多点频率均衡器

在现代音响设备中出现了一种叫做多点频率均衡器的新型音调调节电路。由于它与以往的两点式音调调节器相比有许多优点，因此在中高档收录机、扩音机中得到迅速推广，深受用户欢迎。本文介绍一种实用的五点频率均衡器电路，供读者在制作中参考。

以往的两点式音调调节器有以下一些主要缺点：

1．不能在整个音频范围内对多点频率进行所需要的修饰加工：图1是两点式音调调节器的控制特性，从图中可见它是以1KHz作为参考点对高、低音进行调节，只有100Hz和10kHz两点可以提升到+10dB或衰减到-10dB，对其他频率不能按照听者要求进行提升或衰减，只能按图1所示音调网络的频率特性提升或衰减。例如图中的300Hz只能提升或衰减±6dB。

2．降低了整机信噪比指标：从图1中看到两点式音调调节器不但对整机频响特性以内的频率进行提升，对整机频响特性以外的频率也提升了。调幅广播信号的频率范围只有60Hz～6000Hz；普及型盒式录音机的整机频响特性指标也只有125Hz～6.3kHz。使用两点式音调调节器会使上述频响特性以外的噪音也被提升，降低了整机信噪比。为此有些音响产品不得不另设高低音切除电路，以便将频响特性以外的噪声切除掉。

多点频率均衡器的控制特性如图2所示（5点频）。它能够根据不同房间的声学特性以及不同听者的听感要求修饰音色。它在以下几个方面比两点式音调调节器有突出的优点。

1．提高音质：能够在整个音频范围内分段调节整机的频率特性，以改善不同节目源的还原效果。例如不少乐器的泛音在10kHz以上仍有十分丰富的频率成分，这些频率成分的真实还原对保持原乐器的音色有十分重要的作用。然而由于各人的录音机性能不同，经过多次翻录之后，磁带上记录的节目中8kHz以上的频率成分已被大大衰减，为了真实还原这部分频率成分可以提升10kHz频率点。又如语言的声谱能量密度集中在300Hz～4000Hz，翻录过程中在原节目上附加了一些低频干扰，使用多点频率均衡器适当衰减100Hz或330Hz就可以减轻这些干扰，使话音清晰动听。又如在欣赏进行曲时适当提升100Hz、330Hz频率就可以增加乐曲的雄壮感。

2．改善信噪比：例如使用普及型唱机放音时常会因唱片翘曲不平等原因引起调制交流声。使用多点频率均衡器适当衰减100Hz频率就可以减轻这种干扰杂声。又如盒式磁带经过反复拷贝之后噪声大增，放音时明显听到“咝咝”声，使用多点频率均衡器衰减10kHz频率，即可减轻这种噪声。

3．弥补听音环境的声学缺陷：大家知道放音时声波会在房间内多次反射，由于各人的房间内家俱摆布不同，就会使不同频率的声波形成驻波。形成驻波的声音在房间内的某些点上出现峰点或谷点。峰点处声压增高，谷点处声压降低，破坏了房间内音响效果的均匀性。一般10～30平方米的房间出现驻波的频率约在100Hz至300Hz之间。这种由于驻波而引起的声波峰、谷点，使用两点式音调调节器是无法补救的。多点频率均衡器则可以弥补这种欠缺。因此影院、剧场等放音质量要求较高的场合都备有专用的多点频率均衡器尽可能减少驻波，以便使整个剧场听音效果达到最佳。

多点频率均衡器实质上是一种具有谐振特性的带通滤波器，它由多个不同谱振频率（或称中心频率）的谐振式带通滤波电路组合而成。

大家知道一个电感和一个电容就可以组成串联或并联谐振电路。但是电感和电容均能使信号产生相位失真。而且电感、电容对信号的瞬态响应也不好。当电感量要求较大时线圈的体积就很大，为了减小体积给线圈加铁芯又容易产生磁饱和，导致动态范围变小，谐波失真增大。因此在高保真放大器中尽量避免使用带铁芯的电感元件。

多点频率均衡器中使用的电感是用运算放大器制作的模拟电感。它是利用运算放大器的输出端与同相输入端之间引入电容并联正反馈之后其输入阻抗呈感性这一特性来实现模拟电感的。如图3所示运算放大器的输入端就等效为一个电感L和一个电阻R\(_{0}\)的串联。其Y点至地的输入阻抗为Zi=R\(_{2}\)+jωR1R\(_{2}\)=R0+jωL。因此它的Q值（也即谐振曲线的形状）由R\(_{2}\)大小决定，它的电感量L由CR1R\(_{2}\)的乘积决定。

