自家音响低音不带劲?教你用音频运放电路解决问题
如果你的音乐系统中没能产生足够的低音 ,那么你可以考虑使用这个简单的DIY电路 来增强低音。本项目中,我们将用TDA2030来设计一个低音放大 电路。TDA2030作为音频功放 能产生14W的输出,用到另一个TDA2030后输出可至30W。
所需元器件
1.音频插孔 x 1
2.TDA2030 x 1
3.电阻100kΩ(3),4.7kΩ(1),10Ω(1)
4.电容100mf(1),0.1mf(2),2.2mf(2),22mf(1)
5.二极管 IN4007 x 1
6.扬声器 x 1
7.电池 12V(或直接使用SMPS)
8.22kΩ可变电阻 x 1
TDA2030的特点和引脚细节
TDA2030可以在9V到24V以及0.08的总谐波失真下工作。它能产生18W的输出。以下是它的俯视图和引脚图 。
电路图以及工作原理
以上是TDA2030放大器电路的电路图。我们将一个2.2uf电容与TDA2030的同向输入端串联,此处的作用的高通滤波。这样的话就只允许高频音频信号的通过。引脚2和4之间有一个电阻(R4)。这个反馈电阻用于获取增益。如果反馈电阻选取不合适的话,整个低音放大器都无法正常工作。
在电路图中,电阻(R1)和电容(C2)串联在TDA2030的引脚2上,目的是为了抑制音频信号中的噪音 。3号引脚接地。TDA2030的输出端与一个2200uf的电容串联,让放大后的信号传到扬声器中去。5号引脚有一个100kΩ的电阻,其作用是分压偏置。该电路能够输出12W。我们可以用4到6Ω的扬声器。如果我们用散热 器来减少TDA2030的高温的话,效果会更好。
至于音量 调整则取决于22kΩ的可变电阻。将音频信号线与可变电阻的任意一端相连,然后将中间引脚连接到C1电容并作为运放的信号输入,而剩下的一端直接接地。通过改变可变电阻的阻值,我们可以调整TD2030低音电路的音量。IN4007二极管用于避免IC极性互换从而烧坏,而两个电容C7和C6则用于消除电源 中的噪声。电阻R6和C5同样可以消除扬声器端的不必要噪声。
至于如何连接3.5mm的音频插孔,将一根线与插孔的接地引脚详解,另一个线接到左或右引脚。以下图片中的蓝线接地,黄线为音频信号。这个可以连接到手机 或者笔记本上的耳机接口 上。
Gary课堂 为什么“运放”如此影响声音?
如果你玩过HiFi,或许对“运放 ”有所耳闻,顾名思义它负责“运算放大”(operationalamplifier,巨长无比又难读的英文...),可以放大信号(增益),还能给信号做加减乘除微积分,以前经常被用在模拟计算机里,
但正如大家在用的电脑一样,现在都是数字计算机了,运放开始用到对运算力要求不太高、但对功耗有要求的东西上了,就比如“众所周知的直男交友神器”——音频设备。
等等?平常不都有功放嘛?运放在哪儿我怎么没见到过?
正如之前老张在《简单认识PC HiFi系统》(戳这里)中所说,一般音频系统都需要解码到功放的环节,
解码负责把电脑里的音频文件(数字信号)翻译成声音(模拟信号),而功放负责给解码输出的微弱信号来一针鸡血(功率放大),变成你能听到的声音。
而运放一般位于两者之间、又同时存在两者之中,它的作用非常多:
▌ 运放在解码中的作用
在解码 里的时候一般负责电流转换电压(IV),以及低通滤波器(LPF)。一般人耳的听力范围在20Hz~20kHz,但上回也说到(戳这里),音频文件一般都是44.1kHz,所以20kHz~44.1kHz这段人耳听不到的范围就是高频噪声,
但由于这些听不到的噪声经过一些非线性电路,会折回20KHz以内,变成听得到的噪声,所以在事情恶化之前我们要把噪声掐死在摇篮里,给它过滤掉,于是就需要包括运放在内的滤波设计了。
如果有所谓老烧对你说什么“很多超高低频声音人耳听不到但能感受到”那一定是在扯淡的,因为他们的设备早就过滤掉这些玄学声音了... 音频是科学不是玄学。
▌ 运放在功放中的作用
在功放 (耳放)中,最多的作用是作为输入缓冲器(buffer),做阻抗匹配用的。功能很简单,但为啥要做阻抗匹配呢?不匹配有啥坏处嘛?
运放在功放里主要用来解决和解码间的阻抗匹配,而不是和耳机音箱的匹配。如果不匹配,各种指标会变差,比如信号反射,会导致过冲、振铃、抖动等等,带来各种失真,
用一个词形容就是——难听。所以一般合格合理的功放都会做好阻抗匹配(甚至不需要用到运放)。
如果运放做积分运算,还能解码Delta Sigma信号,也就是烧友所说的解DSD(PDM信号)。它也可以用来做伺服稳压,功能多多。由于运放虽然放大增益不是很高,但失真很低、精度很高,所以常被用来处理小信号。
▌ 最新的芯片有多强?
