直流偏置音频信号

电器工程 声音的 直流 偏见
2022-01-11 05:02:10

我已经看到了向音频信号添加直流偏置的几种不同方法。我模拟了它们,它们都给了我相似的结果,但我不明白为什么选择 A 而不是 B 或 C。我的音频源将是 Line Level Audio -2V 到 +2V AC,通过 220uF 耦合帽,然后一个低通滤波器(RC,2 极)。该信号将由 ADC 读取。

第一种方法是使用分压器: 简单偏置电路

在此处输入图像描述

这是不言自明的,我理解它是如何工作的。我也看到过使用二极管的相同设计,但找不到示例。

下一个示例:如何使用 ATMega328 读取音频信号?- 图片来自 endolith 的回答。

在此处输入图像描述

我看到的另一个是:我不太了解这个FET-BJT前置放大器电路

原理图是用于前置放大器的,有 2 个版本,都添加了偏置。

在此处输入图像描述

我的问题是向音频信号添加偏差的最佳做法是什么?向信号添加直流偏置的其他方法有哪些?

编辑/更新:查看答案 - 使用第二个看起来最适合我的应用程序,使用类似这样的东西。我还能做其他改进吗?其他稳定 Vref/电源轨。

在此处输入图像描述

3个回答

不要使用第一个电路。电源上的任何噪声或尖峰都会与您的信号混合。因为偏置点直接连接到信号,所以如果不滤除信号,就无法滤除电源噪声。

一定要使用第二个电路。它产生一个与地紧密耦合的中点电压,因此直流分量是电源的一半,但交流分量(噪声和尖峰)被电容器滤除。但是,这不是一个完整的电路,您仍然需要将其连接到您的信号。

这就是你想要做的

简单的直流偏置

输出与输入相同,只是向上移动了 2.5 V。输入上的电阻确保电容器的输入侧在连接外部电路时已经处于 0 VDC 偏置,以防止“砰”的声音(如果电压突然从 2.5 V 跃升至 0 V)。交流耦合帽输出侧的电阻器将该侧偏置到直流偏置电压。如果您的电路已经有一个干净的低阻抗直流偏置电压源,请连接到该电压源。否则,您可以使用电路 #2 来生成偏置,如下所示

显示交流信号直流偏置的电路

(不过,模拟需要很长时间才能达到直流偏置值。 点击“查找直流工作点”菜单项来解决它。

直流偏置电压由分压器和电容器产生,以滤除电源噪声。请注意,如果您对多个信号使用相同的 Vbias 点,它们可能会通过该点进行串扰。较大的偏置电容可减少串扰。较大的耦合电容可改善低频响应。但是如果它们太大,当你拨动电源开关时,它们将需要很长时间才能充电。

第三张图不是偏置电路;这是一个麦克风前置放大器。

最简单的方法是您链接到的第一张图片。它会完成这项工作,但对您的应用程序有很大的影响。如果您的电源线上有任何噪声,噪声将被添加到您尝试测量的信号中。

第二种方法与第一种方法几乎相同。与第一种方法相比,它的一大优势在于电源线上的噪声不会对信号本身产生太大影响。

第三种方法是过度杀死您想要做的事情。它旨在提供更高的功率输出,但由于您只是使用 ADC 读取它,因此没有理由需要它。

第一个电路是简单的电阻分压器,是迄今为止最简单、最快和最便宜的解决方案。它也是大多数音频电路使用的解决方案。除非您想要专业音频级别的性能,否则这是我推荐的方法。

“正确”的解决方案是拥有一个处于偏置电压的单独电源轨。通过隔直电容运行您的音频信号,然后将电阻连接到偏置电源轨。这种方法比简单的电阻分压器具有更少的噪声和谐波失真——尽管性能差异只对专业音频领域的人很重要,对大多数人来说不值得打扰。

对于普通电路而言,“正确”解决方案值得麻烦的一种情况是 ADC 本身提供偏置电压轨。一些 ADC 会输出该电压,您所要做的就是使用它。这很好,因为您可以获得比任何其他解决方案更好的精度。但是,有时我会遇到问题,我必须从 ADC 获取此输出并通过基于单位增益运算放大器的缓冲器运行它,以便它具有正常工作的驱动强度。

您提到的其他两种解决方案都可以,但我不会打扰。它们有些微调,并没有提供简单电阻分压器或“正确”解决方案提供的任何重要好处。