电子信息工程毕业设计：立体声音响电路的设计.doc

1、 本科 毕业设计 立体声音响电路的设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 随着科学技术的提高，人类对着音响的重放效果有更高的要求，立体声音响技术的普及与提高就显得尤为重要。而且伴随着音响产品的家庭化，则需要大多数人了 解一些简单的音响电路原理与知识，以便电子爱好者们读懂相关设计，打造个更具特色的音响设备。同时可作为个人爱好来制作简单的立体声音响，提高自己的实践与创新能力。本课题就是介绍立体声音响的基本组成、原理与制作。 立体声音响相比传统音响产品具有可以改善声音的播放质量、增加声音的层次感和临场感、还原声音的音色音质等许多优点，因此它曾在

2、音响产业红极一时。时至今天，立体声、高保真、数字音响产品任在市场上各占一片天。未来立体声音响技术应会像多声道，高质量方向发展，话筒，耳机等外围器件的技术提高必然使立体声音响发展到一个新的 高度。 一个立体声音响系统，包括声音的输入，前置放大和音频的控制调节，功率放大与扬声器输出。相关电源电路，保护电路也是必须加的。整个电路完成后须调试、仿真以及 PC 板的制作。相关设计时要注意项目给定参数，各级放大增益，器件型号与参数的选取都要满足设计要求，才能使设计更完美。 论文中首先介绍了立体声技术的发展状况以及发展趋势，及音响电路的设计思想；详细阐述了系统的构成、功能，接着给出了相关的硬件电路及产品结构

3、。双声道立体声音响电路设计起来结构简单，思路明了，所用元器件较少，制作 PC 板方便，所以论文中主要介绍 两声道立体声音响电路。 关键词： 立体声；音响电路； Multisim 10；功率放大 ABSTRACT With the development of technology， people pay more attention to the sound reproduction. So the popularity of stereo is particularly important. And along with the family of audio products, most

4、people need to know some simple audio circuit theory and knowledge in order to read e-related design enthusiasts to create a more unique sound equipment. At the same time as an individual enthusiasts to create a simple stereo to improve their practice and innovation. The thesis describes the basic c

5、omposition of stereo sound, principles and production. Compared to the traditional stereo audio products can improve the sound playback quality and increase the level of sound and sense of presence, to restore the sound quality sound and many other advantages, so it was a smash hit in the audio indu

6、stry. Today, the market is still stereo, high fidelity, digital audio products for the mainstream products. Future technology should be like a stereo multi-channel, high-quality direction, microphones, headphones and other peripheral devices and technologies that will bring the stereo sound to a new

7、 level. A stereo sound system is a sound input, preamplifier and audio control and regulation, power amplifier and speaker output of several parts. Related to power, the protection circuit is also necessary. After completion of the entire circuit debugging, simulation, and PC board production. Relat

8、ed design projects to the attention of a given parameter, all levels of amplification gain, the device model and parameter selection must meet the design requirements in order to make the design more perfect. Paper introduces the development of stereo technology and trends, and the audio circuit des

9、ign; Detail the structure and function of the system, then give the related hardware and product structure.Two-channel stereo audio circuit design up a simple structure, and the use of fewer components, making easy PC board, so the paper focuses on two-channel stereo audio circuits. Keywords： Stereo

10、； audio circuit； Multisim 10； power amplifier 1 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 课题设计 . 3 1.2.1 课题设计的内容 . 3 1.2.2 本课题设计思路 . 4 1.2.3 立体声音响系统的简介 . 4 1.3.3 家用音响系统 . 5 第 2 章 立体声音响电路的基本原理 . 6 2.1 立体声音响电路的组成 . 6 第 3 章 立体声音响主要技术指标及测试方法 . 11 3.1 额定功率 . 11 3.2 频率响应 . 11 3.3 音调控制特性 . 11 3.4 输入阻抗 . 11 3.5 输入灵敏度

