基于RC双T选频网络的立体声仿真器

崔建国,宁永香

(山西工程技术学院，山西 阳泉 045000)

0 引言

常见的DV摄录机或采访工具，其摄录的音频部分一般都是单声道，有时需要将单声道音频转换为立体声音频，方法大致有软件转换法和硬件仿真器法。软件转换常用编辑工具只是简单把单声道(左声道)音频复制到右声道，左右两个音箱发出的声音完全一模一样,没有方向感,听上去有点单调,缺少空间感，是一种假立体声；一些硬件立体声仿真器是把一般的非立体声信号分在高频和低频两个声道，这种仿真器产生的立体声仍觉得单调。

设计一种立体声仿真器电路，这种方案的总体思路是采用带阻滤波器技术，将普通的单声道信号在两个中心频率(6 kHz和250 Hz)分开，将单声道全信号中6 kHz～250 Hz的信号衰减掉，剩下的作为左声道信号，此左声道信号同时作为另一个差动运放B的正相输入，单声道全信号作为该差动放大器B的另一个输入(反相端)，故右声道信号就是该运放B两个输入的差模信号。这样就从普通的单声道信号中得到了两个相异的信号，可以产生更舒适的立体声效果。

1 基于RC双T选频网络的立体声仿真器

本设计利用两个平行的RC(阻容)双T选频网络实现有源带阻滤波器技术，详细介绍该设计以前，有必要首先了解一下双T选频网络技术。

1.1 双T选频网络的陷波器特性

双T网络由于具有良好的滤波特性和选频特性,常在电子测量仪器的滤波电路或振荡电路中用作滤波网络或选频网络，结构上是由两个T形网络的相应输入端并联，其相应输出端也并联的二端口网络，如图1所示[1]。

图1 双T网络无源带阻滤波器

这两个T形网络分低通和高通滤波电路，一个T型网络滤波器由电阻R、R和电容2C组成，是一个低通滤波器，如图2(a)所示；另一个T型网络滤波器由电容C、C和电阻R/2组成，为一个高通滤波器[2]。

图2 T型网络低通滤波器及其等效三角形连接方式

二者均是利用电容器的容抗随频率变化的特性进行滤波，适当选择R、C的数值，可有效选出需要的频率信号、滤除干扰信号，构成二阶无源带阻滤波电路。如果加上运算放大器即可构成所需的二阶有源带阻滤波电路，所以被称为双T网络有源带阻滤波电路[3]。

从图2(a)可以看出，T型网络低通滤波器为星型连接方式，为了分析方便，可将星型连接方式的低通滤波电路等效变换为三角形连接方式电路，如图2(b)。

类似地，对于T型网络高通滤波器，也有此特性，此处略。

将两个T型网络的等效三角形连接方式电路并联，构成双T网络的等效电路，如图3所示。

图3 双T网络三角形等效电路

在图3中,假设双T网络输入信号为Vi，输出信号为VO，其频率特性用F表 示，则

(1)

(2)

(3)

(4)

这里的f即为双T网络滤波器的谐振频率(或中心频率)，f单位赫兹，电阻单位欧姆，电容单位法拉。

图4 RC双T网络幅频特性曲线

1.2 双T选频网络的立体声仿真器电气原理

阻容双T网络的立体声仿真器电气原理图如图5所示，包括输入音频前置放大电路、两个平行工作的双T选频网络与运放C组成的有源带阻滤波电路、一个差动工作方式的运算放大器、电容耦合输出电路共5个电路模块。

图5 基于RC双T选频网络的立体声仿真器电气原理图

1.2.1 运算放大器作为音频前置放大电路

立体声仿真器的信号源种类繁杂，可以是DV、可以是采访机，也可以是任何输出单声道声音的音频设备，为了适配各种输出接口的不同输出阻抗，需要输入接口具有较大的输入阻抗，电路的输入阻抗大，意味着需要的输入电流更小，也就是对前级理论上的输出电压大小影响很小。在前级不能输出较大电流的场合必须要讲究后级的输入阻抗，也就是能从信号源获取最大的信号。

理想运算放大器的输入阻抗为无穷大，实际集成运算放大器的技术指标接近理想条件，故可以用运算放大器作为音频前置放大电路，如图5，以匹配各种音频设备。该电路的有源器件是运算放大器IC1，型号为TL084，运放电路A、B、C皆属于IC1。这种放大器具有低噪声和失真小的特点，也可以用LM324来代替TL084。

单声道音频信号通过耦合电容C1，从运算放大器A之3脚输入，运算放大器A作为音频前置放大电路，电位器VR1可以调节输入信号幅度。

1.2.2 双T网络组成的有源带阻滤波电路

经过运放A放大以后的音频信号从运放A的输出端(1脚)输出，单声道音频信号被分成两路，其中一路通过两个平行的阻容双T网络滤波器进入运放C的同相输入端，构成一个双T网络有源带阻滤波电路；另一路信号通过电位器VR2进入差动运放B的反相输入端。

双T网络有源带阻滤波电路由两个平行的阻容双T网络组成，如图5，每个双T网络各有一个低通滤波器和高通滤波器组成，电阻R4、R5以及电容C3构成第一个双T网络的低通滤波器，电容C6、C7以及电阻R12构成第一个双T网络的高通滤波器；同理，电阻R6、R7以及电容C4构成第二个双T网络的低通滤波器，电容C8、C9以及电阻R13构成第二个双T网络的高通滤波器。这两双T网络与运放C组成一个双T网络有源带阻滤波电路，利用上文公式4可求得每个双T网络的谐振频率：

两个双T网络平行工作，单声道全信号经过这两个双T网络后进入运放C的同相输入端，与运放C组成一个有源带阻滤波器后，将频率在6 kHz～250 Hz的信号衰减掉，形成仿真立体声的左声道信号，由耦合电容C13输出。

1.2.3 差模输入运算放大器

衰减掉6 kHz～250 Hz频率的信号一路经运放C输出，另一路信号通过耦合电容C5进入运放B的正相输入端。上文已提到运放A输出的全信号除一路进入两个双T网络外，另一路信号通过电位器VR2进入运放B，运放B以差动方式工作，称差动放大器，这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，这样右声道信号就是该运放正反相两个输入端(5脚和6脚)的差模信号，经过放大后由耦合电容C12输出，这样就从普通的单声道信号中得到了两个相异的信号。

1.2.4 制作

电位器VR2用于手动调节立体声度，可称为信号的均衡器；VR3用来调节左声道的增益；C3、C4的值可根据立体声的效果来选定。

2 结语

本文介绍的立体声仿真器电路，由于采用了运算放大器作为前置放大，故对信号源没有过多的要求，常见的音频输出电路皆可以接入该仿真器，对于电视机伴音、DV摄录机、采访机、录音笔等得到的单声道音频，接入本装置，音质可有相当明显的改善，只要调整的合适，有时可以达到接近真实的双声道立体声音响效果。本电路经过仿真软件仿真测试，可以得出正确的逻辑结论，表明电路结构、电气元件参数准确。