一種音頻放大系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種音頻放大系統(tǒng)，該音頻放大系統(tǒng)包括音頻放大裝置和音頻播放設(shè)備；所述音頻播放設(shè)備與音頻放大裝置連接，所述音頻放大裝置包括依次連接的單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊、DSP數(shù)字功放模塊和信號(hào)采集模塊，所述單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和通道選擇后輸出到DSP數(shù)字功放模塊；所述DSP數(shù)字功放模塊用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行音效處理，并經(jīng)功率放大后輸出，所述信號(hào)采集模塊用于采樣DSP數(shù)字功放模塊輸出信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度，并將采樣結(jié)果輸出至單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊。本實(shí)用新型的音頻放大系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)音頻終端、平板電腦等音頻播放設(shè)備由于音頻格式不同造成的音箱失真問題。
【專利說明】
一種音頻放大系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子產(chǎn)品與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種音頻放大系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速增長(zhǎng)，云音樂、云語音服務(wù)等技術(shù)的普及，使原來傳統(tǒng)單一的音源類型變得復(fù)雜多樣化，如互聯(lián)網(wǎng)音樂、智能手機(jī)、智能家居、平板電腦、車聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等終端產(chǎn)品的音頻等逐步成為主流。而由于節(jié)目源的編碼格式繁多，輸出的音源幅度、動(dòng)態(tài)差異很大。導(dǎo)致現(xiàn)階段技術(shù)的音響與之無法很好匹配，特別是聲音比較大時(shí)，音箱出現(xiàn)削頂失真，如采用現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓縮DRC技術(shù)的音箱，雖然能減少削頂失真，但音箱的動(dòng)態(tài)被壓縮了，導(dǎo)致音箱音質(zhì)變差。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，不同的音源的類型變得復(fù)雜多樣化， 音頻的輸出幅度、動(dòng)態(tài)差異很大，而現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓縮技術(shù)的音箱采用瞬態(tài)檢測(cè)信號(hào)峰值的方法，以此為依據(jù)，調(diào)整功放的增益及音量來減少削頂失真，但會(huì)帶來聲音的延遲及動(dòng)態(tài)的壓縮，讓音樂無法真實(shí)還原。無法適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有的相關(guān)產(chǎn)品的所有不足，本實(shí)用新型提出一種音頻放大系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)音頻終端、電智能手機(jī)、平板電腦等音頻播放設(shè)備由于音頻格式不同造成的音箱失真問題。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本實(shí)用新型所提供的一種音頻放大系統(tǒng)，包括:音頻放大裝置和音頻播放設(shè)備;所述音頻播放設(shè)備與音頻放大裝置連接，所述音頻放大裝置包括依次連接的單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊、DSP數(shù)字功放模塊和信號(hào)采集模塊。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻放大裝置還包括模擬信號(hào)輸入模塊和數(shù)字信號(hào)輸入模塊，所述模擬信號(hào)輸入模塊、數(shù)字信號(hào)輸入模塊分別和音頻播放設(shè)備及單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊連接。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述DSP數(shù)字功放模塊包括采樣自動(dòng)偵測(cè)單元、串行控制單元、可編程控制單元和數(shù)字功放單元，自動(dòng)偵測(cè)模塊及串行控制模塊分別與可編程控制模塊連接，可編程控制模塊與數(shù)字功放模塊連接。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻放大裝置還包括濾波器模塊和揚(yáng)聲器模塊，所述濾波器模塊分別與DSP數(shù)字功放模塊的輸出端和揚(yáng)聲器模塊連接。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻放大裝置還包括偏置電壓模塊，所述偏置電壓模塊一端接地，另一端連接揚(yáng)聲器模塊。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻放大裝置包括是音箱、智能家居、電視聲棒、智能穿戴產(chǎn)品或無線音箱，所述音頻播放設(shè)備包括音響、家電設(shè)備互聯(lián)、通訊設(shè)備、手機(jī)、平板電腦或PC。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本實(shí)用新型的音頻放大系統(tǒng)通過采用自動(dòng)偵測(cè)瞬態(tài)信號(hào)幅度與時(shí)間周期，加上數(shù)字功放反饋給數(shù)字采集模塊的電壓值，經(jīng)MCU與DSP模塊計(jì)算平均值，當(dāng)瞬態(tài)幅度超過預(yù)設(shè)的門限電壓時(shí)，根據(jù)判斷結(jié)果，由單片機(jī)發(fā)送串行控制指令，啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)整增益、頻響與音量大小降低輸出失真。
