新一代智慧型手機具備多種娛樂功能,如MP3播放器、掌上型遊樂器、照相機、錄影機以及行動電視等,並可導入各種可攜式裝置。基於上述音效需求,立體聲喇叭可讓手機帶來高品質聲光效果,成為手機不可或缺的基本配備。
立體聲喇叭優勢在於相同單聲道音頻輸入等級下,可提供額外的6dB輸出量,而噪音輸出等級卻不會依6dB等比例增加,這樣的做法可提供消費者更優秀的聲頻訊號與雜訊比。由於手機體積十分有限,使得兩個喇叭置放距離有所限制,且會靠的很近。立體聲喇叭如置放位置靠得太近,音道分離能力便會減弱,導致兩個喇叭無法產生立體聲效果。美國國家半導體(NS)的3D聲頻子系統可增加左右通道的分離效果,因此擴大立體聲輸出音效。而且,具備3D增強效果,可把遭受影響的非立體聲重現立體聲音效。
立體聲聲頻子系統為一個包含立體聲聲頻喇叭,並加入耳機與3D增強裝置的放大器。這個裝置具有立體聲喇叭及耳機驅動功能。當電源電壓達5伏特時,立體聲喇叭最大輸出量可達到1.3瓦。當每個通道在8Ω負載下,且負載降至3Ω時,則可支援每個通道達2.1瓦輸出量,而且耳機能在32Ω負載下輸送高達80毫瓦 (mW)至每個通道。子系統則利用兩個獨立的控制接腳來控制停機和3D開關,其操控方便、設計簡單,並且可提供耳機檢測功能。
每個耳機檢測電路端口設計採用不同要求,聲頻子系統會提供兩個獨立耳機控制輸入接腳。耳機感應檢測輸入須一個常規立體聲耳機插孔配合。剩餘耳機邏輯輸入允許使用標準邏輯電平控制(表1)。
在立體聲聲頻子系統耳機檢測控制接腳加入一個邏輯電平,將A類放大器(+Out)和B類放大器(+Out)關閉到靜音,也就是把橋式輸出關閉到靜音,當應用單端輸出時,可把靜態電流減低。
剖析立體聲耳機聲頻技術
圖1顯示如何實做立體聲聲頻子系統耳機控制功能,當耳機尚未插入耳機插座時,R11~R13分壓電路在耳機檢測接腳,如接腳20,檢測到一個約50毫瓦電壓,這50毫瓦電壓使A類放大器和B類放大器把立體聲聲頻子系統橋式輸出加以驅動。當立體聲聲頻子系統以橋式輸出模式運作時,負載潛在直流應是0伏特。因此即使在高標準條件下,輸出也不會造成錯誤。當耳機插入耳機插座時,插座內部會把–OUTA連接切斷,允許R13牽引耳機檢測電壓,並上拉到低電源電壓。此時,立即啟動耳機功能,關閉AB類放大器,使喇叭橋式輸出關閉。且放大器繼續驅動耳機,耳機阻抗與外部電阻R10和R11相差很遠,電阻對立體聲聲頻子系統輸出驅動影響則可被忽略,原因是典型耳機阻抗為32Ω。
圖1也顯示耳機插座電源連接方法,該插座配有三線插頭,插頭尖端與套圈應當各負載兩個輸出訊號的其中一個。還有第二個輸入電路能控制橋式或單端模式選擇,此輸入控制接腳稱為耳機邏輯輸入。當耳機邏輯輸入較邏輯電平高時,立體聲聲頻子系統將會以耳機模式運作。當耳機邏輯輸入較邏輯電平低時,且耳機檢測接腳較邏輯電平低時,立體聲聲頻子系統會在橋式輸出模式下進行。上述模式運作時,耳機邏輯輸入較邏輯高電平低,且耳機檢測輸入較邏輯高電平低,耳機可直接連到單端輸出,此時,橋式與單端輸出將會同時運作。如當8Ω與32Ω並存時,運算放大器輸出,將能驅動喇叭和耳機負載,且不會影響立體聲聲頻子系統運作。有些聲頻放大器不能承受低負載,對立體聲聲頻子系統,當喇叭降到3Ω不會構成問題。
採用立體聲聲頻子系統驅動喇叭和耳機負載是簡單易行的。只有耳機邏輯接腳用於控制橋式輸出/單端輸出操作,且耳機檢測接腳與接地連接時,該配置才會發揮作用。
