專利名稱：Bppa數(shù)字音頻處理器及使用該處理器的音箱處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶通相位調(diào)節(jié)數(shù)字音頻處理器(BPPA)及使用該處理器的音箱處 理器，具體來說，涉及一種利用高速DSP (數(shù)字信號(hào)處理)芯片，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，即 利用多個(gè)分離的帶通濾波器分離出不同頻段的信號(hào)，對(duì)不同頻段的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，實(shí)現(xiàn)相 位偏離，再將各個(gè)分離的不同頻段的信號(hào)混合，實(shí)現(xiàn)不同頻段音頻信號(hào)的相位調(diào)節(jié)的技術(shù)， 以及使用該技術(shù)的音箱處理器。
背景技術(shù)：
在一個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中，影響最終音質(zhì)表現(xiàn)的主要瓶頸就是揚(yáng)聲器的失真，包括頻率 響應(yīng)失真和相位響應(yīng)失真等。在揚(yáng)聲器制造及系統(tǒng)擴(kuò)聲應(yīng)用中，大多關(guān)注頻率響應(yīng)失真， 對(duì)相位響應(yīng)失真關(guān)注較少，造成這種現(xiàn)象的主要原因是對(duì)相位響應(yīng)失真進(jìn)行調(diào)節(jié)的手段不 多，而且難以把握，另外，對(duì)揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)進(jìn)行校正時(shí)，如均衡器調(diào)節(jié)、高通濾波器調(diào) 節(jié)、低通濾波器調(diào)節(jié)等，都會(huì)伴隨著相位的偏移，造成相位響應(yīng)失真，即為了調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的 頻率響應(yīng)，往往就要犧牲揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)失真。目前，在擴(kuò)聲領(lǐng)域形成了普遍的共識(shí)，兩個(gè)頻率響應(yīng)完全相同的揚(yáng)聲器，在音質(zhì)表 現(xiàn)上卻不一定完全相同，甚至相差極大，這說明了影響揚(yáng)聲器音質(zhì)表現(xiàn)的因素不光只有揚(yáng) 聲器的頻率響應(yīng)，其中相位響應(yīng)也是一個(gè)很關(guān)鍵的因素，揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)，它表征的是揚(yáng) 聲器在不同頻率下的振幅還原?！捌教沟摹鳖l率響應(yīng)表明揚(yáng)聲器對(duì)不同頻率下的振幅還原 是相同的，但這是一個(gè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)，不能表現(xiàn)揚(yáng)聲器的瞬態(tài)特征，揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)，它表征 的是揚(yáng)聲器在不同頻率下震動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間，“平坦的”相位響應(yīng)，表明揚(yáng)聲器不同頻率下的 振動(dòng)還原是同時(shí)的，沒有提前也沒有滯后。由于揚(yáng)聲器單元的特殊特征，不同頻率的響應(yīng)時(shí) 間并不相同，往往高頻先響應(yīng)，低頻遲響應(yīng)，其特征完全表現(xiàn)在相位的響應(yīng)中。一般揚(yáng)聲器 高頻和低頻的相位響應(yīng)相差2周，有的甚至4周，對(duì)于一個(gè)IOOHz的信號(hào)和一個(gè)1000Hz的 信號(hào)，即使它們之間的響應(yīng)相差一周，由于IOOHz的周期為0. 01秒，IOOOHz的周期為0. 001 秒，以340米/秒的聲速計(jì)算，這兩個(gè)信號(hào)在空間上就相差340X0. 01-340X0. 001 = 3. 06 米，這樣，對(duì)于一個(gè)樂器的聲音信號(hào)，經(jīng)揚(yáng)聲器還原后，不同頻率的聲音在空間上具有很長(zhǎng) 距離的分散，其音質(zhì)表現(xiàn)當(dāng)然和原樂器的表現(xiàn)不一樣。因此，相同頻率響應(yīng)的兩只揚(yáng)聲器， 如果他們的相位響應(yīng)不一致，其音質(zhì)表現(xiàn)也不會(huì)相同。脈沖信號(hào)的還原能集中體現(xiàn)揚(yáng)聲器 的瞬態(tài)特征，瞬態(tài)特征好，則揚(yáng)聲器對(duì)音樂還原的層次感、明晰度及力度感都會(huì)得到提升， 因此，揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)也是音質(zhì)表現(xiàn)的一個(gè)重要參數(shù)。目前，國(guó)際上一些著名品牌的揚(yáng)聲器制造廠，也非常關(guān)注揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)，并采 用多種方法進(jìn)行調(diào)整。