上一期的日新月異專欄中介紹了一只美國NS半導體公司新近發表的動態雜音消除系統(Dynamic Noise Reduction簡稱DNR)的IC。DNR是一種單端式(Single end)的消除雜音系統,可使用在任何播放系統的訊號路徑中,與互補型系統相較,其效果已經達到高品質的水準,但整個系統的複雜度和成本,都比互補型的低得多。
這個編號為LM1894的立體聲雜音消除系統用IC,在音頻範圍內運用時特性相當不錯,通常比較注意的參數像THD僅有0.05%,最大頻寬有50KHz,分離度最小-55dB,電源電壓範圍4.5~18V(對愈來愈講究音質的汽車音響也能很方便的應用)。完整的特性表見圖一。
IC內部簡介
LM1894內部的簡化構造見於圖二,它有兩個通路,一個是主訊號通路,位於圖二中的上半部,兩聲道的主訊號通路各自獨立,實際上電路可視為頻寬可控的低通濾波器,由gm放大器與積分電路構成,整格主訊號通路的電壓增益在截止頻率以下的部份是-1倍,以上的部份以-6db/Oct的斜率衰減。圖二中的下半部是控制訊號通路,它的作用在產生一個控制頻寬的訊號電壓,適當的頻寬限制使得人耳對音樂訊號中的雜音不敏感。控制訊號是左右聲道訊號內容合成的,並且同時控制著兩聲道的頻寬,以免擾亂訊源原有音像。控制通路中的第一個Op Amp.就是被接成「和」放大器(Summing Amp.或稱加法放大器),同時輸入兩聲道的訊號而只輸出一個和訊號。和訊號在送到下一級平坦電壓放大之前要先分壓,它的理由是:①控制電路的整個增益(從峰值檢波輸出)大約有60倍,為避免過荷必須先把訊號分壓②在分壓電路上同時設定好,在該雜音電平下使主訊號通路的頻寬為最低(指未有音樂訊號時)。控制通路中最後一級是峯值檢波器,它輸出一個相應於訊號峯值的直流電壓,進而控制主訊號通路中的gm放大器(經電壓→電流轉換電路),而達到改變頻寬的目的,gm放大器的頻寬靈敏度是22.5Hz/μA。
線路詳析
完整的兩聲道雜音消除系統電路示於圖三,FM立體聲解調副載波19KHz訊號的線波器已包含在內,以下將就圖三中各零件值決定與線路動作性能之影響逐一分析。
DNR系統的動作特性,簡單的示於圖四,可以給讀者一個較具體而明確的概念,控制電路根據座右聲道共同含有的訊號頻率與電平大小,產生最切適的電平去驅動主低通濾波器,使濾波器的轉折頻率點不停的在fcminIN與fcmax之間變化,使得任一瞬間S/N比都處在最大的情況下。依圖三的值所示fcmin與fcmax的值分別是800Hz即28KHz(典型值,圖一的特性即以圖三的值為參考),各零件數值及作用如下:
C1:0.1μ~100μ,作為電源電路穩定之用,能抑制電源電路的高頻振盪現象(若有的話)。
C2 C13:輸入交連電容,隔絕其兩端電路的直流電位,它與輸入阻抗(20KΩ)形成一個低頻轉折點,頻率是fc=½πCRIN,以1μ計算fc大約是8Hz。
C14:25μ~100μ增進IC本身電源漣波的排斥能力,在圖一中示出當C14=100μ時Power Rejection是-56dB。
C3 C12:0.0047μ,主低通濾波器中積分器的積分電容,它與gm放大器構成22.5Hz/μA的頻寬特性,變化其可變化最高和最低頻寬,因此其值的絕對精確度並不重要,而兩者的容量則應儘量相同。
C4 C11:輸出交連電容標準值為1μ,亦為隔直流用,它與下級電路的輸入阻抗亦構成一個低頻轉折點,是故下級電路之阻抗若低於20KΩ時,應考慮加大此容量。
C5:0.1μ,它與R1 R2之和形成一個低頻轉折點,頻率大約是1.6KHz(R1+R2=1KΩ),這是為避免低頻訊號的瞬間效應擾亂了控制電路的正常動作。
C6:0.001μ,它與第6腳的輸入阻抗(33KΩ標準值)形成一個轉折點,成為控制電路頻率加權(frequency weighting)的一部分,頻率大約是4.8KHz。