11、. 11 3.6.噪声电压 . 11 3.7.整机效率 . 11 第 4 章 立体声音响电路的设计 . 13 4.1 电源部分 . 13 4.2 语音放大器 . 13 4.3 混合前置放大器 . 14 4.4 音调控制器 . 15 4.5 功率放大器 . 16 第 5 章 立体声音响电路的仿真 . 18 5.1 语音放大器 . 18 5.2、混合前置放大器： . 19 5.3、音调控制电路 . 20 5.4、功率放大电路 . 22 2 第 6 章 立体声音响电路参数的测试 . 24 6.1 各级电路静态特性的测试 . 24 6.2 各级单元电路 电压放大倍数的测试 . 24 6.3 额定功率

12、POMAX和输入灵敏度 VS的测试 . 24 6.4 音调控制特定的测量 . 24 6.5 频率响应特性的测 试 . 26 结 论 . 28 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 29 附录 音响电路 PCB 图 . 30 1 第 1 章 绪论 1.引言 21 世纪是一个科技高速发展的时代，人们视、听、读、写都已经逐步实现数字化，专业化。作为组成人们日常生活的重要组成部分，语音技术的革新，声音音的传播，接收，还原，放大等各项技术的飞速发展，正在逐步改变我们的生活。我们可以清 晰听到六十年前新中国成立时的欢呼，也能在地球的两极立即辨别出亲人的嘘寒问暖，可以使各色噪杂的声音组合成优美的乐

13、章，也可在喧哗的闹市灵敏的扑捉到一丝有用的话语。音响技术的发展让我们能更好的展现声音的魔力，让我们成为生活的魔法师。下面我就来具体介绍立体声音响技术能给我们带来什么。 立体声系统和单声道系统相比较，最大的特点在于立体声系统产生的声像能比较真实地反映实际声源原来的位置，而单声道系统仅带来声音来自扬声器的感觉。之所以会产生这样的差异，跟据人耳对方位的判断原理 当声音频率较低时，根据双耳听到声音的时间差来 判断；当声音频率较高时，根据双耳听到声音的强度差来判断；对低频信号，两耳听到声音的相位差，以及人头不对高频信号的掩蔽作用使高频分量衰减而使两耳听到的音色有差异差异。由于这些差异，人类通过人的听觉系

14、统能够本能的感觉出立体声。而立体声音乐就是在重放时能够保持音乐厅演奏时乐队展开感、宽度感、听音的空间和一定程度音乐包围感。也就是说，人在欣赏立体声音乐时，可以听出每件乐器的准确位置，因而它的重放效果是在听众面前展现整个舞台。 以下是关于立体声的一些基本概念： 立体声：是指一种声音的还音系统，声音传递给听众时至少要通 过两个通道，用以产生音源位置和深度的感觉。 德 波埃效应是立体声系统定向的另一基础。德 波埃效应的实验是：放置左、右声道两只音箱，听者在两只音箱对称线上听 声 音，给两只音箱 送 入不同的信号，可以得到以下几个定论： （ 1）如 给两只音箱馈入相同的信号，即强度级差 0，时间差 0

15、，此时只 能 感觉到一个声音，且 可知 来自两只音箱的对称线上。 （ 2）而 两只音箱的强度级差 不为 0，此时 听着 感觉声音 会 偏向较响的音箱，如果强度级差 大于 或 等于 15dB， 则 感觉声音完全来自较响的那一只。 （ 3） 如果强度级差 0，但 是 两 只音箱的时间差 不为 0，此 刻 感觉声音 会 向先到达的那只音箱方向移动。 当 时间差 大于等于 3ms 时， 听着 感觉声音 会 完全来自先到达的那只音箱 的 方向 。 那么，当 大于等于 3ms 时，感觉声音完全来自先到达的那只音箱方向。 构成立体声最主要的因素，第一要有立体声音源；第二 要有立体声的声场；第三是人耳的双耳效

