作方便，采用了全遥控控制。其主要组成框图如图1所示。2.1 音源切换、音量、音调控制 芯片PS8889是一种四个音源输入的可编程控制器，它包含一个输入选择器，能进行声源切换并能对不同声源设置不同级别的增益。PS8889在左右通道误差、步进误差、通道串扰以及音量的最大衰减等方面都体现出极

　　

 

　　其优良的性。它还能对高频和低频增益进行控制。PS8889具有精确的过零检测，以使开关噪声最小。

　　PS8889典型应用电路如图2所示。其工作电压为7～10V，动态范围为2Vrms，噪声为5μVrms，总谐波失真为0.002%。采用三线串行接口，很容易与MCU连接。

　　

 

　　图2 PS8889典型应用电路

　　PS8889对低频的增益控制中心频率在120Hz;对高频的控制则没有中心频率点，当音频频率高时，其控制的增益范围越大。图3为PS8889音调控制特性。从图中可以看出其最大增益控制范围为±12dB

　　

 

　　图3 PS8889音调控制特性 PS8889为双列、32脚贴面封装，其引脚定义见表1。表1编号名称说 明

　　2IN1-L左声道：音源输入端输入阻抗47kΩ

　　3IN2-L

　　4IN3-L

　　5IN4-L

　　31IN1-R右声道：音源输入端输入阻抗47kΩ

　　30IN2-R

　　29IN3-R

　　28IN4-R

　　6SWout-L左声道：输入选择器输出端

　　27SWout-R右声道：输入选择器输出端

　　7LOUD-L左声道：响度设置端，输入阻抗为1.3kΩ

　　8VRin-L左声道：音量输入端，输入阻抗8～14.6kΩ，内部连至过零检测

　　25VRin-R右声道：音量输入端，输入阻抗8～14.6kΩ，内部连至过零检测

　　26LOUD-R右声道：响度设置端，输入阻抗1.3kΩ，内部连至过零检测

　　10BASS1-L左声道：低频控制端

　　11BASS2-L左声道：低频控制端

　　22BASS2-R右声道：低频控制端

　　23BASS1-R右声道：低频控制端

　　9TREB-L左声道：高频控制端

　　24TREB-R右声道：高频控制端

　　12FRNTout-L左声道：前置输出端

　　13REARout-L左声道：后置输出端

　　20REARout-R右声道：后置输出端

　　21FRNTout-R右声道：前置输出端

　　18DATA串行数据输入端, 输入阻抗9kΩ

　　17CLK时钟输入端，输入阻抗9kΩ

　　16STB锁存器选通输入端，输入阻抗为9kΩ

　　15Ct时间常数端，可编程切换时间

　　14VREFin基准电压输入端，输入阻抗为5kΩ，内部偏置2.88V，需接滤波电容

　　19AVCC稳压电源输出端,输出电压5.75V

　　32VCC电源电压端7～10V

　　1GND地

　　2.2 虚拟环绕声处理 在六大公司(Qsound公司、SRS公司、Spatiatizer公司、Harman公司、Aureal公司、杜比实验室)推出的虚拟环绕处理系统中，只有Qsound公司的虚拟环绕处理系统是根据大量的试听测试结果得出的。是六种系统中空间感和包围感最好的，声音定位也相当精确。

　　芯片PS9999采用了Qsound公司的系统方案，它是一个对经矩阵编码的立体声声源进行解码的音频处理器。该芯片能使立体声输入信号产生一个效果增强的立体声。如果输入信号包含经矩阵编码的环绕声，PS9999会将它解码并产生虚拟环绕声以供两只音箱播放。PS9999的典型应用电路，见图4。

　　应注意的是PS9999在电源开关时，会出现鸣叫噪声，其第2脚对地接10μF电容可减小电源开关时出现的噪声。如果这种方法还不能完全消除噪声时，应增加扬声器保护电路，即上电延时接通扬声器，而断电时在产生噪声之前断开扬声器。