C8 R8 L8 CL:三者形成FM立體副載波陷波器,只在本電路於FM Tuner中時才用,C8為0.1μ,L8為4.8mH,適用的現成產品有日本TOKO(東光)的產品編號CAN-1A185HM,此時配用的CL為0.015μ,使用不同L8時,CL之值應適調整,使其諧振頻率為19KHz。R8標準值為100Ω。以上四個零件不用於FM時可以全部不用,C9直接跨在Pin⑧和Pin⑨之間。
C9:0.047μ,它與第9腳的輸入阻抗(700Ω標準值)形成一個轉折點,與C6的情形一樣,成為控制電路頻率加權的一部份,頻率亦為4.8KHz左右。
C10:設定控制電路中峯值檢波器的起動時間(Attack time),C10為1μ時TA≑0.5mS,TD≑60mS,請參閱上期文章。
R1 R2:這是接在控制電路中的「和」放大器之輸出端的串聯分壓電路,前曾言及,此分壓電路用以決定某訊源內容所含雜音階層之相應頻寬,分壓比的大小視訊源內容的雜音程度而定,但R1 R2兩者之和應恆為1KΩ,關於分壓比之決定,後文將有詳細討論。
製作概要
線路板的圖樣和零件配位分示於圖五、六,PC板已設計了C8 R8 L8 CL四個零件的位置,還有R3 R4的位置,這兩個併聯在輸出端電阻的作用,是當DNR系統以開關切換時可避免切換之瞬間產生脈衝,其值也應視下級電路之阻抗而增減。
R1 R2設計成一個半固定電阻,以便利使用不同訊源之調整,必要把它設定於面板上時,亦可藉PC板上的三個孔直接接出去。
作為監視控制電路中控制電平大小的電路亦包含在PC板上,其線路圖則示於圖七,是一個簡單的電壓比較器,以一個雙Op Amp.包裝的八腳IC MC1458構成,前一個Op Amp.接成電壓隨耦器,其高輸入阻抗接到LM1894第十腳監視其電壓。後一個Op Amp.接成比較器,當②腳電壓大於③腳上的設定電壓時LED就點亮。這個電路便於用來設定R1 R2的值。
PC板的輸入出接線利用小機箱系列的三端子Molex Pin來接駁。電源部份由於是採用單電源,利用Pro-30的電源板稍修改,即可得到穩定的+8電壓,電源電路零件示於圖八。
電路內的電容質材,屬於訊號路徑部分的最好採用PP、PS或金屬化塑膠膜之品種(方形白色外殼),C13 C11 C4 C2 C5 C6 C9用金屬化薄膜型,C8 C12 C3 CL用PS或PP質,C1用PE PP或鉭質;C14用鋁質;C10用鉭質,電阻只有少數幾個不妨全用金皮型的,這樣的安排能使音質效果達到最佳的程度。
接線與調整
DNR可以單獨使用在FM調諧器中或錄音座的放音電路中,若與一部完整的前置放大器相接時,系統接線示於圖九,
通常它是插接在訊源選擇開關和平衡/音量之間,若利用服務部小機箱系列中的2002來裝,可接在EXT PATCH之處或另加一開關。線路上需要調整的部分主要是R1 R2的分壓比,由於R1 R2之和必須保持1KΩ,因此使用1KΩ半固定電阻是最適合的,適當的調整這個分壓比要藉助圖七的線路,圖七中MC1458的③腳上經由分壓電阻分壓後大約有1.3V的直流電壓。調整R1 R2的時候,先饋入一個沒有訊號的雜音源(例如空白錄音帶的放音或FM調諧器之節目空檔──不是沒有電台處),調整R1 R2的分配直到LED剛點亮為止。由於這個調整工作旨在給主低通電路一個最低頻寬,因此與訊源中雜音成分的多寡有很大關係,如果不是專用的(譬如放在Tuner或Deck中),而是放在前置放大器中時,恐怕要把它設定在面板上,以便隨訊源而調整,才能得到最佳效果。
結語
由於本電路的效果使用在各種訊源中都很合適,業餘者裝置起來也十分簡單,本刊計畫在九月下旬供應本套件,包括PC板、IC、精選的電阻電容、L8、和必要的接頭接線,有興趣者請留意下期服務部專欄或來電聯絡。
轉載音響技術第69期SEP. 1981 DNR雜音消除系統實作/莊 仲
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