玩过运放的老玩家都知道,这玩意儿对于声音的改变和换耳机一样,相当的直接。好的运放可以为整个音频系统带来质的飞跃,反之一款差强人意、或使用不得当的运放将会给系统带来灾难性的影响。
这两年最新也是最强的运放来自于ADI,全称Analog Devices,没错,就是和Intel他们一起制定AC97的那个公司,最近又是更新工艺、又是收购了Linear technology,又是出新品。
在数字信号处理方面,SHARC系列处理器用不到2W的功耗实现24GLOPS浮点性能,虽然和显卡动辄几TFLOPS完全没法比,但应付音频显然绰绰有余。目前最强的DAC解码芯片是AD5791、AD5781,指甲盖大小实现20bit精度。
今天老司机Gary要为咱们DIY音频爱好者安利的运放也是他们的新品ADA4625-1、ADA4625-2。(注意,这不是恰饭...只是ADI的东西几乎是垄断,我没得选)这芯片其实2018年初就发布了,只不过最近才投产,这种东西不像显卡CPU发布就能买这么快。
这俩芯片可以说是万金油(读起来非常拗口的非人话部分):
1、 从电源来说,36v的电压范围,允许单电源供电,轨到轨输出,便携设备和台式机通杀。
2、 1000pF的容性负载和600欧姆的阻性负载用在二房(耳放)行不行?(虽然是单位增益稳定运放,但容性负载较大时还是要注意一下极点补偿,详情见官方PDF)
3、 偏置电流和失调电流也就是几个pA,用在I/V转换行不行?
4、 700ns(0.01%)的快速建立时间,音乐味道绝对够劲!(有一款ADA4898,建立时间更快,但是偏置电流和失调电流大得多,以至于使用场合受限)
5、 3.3nV的电压噪声,超低失调电压,高达130db的共模抑制比,这家伙甚至还有抗电磁干扰抑制比?可以说声音一定会非常干净了!
6、 48v的压摆率,18M的带宽,声音绝对清晰!
7、 无相位翻转,单位增益稳定,可以说无论是什么电路都可以直接替代换上去用了!
这么多参数相信非专业玩家其实并看不懂说的是啥,你需要知道的只是“这些物理参数会影响你的听感(在心理声学上的表现)”就足够了。(要解释各种参数如何改变听感,至少又是篇成千上万字的论文,这里就不展开了)
总结一下: 单方面参数比这枚运放优秀的有很多,但往往偏科。有的运放速度快噪声大,有的运放使用场合受限,像ADA4625这样集综合实力以及“万用”于一体的运放,目前来讲是世界之最。
再一次的非人话(专业)部分:
在一个20bit直流精度不超过1INL/LSB的积分非线性测试当中,ADA 4625不会拖AD5791的后腿,而在阶跃响应中,ADA4625可以提供较完美的方波。方波对于音乐味道的影响可以在《Gary课堂 | 动听音乐从哪来?从CD到声波(DSP& ASP篇)》当中有说明,这里再次简单回顾一下:
给音频解码器测试一个冲击响应(方波也可以测得),那么含有pre-echo(Cirrus Logic官方称之为Pre-ringing)的音频设备通常会让声音立体感更强,声场更规则,因为通常情况下这种音频设备很少或不存在相位失真。但不含有pre-echo的音频设备通常拥有更自然更悦耳的声音,因为pre-echo这种东西是自然界不存在的。缺点则是不含pre-echo的设备通常会由于算法等原因造成相位失真,导致声音空间感被压缩,声音发闷,压抑。(那么苹果算法最独到的秘籍之一在于减少pre-echo的同时而尽可能不产生相位失真)典型的含有pre-echo的默认的DAC有AD1955、PCM1794、ES9018之流,不含有pre-echo的DAC典型的有AK4399等AKM系列,CS4398等CS系列,WM8741等Wolfson系列(现已被Cirrus收购)。但这些所有的DAC芯片,尤其是高端的Hi-Fi厂家都可以单独外接厂家自己的滤波算法,有些DAC内置了很多滤波算法的选择,通常这些都会改变他们的测试结果。
▌ 总结
在音频领域,ADA4625不会成为系统当中任何一部分的瓶颈,只会有过之而无不及,你可以放心大胆将原来的运放替换掉。
动手能力强的玩家可以自己操作,喜欢自己改机又不想动手可以请修手机的师傅帮忙操作。改机请注意区分单、双运放以及脚位。
最后最后,告诫广大玩家千万不要在某宝上面买运放,水可太深了!有很多看似高端大气上档次吹得有声有色的铁壳运放,都是廉价ADI/BB/TI/Linear的运放磨片封装...(比SSD那种黑片还黑)鱼目混珠卖超高价。
我们平时都在Mouser(贸泽)、Digi-Key(得捷)、Element14(e络盟)、云汉芯城这些正规采购平台买的,价格反而没有料想中的贵,比如老张之前买三洋9S这种神扇也是这上面买的。
Gary课堂 | 动听音乐从哪来?从CD到声波(DSP& ASP篇)
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