　　PS9999在环绕方式时，其左右两声道输出幅度相同，相位相反。

　　PS9999为双列16脚贴面封装，引脚定义见表2。

　　表2引脚编号引脚名称说 明

　　1RIN右通道输入端

　　2PNR降低鸣叫噪声端

　　3B/Q直通/环绕控制端

　　4DET电源关断检测端

　　5QF6滤波器端

　　6ROUT右通道输出

　　7LOUT左通道输出

　　8GND地

　　9QF5滤波器端

　　10QF4滤波器端

　　11QF3滤波器端

　　12QF2滤波器端

　　13QF1滤波器端

　　14VREF基准电压端

　　15LIN左通道输入端

　　16VCC电源端。4.5～12.5V

　　

 

　　2.3 功放 目前，采用最多的功率放大器为A类和AB类。这类纯模拟功率放大器不但效率低，相应的散热器体积较大，而且集成度高的AB类功率放大器谐波失真也较大。另一类就是D类放大器，通过使用脉宽调制技术(PWM)提高了效率，但是D类放大器是以牺牲信号的保真度为代价的，相应的信噪比也较低。因此D类放大器一般只用于低频放大。

　　而T类放大器采用了其独有的数字能量处理技术，它的所有算法源于通信技术中的自适应及预处理算法。其性能优于传统的A类和AB类功率放大器。T类功率放大器不仅具有A类和AB类所具备的优质的信号高保真度和高信噪比，而且能够提供高效率，很容易地获得极品音响的性能。同时还可以降低电源、滤波和散热的成本。T类功放有80%甚至大于90%的功率转换效率，这相当于或优于D类功放。

　　在T类功率放大器中，输入级用于输入信号的缓存，这一级的输出去驱动处理器模块。处理器模块包含有：一个自适应信号条件处理器，数字转换器，静音控制，过载处理，差错检测，预处理和判断逻辑功能单元。处理器模块的输出控制功率输出级。最后通过滤波器驱动扬声器。

　　由于低音功率占整个输出功率的大部分。因此，我们选择的重低音功率放大器的功率要比左、右两声道的功率放大器大得多，分别选用TDA1562Q和TA1101B。

　　TA1101B为T类功率放大器，其内部具有过载保护，过压保护，温度保护等比较完善的保护系统，并有静音和待机功能，图5为其典型应用电路。

　　

 

　　应注意的是，图5中 为信号输入地， 为电源地，因此，在印制板设计时要注意将两个地分开。另外，电源引脚的滤波电容应尽量靠近引脚，否则芯片TA1101B将无法正常工作。

　　TA1101B采用低压单电源供电，电压范围为8.5～13.2V。信噪比≥95dB;总谐波失真为0.02%。由于其功率转换效率高达80%以上，因此当RL=8Ω时，可不用散热器。

　　当THD+N=10%，RL=4Ω时，输出功率为15W;RL=8Ω时，输出功率为9.5W。

　　TDA1562Q也是一个高转换效率、高保真的功率放大器，图6为其典型应用电路。

　　TDA1562Q采用低电压单电源供电，电压范围8～18V。其信噪比≥90dB，总谐波失真为0.03%，功率转换效率高达80%以上。当THD+N=10%时，输出功率高达70W。

　　

 

　　2.4 平面磁性音箱 与纸盆音箱相比，平面磁性音箱可以做成扁平的。因为它使用振膜代替了纸盆，小型棒状磁铁代替了环形磁铁。由于其形状和大小，纸盆扬声器需要在纸盆边缘和靠近顶角的地方用弹性胶液将各部件粘在一起成平面。而平面磁性音箱只需在振膜的周围粘合即可。另外，平面磁性音箱的一个基本优点是在工作范围内其声音传播的连续性较好。

　　平面磁性音箱能向前方和后方发声，当音箱距后面的墙壁至少一英尺时，反射会给声音增加空间感，但因反射而延时并不会破坏立体声效果。3 其他部分 本音箱组合中，高通滤波器和低通滤波器的好坏直接影响整个系统的音响效果。为此，采用了NE5532进行二阶有源分频。由于平面磁性音箱对低音的灵敏度较低，因此，高通和低通滤波器分频一般设在100～150Hz，而且，平面磁性音箱不应和重低音音箱离得太远，以保证其声音的连续性。

　　设计电源变压器时，应留有足够的余量。由于TA1101B和TDA1562Q均是开关型功率放大器，因此不需太大的滤波电容。

　　总之，本设计方案中采用了目前音响中最新的技术和功能最好的芯片，只要将其各部分很好的结合起来，其优美的音质和低廉的价格是一般家庭影院无法相比的。

　　(编辑：小莹)