有的采用物理的方式，如修正揚(yáng)聲器箱體設(shè)計(jì)，優(yōu)化高音號(hào)角結(jié)構(gòu) 等，這種方式調(diào)整困難，而且難以把握；有的采用優(yōu)化揚(yáng)聲器處理電路的方式，如優(yōu)化分頻 電路設(shè)計(jì)，這種方式調(diào)整相對(duì)簡(jiǎn)單些，但調(diào)整的范圍幅度有限。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上的不足，本發(fā)明提供了一種對(duì)音頻信號(hào)輸入進(jìn)行相位響應(yīng)調(diào)整的BPPA 數(shù)字音頻處理器及使用該處理器的音箱處理器，它首先將輸入的音頻信號(hào)經(jīng)過η個(gè)帶通濾 波器按照不同的頻段分離為η路音頻處理信號(hào)，然后將所述每一路音頻處理信號(hào)分別輸入 η路延時(shí)器，再將η路延時(shí)器輸出的信號(hào)同時(shí)經(jīng)過nXl混音器進(jìn)行混合輸出，形成最后的音 頻信號(hào)輸出，其中η為自然數(shù)。所述每一路音頻處理信號(hào)的中心頻率為Fn，每一路延時(shí)器的延時(shí)量為Tn，對(duì)每一 路音頻信號(hào)調(diào)節(jié)的相位為Pn，Pn = (Tn + Fn) X 360。所述η的值大于64。本發(fā)明的音箱處理器，它采用上述BPPA數(shù)字音頻處理器。所述音箱處理器為單揚(yáng)聲器的音箱處理器，輸入的音頻信號(hào)依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng) 聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、用 于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于 保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和單揚(yáng)聲器輸出。所述音箱處理器為兩分頻的音箱處理器，音頻信號(hào)分兩路輸入，一路依次通過用 于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處 理器、高通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的 參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和高音揚(yáng) 聲器輸出；另一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲 器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、低通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于 調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅 器，再經(jīng)由功率放大器和低音揚(yáng)聲器輸出。所述音箱處理器為三分頻的音箱處理器，音頻信號(hào)分三路輸入，路依次通過用于 調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理 器、高通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參 量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和高音揚(yáng)聲 器輸出；另一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器 相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、帶通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào) 整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器， 再經(jīng)由功率放大器和中音揚(yáng)聲器輸出；第三路路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小 的增壓、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、低通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整 體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功 率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和低音揚(yáng)聲器輸出。