[0014]2、本實(shí)用新型音頻放大裝置有與之匹配的控制模塊，只要安裝有該控制模塊的音頻播放設(shè)備，不管與其連接的設(shè)備是音響、家電設(shè)備互聯(lián)、通訊設(shè)備、手機(jī)、平板電腦、PC等， 盡管輸入信號(hào)幅度過大或太小，都可以使與其連接的自適應(yīng)低失真音頻放大終端保持低失真、低噪聲及動(dòng)態(tài)不被壓縮的高保真輸出，使適合各種編碼格式、幅度參差不齊的網(wǎng)絡(luò)音樂格式，大大提尚了首響系統(tǒng)的首質(zhì)。【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的音頻放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的音頻放大系統(tǒng)的流程圖。
[0017]附圖標(biāo)記:100-音頻放大裝置；101-模擬信號(hào)輸入模塊；102-數(shù)字信號(hào)輸入模塊； 103-單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊；104-DSP數(shù)字功放模塊；105-濾波器模塊；106-偏置電壓模塊；107-揚(yáng)聲器模塊；108-信號(hào)采集模塊;200-音頻播放設(shè)備；201-控制模塊；1041-采樣自動(dòng)偵測(cè)單元;1042-串行控制單元;1043-可編程控制單元;1044-數(shù)字功放單元?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0019]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。
[0020]參閱圖1所不，所述首頻放大系統(tǒng)包括首頻放大裝置100和首頻播放設(shè)備200;所述音頻播放設(shè)備200與音頻放大裝置100連接并輸出音頻信號(hào)到音頻放大裝置100,所述音頻放大裝置100對(duì)接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)和低失真的放大處理后輸出；所述音頻放大裝置100包括模擬信號(hào)輸入模塊101、數(shù)字信號(hào)輸入模塊102、單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊 103、DSP數(shù)字功放模塊104、濾波器模塊105、偏置電壓模塊106、揚(yáng)聲器模塊107和信號(hào)采集模塊108。[〇〇21]所述模擬信號(hào)輸入模塊101、數(shù)字信號(hào)輸入模塊102分別和音頻播放設(shè)備200及單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103連接，用于接收音頻播放設(shè)備200輸出的音頻信號(hào)，經(jīng)MCU內(nèi)部高精度計(jì)算或模數(shù)轉(zhuǎn)化后計(jì)算電壓幅大小，并分別對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行通道隔離和信號(hào)緩沖后輸出到單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103;所述單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103與DSP 數(shù)字功放模塊104連接，用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和通道選擇后輸出到DSP數(shù)字功放模塊104;所述DSP數(shù)字功放模塊104與濾波器模塊105連接，用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行音效處理，并經(jīng)功率放大后輸出至濾波器模塊105進(jìn)行濾波處理。[〇〇22]所述DSP數(shù)字功放模塊104包括采樣自動(dòng)偵測(cè)單元1041、串行控制單元1042、可編程控制單元1043和數(shù)字功放單元1044;自動(dòng)偵測(cè)模塊1041及串行控制單元1042分別與可編程控制單元1043連接，可編程控制單元1043與數(shù)字功放單元1044連接;單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103輸出的音頻信號(hào)經(jīng)DSP數(shù)字功放模塊104內(nèi)的采樣自動(dòng)偵測(cè)單元1041采樣， 經(jīng)內(nèi)部高精度、鎖相環(huán)路跟蹤信號(hào)瞬態(tài)幅度，利用外部輸入?yún)⒖夹盘?hào)控制環(huán)路內(nèi)部震蕩信號(hào)的頻率與相位，檢測(cè)瞬態(tài)輸入信號(hào)幅度，并輸出至可編程控制單元1043,可編程控制單元 1043將信號(hào)進(jìn)行音效處理后輸出給數(shù)字功放單元1044,串行控制單元1042與單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103連接，用于控制數(shù)字功放單元1044對(duì)音頻信號(hào)增益至合適音量后輸出至濾波器模塊105。采樣自動(dòng)偵測(cè)單元1041還用于判斷信號(hào)幅度是否小于預(yù)設(shè)閥值，如果信號(hào)幅度小于預(yù)設(shè)閥值則通過單片機(jī)與數(shù)字處理器模塊103串行控制模擬信號(hào)輸入模塊101 和數(shù)字信號(hào)輸入模塊102進(jìn)入省電模式，降低噪聲及節(jié)省能耗。[〇〇23]所述濾波器模塊105與揚(yáng)聲器模塊107連接用于對(duì)數(shù)字功放單元1044輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行濾波平滑處理，將PWM(脈沖寬度調(diào)制)載波及高頻雜波濾除，留下有用信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器模塊107還原聲場(chǎng)。