16、应。 双声道立体声：它是两个声音通道，在听众面前重现原来声源的方位和距离的立体声技术。通常把两个独立的扬声器，分别放在听众的左前方和右前方，使听众能够听到左右分明的并且有移动感觉的立体声节 目。它的信号源，可以是立体声唱片、立体声磁带、立体声广播。这些信号源分离为 “左 ”“右 ”声道信号，经过两个独立的放大器放大，分别送到左、右两个扬声器放声。 四声道立体声：它是四个声音通道，给听众重现四周声源的方位和距离的立体声技术。通常用四个独立的扬声器，分别放在听众的左前、右前、左后、右后四个位置上，使听众有2 更大空间感和临场感。它的信号源有四声道唱片、四声道磁带、四声道广播。这些信号源产生四套分离

17、的信号，经过四个独立的放大器，分别送到四个扬声器放声。 环绕立体声：当四通路系统的每条通路均载有原始信号（ 而非 环境声）时产生的一种声音效果。环绕立体声使听众有直接处在演员 “ 中间 ” 的感觉。 立体声系统：一种放声系统，其中的多个话筒、传输通道和扬声器安排得能给收听者一种声源立体分布的感觉。 立体声分离度 ：它 表示立体声音响系统中 的 左、右两个声道之间的隔离度，实际上反映了左、右两声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰 过 大，那么重放声音的立体感将 会减弱。 立体声平衡度 ： 表示立体 声 放音系统中左、右声道增益的差别，如不平衡度过大，重放的立体声 的声像地位 将 会 产生偏移

18、 。 高品质音响系统的立体声平衡度应小于 1dB。 高保真：高保真 的英文原词是 High-Fidelity,简称 Hi-Fi。声频设备能如实地反映声音信号的本来面貌，就叫高保真。 高保真度： 1、指能使系统再现的声音几乎和原来的声音一样的性能。 2、声音重现时使收听者听起来感到几乎和原来声音一样的完美程度，称高保真度，英文缩写 Hi-Fi。 由此可知，立体声声道越多，扬声器用的越多，相应的声音效果就越好。但由于，技术和市场等多方面的因素，多声道的立体声技术至今仍只用在某些特定的领域，日常生活中我们所接触最多的依旧是比较成熟的双声道立体声技术。结合现代音响技术，立体声音响已能带给 我们非常不同

19、的听觉感受。 音响技术从 1906 年电子管发明以来，经一个多世纪的发展，不管是硬件技术，还是软件技术、控制技术都已经趋于成熟。人们可以利用简单的电子管实现声音的放大，也可利用现今大规模的集成技术制作微型便携式音频设备。 音响英文为 Audio,意为播放音乐的电子装置。 音响大概包括功放、周遍设备（包括压限器、效果器、均衡器、 VCD、 DVD 等）、扬声器（音箱、喇叭）调音台、麦克风、显示设备等等加起来一套。其中，音箱就是声音输出设备、喇叭、低音炮等等 。 音响技术的发展历史可简单概括为以下四个阶段： 电子管 1906 年美国人德福雷斯特发明真空三极管， 从而 开创了人类电声技术的先河。 1

20、927 年贝尔实验室发明了负反馈技术 之后 ，使音响技术的发展 开始 了一个崭新的时代，有代表性的如威廉逊放大器， 比 较成功地运用了负反馈技术，使 音频 放大器的失真度大大降低。上世纪 50年代，电子管放大器的发展达到了一个高 峰 ，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润 且有质感， 至今仍为发烧友所偏爱。 晶体管 上世纪 60 年代晶体管出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真 度 、较宽的频 率 响 应 及动态范围等特点。 集成电路 上世纪 60 年代初，美国首先推出集成电路，到了 70 年代，集成电路以其质优价廉、体积

21、小、功能多等特点，逐步被音响界所 接受 。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用 在 音响电路。 场效应管 3 上世纪 70 年代中期，日本生产 了 第一只场效应功率管。由于场效应功率管具有电子管纯厚、甜美的音色以及动态范围达 90dB、 THD 0.01（ 100kHz 时）的特点，很快在音响界适用开来 。现 如 今的许多放大器都采用了场效应管作为末级输出 。 总的来说，立体声音响就是要让收听者有立体感，有真 实感。就如同看立体声电影一样，演员在高山顶上唱歌 ,观众会感到这歌声确是由远处空间飘摇而来 ;当影片放映到群众欢呼场面时 ,犹如从观众厅四周而起 ,使人有身临其境的感受。