图4是谐振频率为f\(_{0}\)=\(\frac{1}{2π}\)\(\sqrt{LC}\)=1;2πR1R\(_{2}\)C1C\(_{2}\)的单频等效L、C串联谐振电路与放大器联接在一起的例子。当控制电位器滑臂移至a点时，放大器输出的信号中以f0为中心的一个频带受到衰减（如图5横轴下曲线），当电位器W滑臂移至b点时，由于运算放大器K\(_{1}\)对以f0为中心的频带负反馈量减小，从而使以f\(_{0}\)为中心的频带得到提升（如图5横轴上的曲线）。在模拟电感中R1、R\(_{2}\)数值固定的情况下，选择不同数值的C1、C\(_{2}\)就能得到不同谐振频率f0的等效L、C串联网络。将几个不同谐振频率的等效L、C串联网络，仿照图4的方式组合在一起就构成多点频率均衡器。常见的有5点频、7点频、9点频等多点频率均衡器。

图7是用三只国产SF324运算放大器制作的双声道5点频均衡器电原理图。图6是SF324的内部方框图每只SF324中有4个运算放大器，3只SF324共有12个运算放大器。图7中IC\(_{34}\)和IC31分别充当左右通道放大器，每通道的另5只运算放大器与相关的电阻电容等元件组成5个模拟电感。下面简要介绍一下这个电路。以左通道为例，信号经R\(_{1}\)、R3分压，再经C\(_{1}\)、R5耦合至IC\(_{34}\)的同相输入端（12脚），R7为静态偏置电阻，C\(_{3}\)用来抑制高频噪声干扰。R11、C\(_{5}\)是补偿元件用来消除寄生振荡。R13是放大器的负载电阻。被修饰后的信号从放大器输出端14脚经R\(_{45}\)、C37耦合输出。

运算放大器IC\(_{32}\)、IC24、IC\(_{23}\)、IC14、IC\(_{13}\)是用来充当模拟电感的。以IC33为例，它与C\(_{7}\)、C9、R\(_{15}\)、R17组成一个以100Hz为中心频率的等效L、C串联谐振网络，L=R\(_{15}\)·R17·C\(_{7}\)·C9。R\(_{15}\)同时作为IC33的静态偏置电阻。谐振网络的Q值由R\(_{17}\)决定。C11为补偿电容。当控制电位器W\(_{1L}\)的滑臂移至b点时放大器IC34对100Hz信号的负反馈减小，从而使100Hz信号得到提升。当控制电位器W\(_{1L}\)的滑臂移至a点时，谐振网络对100Hz信号阻抗最小而被衰减。相同道理IC24、IC\(_{23}\)、IC14、IC\(_{13}\)与相关元件分别组成中心频率为330Hz、1kHz、3.3kHz、10kHz的等效L、C谐振网络。调节W2L、W\(_{3L}\)、W4L、W\(_{5L}\)就能分别对以330Hz、1kHz、3.3kHz、10kHz为中心频率的各个频带进行提升或衰减。

右通道的原理与左通道雷同。

这里应该说明图7与图4的接法略有不同。在图4中均衡器是接在放大器的输出端，而图7中均衡器接在放大器的输入端，作用原理是一样的。

图8、图9是前述5点频率均衡器的印制板图。该均衡器共需12个运算放大器，可使用上海无线电七厂生产的SF324四运放集成电路。音调控制电位器W\(_{1L}\)与W1R、W\(_{2L}\)与W2R……使用100kΩ直线型推拉式双联同步电位器，同步误差要求在±1dB之内。其他阻容元件无特殊要求，参照图6标注的数值准备元件即可。

该均衡器采用分装插件式结构，电位器参照图9安装在一块印板上，其他元器件参照图8安装在另一块印板上。它们之间通过两只7脚插头座（图8、9中的T\(_{a}\)、Tb和Z\(_{a}\)、Zb）用导线连接。图8中元器件布局为对称形式，不仅装配中便于对照也有利于左右通道特性的一致性。在安装无误的条件下，将各电位器滑臂置于中间位置，便可进入调试阶段。接通电源后首先测量各集成电路的静态工作点，数值如附表所示。如果静态工作点正常则可进入交流调试。音频信号发生器输出1000Hz、500mV信号至均衡器左路输入端，均衡器左路输出端用晶体管是伏表监视，当各电位器处于中间位置时，输出信号应为470mV左右，以此时的输出电压作为基准电平（0dB）。拨动对应于1000Hz的控制电位器滑动臂，提升或衰减的幅度应在±10dB左右。在保持信号发生器输出电压幅度不变的情况下，先后送100Hz、330Hz、3.3kHz、和10KHz信号至均衡器左路输入端。每次拨动相应的控制电位器，控制范围均应达到±10dB。右路调试方法相同。

调试好的均衡器指标应达到如下数值：

控制能力不小于±10dB；失真度应小于0.3％；信噪比应大于60dB；声道分离度大于50dB。

上述指标均在电位器滑臂处于中间位置时测量。（曹大明）