[0024]所述揚(yáng)聲器模塊107用于將電能信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲能輸出。所述信號(hào)采集模塊108分別與濾波器模塊105和單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103連接，用于采樣濾波器模塊105輸出信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度后，將采樣結(jié)果輸出給單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)一步處理。
[0025]所述偏置電壓模塊106—端接地，另一端連接揚(yáng)聲器模塊107，偏置電壓模塊106在揚(yáng)聲器模塊107負(fù)級(jí)與地之間施加偏置電壓，降低揚(yáng)聲器模塊107在開關(guān)時(shí)出現(xiàn)由于DSP數(shù)字功放模塊104輸出兩端之間存在直流電壓差產(chǎn)生的開機(jī)沖擊聲，使信號(hào)能夠高保真輸出給揚(yáng)聲器模塊107。[〇〇26]單片機(jī)與數(shù)字處理器模塊103分別接收來自從模擬信號(hào)輸入模塊101和數(shù)字信號(hào)輸入模塊102的前端輸入信號(hào)，以及信號(hào)采集模塊108采集后級(jí)的濾波器模塊105輸出信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度，通過單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器103內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)前端輸入信號(hào)進(jìn)行整形、濾波，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓對(duì)比，通過編程軟件將瞬態(tài)信號(hào)幅度與基準(zhǔn)電壓比值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并判斷瞬態(tài)信號(hào)幅度是否超過預(yù)設(shè)值，如果瞬態(tài)信號(hào)幅度沒超過預(yù)設(shè)幅度，則控制 DSP數(shù)字功放模塊104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整頻率響應(yīng)及放大后直接輸出；如果瞬態(tài)信號(hào)幅度超過預(yù)設(shè)值，則取前端輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)信號(hào)幅度與信號(hào)采集模塊108采樣的瞬態(tài)信號(hào)幅度的平均值，根據(jù)可編程單片機(jī)平均值算法判斷信號(hào)平均幅度是否超過預(yù)設(shè)值，如果信號(hào)平均幅度沒有超過預(yù)設(shè)值，則控制DSP數(shù)字功放模塊104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整頻率響應(yīng)及放大后直接輸出；如果信號(hào)平均幅度超過預(yù)設(shè)值，并且達(dá)到預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間，則通過串行控制單元 1042發(fā)送串行控制指令控制數(shù)字功放單元1044啟動(dòng)自動(dòng)增益控制，調(diào)節(jié)音量衰減器至合適輸出功率后輸出，達(dá)到自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境低失真的目的，防止失真與保護(hù)揚(yáng)聲器模塊107不會(huì)被損壞。[〇〇27]在信號(hào)平均幅度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)與數(shù)字處理器模塊103通過串行控制單元 1042發(fā)送串行控制指令控制數(shù)字功放單元1044啟動(dòng)自動(dòng)增益控制與音量衰減器后，在信號(hào)平均幅度回到預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)與數(shù)字處理器模塊103通過串行控制單元1042發(fā)送串行控制指令控制數(shù)字功放單元1044恢復(fù)不衰減狀態(tài)，確保音頻動(dòng)態(tài)不被壓縮。
[0028]所述音頻放大裝置100可以是音箱、智能家居、電視聲棒、智能穿戴產(chǎn)品或無線音箱。
[0029]所述音頻播放設(shè)備200可以是音響、家電設(shè)備互聯(lián)、通訊設(shè)備、手機(jī)、平板電腦或 PC，所述音頻播放設(shè)備200輸出的音頻信號(hào)包括無線wifi信號(hào)。
[0030]所述音頻播放設(shè)備200包括一個(gè)控制模塊201，所述控制模塊201與音頻放大裝置 100匹配，通過無線連接可以實(shí)現(xiàn)同步調(diào)整音頻放大裝置100的均衡器、音量大小或者播放網(wǎng)絡(luò)音樂功能，只要是安裝有所述控制裝置201的音頻播放設(shè)備200,不管輸入的音頻信號(hào)幅度過大或太小，都可以使與其連接的音頻放大裝置100保持低失真、低噪聲及動(dòng)態(tài)不被壓縮的高保真輸出，使之適合各種編碼格式、幅度參差不齊的網(wǎng)絡(luò)音樂格式，大大提高了音響系統(tǒng)的音質(zhì)。
[0031]參閱圖2所示，所述的音頻放大裝置進(jìn)行音頻放大的過程，包括以下步驟:
[0032]S1:模擬信號(hào)輸入模塊101和數(shù)字信號(hào)輸入模塊102接收音頻信號(hào)并經(jīng)過通道隔離和信號(hào)緩沖后輸入到單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103;[〇〇33]S2:單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103接收到前端輸入信號(hào)后，對(duì)前端輸入信號(hào)進(jìn)行通道選擇、模數(shù)轉(zhuǎn)換和頻率響應(yīng)調(diào)整，判斷前端輸入信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度是否超過預(yù)設(shè)值，如果前端輸入信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度沒有超過預(yù)設(shè)值，執(zhí)行步驟S3;如果輸入信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度超過預(yù)設(shè)值，執(zhí)行步驟S6;[〇〇34]S3:將音頻信號(hào)輸出至DSP數(shù)字功放模塊104,數(shù)字信號(hào)處理器模塊103控制DSP數(shù)字功放模塊104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整頻率響應(yīng)及放大后直接輸出；[〇〇35] S4:濾波器模塊105對(duì)DSP數(shù)字功放模塊104輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行濾波平滑處理，將 PWM載波及高頻雜波濾除后輸出到揚(yáng)聲器模塊107,并分別執(zhí)行步驟S5及步驟S8;
[0036]S5:信號(hào)采集模塊108采樣濾波器模塊105輸出信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)幅度，并將采樣結(jié)果輸出給單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊103;[〇〇37]S6:數(shù)字信號(hào)處理器模塊103取前端輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)信號(hào)幅度與信號(hào)采集模塊108采樣的瞬態(tài)信號(hào)幅度的平均值，根據(jù)可編程單片機(jī)平均值算法判斷信號(hào)平均幅度是否超過預(yù)設(shè)值，如果信號(hào)平均幅度沒有超過預(yù)設(shè)值，執(zhí)行步驟S3;如果信號(hào)平均幅度超過預(yù)設(shè)值，并且達(dá)到預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間，執(zhí)行步驟S7;[〇〇38]S7:數(shù)字信號(hào)處理器模塊103通過串行控制單元1042發(fā)送串行控制指令控制數(shù)字功放單元1044啟動(dòng)自動(dòng)增益控制，調(diào)節(jié)音量衰減器至合適輸出功率后輸出，執(zhí)行步驟S4;
[0039]S8:揚(yáng)聲器模塊107接收音頻信號(hào)，并將電能信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲能后輸出，實(shí)現(xiàn)低失真、 大動(dòng)態(tài)的音響效果。
[0040]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種音頻放大系統(tǒng)，其特征在于，包括:音頻放大裝置(100)和音頻播放設(shè)備(200); 所述音頻播放設(shè)備(200)與音頻放大裝置(100)連接，所述音頻放大裝置(100)包括依次連 接的單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊(l〇3)、DSP數(shù)字功放模塊(104)和信號(hào)采集模塊(108)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻放大系統(tǒng)，其特征在于:所述音頻放大裝置(100)還包括 模擬信號(hào)輸入模塊(101)和數(shù)字信號(hào)輸入模塊(102)，所述模擬信號(hào)輸入模塊(101)、數(shù)字信 號(hào)輸入模塊(102)分別和音頻播放設(shè)備(200)及單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器模塊(103)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻放大系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP數(shù)字功放模塊(104)包括 采樣自動(dòng)偵測(cè)單元(1041)、串行控制單元(1042)、可編程控制單元(1043)和數(shù)字功放單元 (1044)，自動(dòng)偵測(cè)模塊(1041)及串行控制模塊(1042)分別與可編程控制模塊(1043)連接， 可編程控制模塊(1043)與數(shù)字功放模塊(1044)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻放大系統(tǒng)，其特征在于:所述音頻放大裝置(100)還包括 濾波器模塊(105)和揚(yáng)聲器模塊(107)，所述濾波器模塊(105)分別與DSP數(shù)字功放模塊 (104)的輸出端和揚(yáng)聲器模塊(107)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻放大系統(tǒng)，其特征在于:所述音頻放大裝置(100)還包括 偏置電壓模塊(106)，所述偏置電壓模塊(106) —端接地，另一端連接揚(yáng)聲器模塊(107)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻放大系統(tǒng)，其特征在于:所述音頻放大裝置(100)包括音 箱、智能家居、電視聲棒、智能穿戴產(chǎn)品或無線音箱，所述音頻播放設(shè)備(200)包括音響、家 電設(shè)備互聯(lián)、通訊設(shè)備、手機(jī)、平板電腦或PC。
【文檔編號(hào)】H04R3/00GK205657830SQ201620286406
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日 公開號(hào)201620286406.5, CN 201620286406, CN 205657830 U, CN 205657830U, CN-U-205657830, CN201620286406, CN201620286406.5, CN205657830 U, CN205657830U
【發(fā)明人】許惠斌
【申請(qǐng)人】深圳市三諾數(shù)字科技有限公司