22、 听声音时所以能分辨声音的方向和先后次序 , 是由于我们有两只耳朵的缘故。如果左前方响起音乐 , 频率又很高 ,那么左耳离声源较近 ,声音先传到左耳 ,然后才传到右耳 ,同时传向右耳的声音有一部分被人头反射回去。因而右耳听到的声音就比左耳弱。两只耳朵对声音感觉的这种微小差别 ,传到大脑神经中 ,就使我们能判断声音的方向和强弱次序等。因此 ,只要把各种不同声源 的空间位置反映出来 ,使人能听到各方面声源的发音 ,便富有立体感。 立体声技术是运用几个分开的声道 , 来传送、记录和重放不同的声音讯号的。如一个乐队在音乐厅的舞台上演奏时 ,舞台上布置一排传声器 (话筒 ),每一个传声器都连接到各自的放

23、大器上 , 然后用导线将放大后的变化电流传到另一个房间内的一排扬声器上去。如果这些扬声器的布置同音乐厅里传声器的布置一一对应 ,那么 ,坐在这个房间内的听众所感受的声音 ,就同在音乐厅里直接听到的声音一样 ,能分辨出各乐器的位置 ,富有立体感。这就是“多声道”立体声传音系统。 宽银幕立体声 电影采用的是 4个声道传音 , 实际上用 3个声道 , 甚至双声道也能基本上体现立体声的效果 。一个舞台上用 3 个相距不太远的传声器 , 分别通过 3 套放大器和扬声器放出来 ,当演员在舞台上由左向右边走边唱时 ,其他地方的听众也会感到好像演员就在自己面前一样。 不管是立体声技术的发展还是音响技术的提高，

24、最终目的还是让我们听到的机器重放之声能更符合我们的听觉习惯，更贴近我们的心理。如今音响技术已发展为一门专门的学科，我们若能了解多一些这方面的知识，在以后家庭、工作、生活中理解使用音响，关注了解某一电音的特点，提高我们的审美情趣 、生活质量都是很有帮助的。能把所学的理论知识用到社会生活中，也是很有意义的。 基于我们在大学所学的课程，如电子技术基础（数、模电），电力电子技术，电气控制与PLC,传感器与检测技术，以及自动控制理论等。制作一个双声道立体声音响电路还是有一定的挑战的。从声音的原理到后期 PC 板的制作，需要查阅很多的资料，花大量的时间。了解到关于立体声音响的这些原理后，我对这个电路整体上

25、有个大致的理解，思路也变得清晰了些。接下来我就来谈谈具体立体声音响该怎么制作吧。 1.2 课题设计 1.2.1 课题设计的内容 设计一套实现立体声 输出的音响电路，主要任务： 在设计与制作中应了解集成功率放大器内部电器工作原理，掌握其外围电路的设计制作与主要性能参数的测试方法。提出设计总框图，细化分析各部分功能及器件选择，通过 Protel DXP 软件绘制原理图、 PCB 板的生成，电路的仿真。 立体声音响电路主要技术指标 额定功率： P0=0.5W 负载阻抗： RL=10 4 频率响应 ： fL fH=50HZ 20kHZ 负载阻抗 ： Ri 20k 音频控制特性 ： 1kHZ 处增益为

26、0dB， 125HZ和 8kHZ 处有 12dB 的调节范围， AuL=AuH20dB。 1.2.2 本课题设计思路 图 1.1 音响电路结构框图。为 实现这个过程还需要滤波电路、电源电路、电平指示电路，单片机按键、显示电路等。在后续的设计中写成。在设计与制作过程中在了解集成功率放大器内部电器的工作原理，掌握外围电路的设计制作与主要参数的测试方法；掌握音响电路与小型电子线路系统的装调技术。 图 1.1 音响电路组成框图 1.2.3 立体声音响系统的简介 立体声音响电路与普通音响电路的主要区别在于电路传输声道不同。要实现具有空间感（方位感和深度感）的声音重现，必须在 原先单声道系统上在增加一个以