在增強3D效能運作採用交叉投入技術,其他通道加上本通道特定比例的反相180度訊號。
左擴音器輸出的聲頻訊號為:左輸出=(左輸入-右輸入×比率),右擴音器輸出的聲頻訊號為:右輸出=(右輸入-左輸入×比率)。R3D和C3D兩個外部元件組成3D增強效應的交叉網路,此網路也會產生濾波函數效果,並且能控制截止頻率,3D效應在特定的截止頻率予以生效,其中,公式則是為f3D(- 3dB)=1/2P(R3D)(C3D)R3D設置的3D效應數量要素,並且降低R3D值,因此,會增加3D效應數量,另外R3D則是會以倍增因數增加進行輸出訊號。另外,3D邏輯電平是基於0.7瓦低電源電壓設計,當3D控制接腳等於邏輯電平「0」時,採用R2與R8為增益反饋電路。由於3D增強功能未開啟,另一個頻道不會產生任何訊號,演算方式如下:
頻道A增益=2(R2/R1)
頻道B增益=2(R8/R9)
當3D控制接腳等於邏輯電平「1」時,可採用R3、R4、R7或者R8做為增益反饋電路。此外,3D效應採用交叉投入技術,可充當一個高通濾波器 (HPF)的R5、C7和C3D,是3D增強交叉網路的程序塊。由於3D效應只在高頻率時產生,所以輸入頻率須高於電阻電容耦合(RC)網路-3dB才能啟動3D效應,當輸入頻率不足以啟動RC網路時,反饋通道應如同典型通道。
另外,當輸入頻率小於-3dB時,頻道A增益=(R3+R4)/R1;頻道B增益=(R7+R8)/R9。當輸入頻率高於-3dB時,3D網路將被啟動,且瞬間交叉投入效應進行操作。R3D為設置3D效應數量的要素,如降低R3D值將引起3D效應增加,另外由於R3D(R5)和C3D(C7)是一個高通濾波器,當改變R3D(R5)值時,-3dB也將同時改變。
另一方面,有關–3dB點以下頻道A增益=2((R3+R4)/R1)=2(2)=4,當輸入=250毫伏,輸出電壓=250毫伏×4=1伏特。在兩個輸入相差為180度時,交叉投入網路有一個附加的增益。另外,有關(1+20K/R5)倍增因素將引起增益增加,所以大於-3dB的高頻率,增益如下:
當3D效應啟動時,把R5設置為20k將導致增益以(1+20k/20k)=2dB或6dB倍增因素而增加。根據實驗室測量結果,會發現當輸入頻率低於 3.6kHz時,輸出電壓為1伏特,當頻率高於3.6kHz時,輸出會增至1.5伏特。當試圖將R3D從20k降低至10k時,–3dB將保持不變。
當R1=R3=R4=R7=R8=R9=10K、R3D=R5=10K&C3D=C7=4,700pF、輸入電壓=250毫伏時:
–3dB點以下的頻道A增益=2((R3+R4)/R1)=2(2)=4:當輸入=250毫伏、輸出電壓=250毫伏×4=1伏特,在兩個輸入差異為 180度時,交叉投入網路會增加一個附加增益。另外,(1+20K/R5)倍增,當輸入頻率高於–3dB時,以上公式才會生效,所有高頻率的增益如下:
3D數量也取決於許多因素,如喇叭放置與收聽者距離。因此,建議嘗試R5(R3D)和C7(C3D)各種數值,以呈現3D效應如何在應用程序中工作。且當 3D模式啟動時,R3和R4、R7和R6的設置僅用於增益控制。當抑制3D模式時,增益由R2和R8設置。此外,輸送至8Ω喇叭的0.5瓦輸出功率的有效響應,則是影響喇叭效率因素,喇叭效率分級:0.5瓦功率適用於喇叭,以喇叭之前10公分聲壓級(SPL)進行區分。典型的10毫米喇叭在85dB和 95dB聲壓級之間,響應也遭受喇叭助聲箱設計的影響。