27、上的传声通道。因为单声道系统由于只用一条传输通道，一个扬声器放音，无论扬声器发出的声音多丰满，给我们耳朵的感觉都是一个点声源。而从一个点声源发出的各种声音以及他们所产生的混响声、反射声等，都来自同一个方向，及扬声器方向。虽然声音的大小和音色的不同可以产生某种程度的深度感觉，但不会有声群分布的方位感、展开感。因此就会觉得声音贫乏单调、单薄肤浅。即使将声音信号送入多个扬声器进行放音，但由于重放的都是没有差异的信号，故实质上依旧属于单声道系统。 实现立体声重现，至少需要两个声道。当然声 道越多，声音立体效果越好，然而考虑到实用性，我们一般用双声道就能达到不错的效果。双声道立体声系统消除了放声的钥匙孔

28、效应，与单声道系统相比，无论在音质的改善和临场感的加强方面，以及如实地重现实际声场中各个声源的方位和空间分布方面都有很大的进步。一般来说，双声道立体声放音有如下几个特点： （ 1）增强声像分布感：立体声放音能让人感到声像分布在一个较宽的范围，从而声音的空间感和临场感明显增加，这是立体声重放最为突出，最易感觉到的特点。 （ 2）能真实的重现移动声像：在重放移动声源的节目时，能重现出边唱边走动的声像，还能再现诸如飞机在头顶上空盘旋声及火车由远而近的一些特殊的立体声效果，从而明显地增加了节目的渲染力和艺术感。 （ 3）提高声音的清晰度：由于立体声使人感到声源来自不同方向，不像单声道集中于一点重放出来

29、，减轻了各乐器声音间的掩盖作用，特别可减轻那些声级高的乐器对声级低的乐器的掩盖作用，因此清晰度得到很大的提高。用立体声系统重放一个展开的乐队演出时，使每件乐器的重放声像分布开来，人们会利用听觉的方向判别能力分别听清楚每件乐器的演奏声。可见，立体声重放的清晰度明显优于单声道。 (4) 改进声部平衡：立体声可借助声 像位置的安排，使得那些“独”的声部得到突出，话 筒 语音放大级 MP3 输入 混合前置放大级 音频控制级 功率放 大 级 5 又使整个节目保持较自然、接近实际情况的声部平衡。 （ 5）降低背景噪声影响：在立体声重放系统中，重放出来的噪音声像将被分布到各个方向上，相比之下，背景噪声等也比

30、单声道重放时感觉弱很多。 音响系统的作用： （ 1）如实的重现原始声音。如实地重现原始声音，就是要保持原有音质，使人感觉不到反映原始声音质量的三要素有何畸变。虽然声音从录音开始就出现失真，但人们还是不断追求这一目标。 （ 2）如实的重现原始声场。室内声场是由声源、直达声、反射声和混响声构成的。直达声可以帮助听众判 断各种乐器的发声方位，反射声和混响声给人以空间感和包围感，感受音响气氛。 （ 3）能够对音频信号进行加工修饰。音频信号在录制、传输和重放过程中，不可避免会产生各种失真。因而，音响系统应该采取适当的措施进行均衡补偿和加工处理，已恢复原有音质。另外，音响系统经常用来播放音乐，也需要根据不同人的喜好对音频进行修饰美化，是声音更加优美动听。 1.3.3 家用音响系统 家用音响系统通常分为家庭音乐系统及家庭 AV 系统（ 图 1.2） 。家庭音乐系统又包括组合音响系统和高保真音响系统。一般的情况下，由于组合音响系统对元器件及电 路结构方面的要求较低，所以适合一般消费者使用。 图 1.2 组合音响的组成 前置放大 图示均衡器 电平指示 功率放 大 器 电 源 右音箱 左音箱 调频器 双卡录音座 电唱盒 激光唱片 传声器