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明基于DSP芯片設(shè)計(jì)，可以大范圍大幅度調(diào)節(jié)，而且操作 簡(jiǎn)單，而且適用于不同分頻的音箱處理器，對(duì)音質(zhì)的表現(xiàn)具有明顯的大幅提升；另外，本發(fā) 明利用多個(gè)分離的帶通濾波器分離出不同頻段的信號(hào)，對(duì)不同頻段的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，實(shí)現(xiàn) 相位偏離，再將各個(gè)分離的不同頻段的信號(hào)混合，校正揚(yáng)聲器本身的相位偏移，從而改善揚(yáng) 聲器的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)，減少了失真，極大提高了揚(yáng)聲器的音質(zhì)表現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明BPPA數(shù)字音頻處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明單揚(yáng)聲器音箱處理器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)字音頻處理器的調(diào)試與設(shè)置系統(tǒng)圖；圖4為本發(fā)明兩分頻音箱處理器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明三分頻音箱處理器結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。為了開發(fā)高品質(zhì)的揚(yáng)聲器，以滿足劇場(chǎng)、音樂廳、錄音棚等高品質(zhì)專業(yè)場(chǎng)所的擴(kuò)聲 要求，以及民用HiFi擴(kuò)聲要求，研發(fā)簡(jiǎn)單有效的揚(yáng)聲器相位響應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，利用高速DSP處 理芯片，可以達(dá)到預(yù)期的效果。如圖1所示，本發(fā)明的帶通相位調(diào)節(jié)BPPA數(shù)字音頻處理器其包括三大部分，分別 為η個(gè)帶通濾波器、η個(gè)延時(shí)器，以及一個(gè)ηΧ 1混合器，均在DSP處理器中搭建。其工作原 理如下首先將輸入的音頻信號(hào)經(jīng)η個(gè)帶通濾波器按不同的頻段分離為η路音頻信號(hào)，每路 音頻信號(hào)的中心頻率為Fn ；然后將η路音頻信號(hào)分別輸入η路延時(shí)器，每個(gè)延時(shí)器根據(jù)需 要設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)量Τη，對(duì)每路音頻信號(hào)調(diào)節(jié)的相位Pn，Pn = (Tn + Fn) X 360 ；再將η路延 時(shí)器輸出的信號(hào)同時(shí)輸入nXl混音器進(jìn)行混合輸出。這樣，可以對(duì)輸入的音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)不 同頻段的相位調(diào)節(jié)，各頻段之間的間隔大小由η的大小決定，根據(jù)人耳聽覺特性，對(duì)于全頻 段的音頻信號(hào)，η的數(shù)值最好大于64。帶通相位調(diào)節(jié)數(shù)字音頻處理器，簡(jiǎn)稱ΒΡΡΑ，可以應(yīng)用于各種類型揚(yáng)聲器的音箱處 理器中，從而優(yōu)化揚(yáng)聲器的瞬態(tài)特征，提升揚(yáng)聲器的音質(zhì)表現(xiàn)，其應(yīng)用主要有以下方面如圖2所示，本發(fā)明的應(yīng)用一使用BPPA數(shù)字音頻處理器的單揚(yáng)聲器的音箱處理 器，它包括增益、ΒΡΡΑ、延時(shí)器，參量均衡器和壓縮限幅器。增益用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲 壓大小，延時(shí)器用于調(diào)整揚(yáng)聲器的整體延時(shí)，參量均衡器用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特征， 壓縮限幅器用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器，BPPA用于調(diào)整揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)特性，音頻信 號(hào)最后進(jìn)過功率放大器和單揚(yáng)聲器輸出。BPPA的調(diào)試和設(shè)置系統(tǒng)詳見圖3，在揚(yáng)聲器處理 器前(Α點(diǎn))、揚(yáng)聲器處理器后(B點(diǎn))，以及測(cè)試話筒分別取信號(hào)，同時(shí)輸入給揚(yáng)聲器測(cè)量系 統(tǒng)，通過A點(diǎn)和B點(diǎn)信號(hào)的比較，得出處理器的傳輸頻率特性和相位特性，通過B點(diǎn)和C點(diǎn)信 號(hào)的比較，得出揚(yáng)聲器(含功率放大器)的傳輸頻率特性和相位特性。首先根據(jù)揚(yáng)聲器和 功率放大器的參數(shù)，設(shè)定揚(yáng)聲器處理器的壓縮限幅器，再通過調(diào)整揚(yáng)聲器處理器的參量均 衡器優(yōu)化揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)，最后根據(jù)A點(diǎn)和B點(diǎn)之間，以及B點(diǎn)和C點(diǎn)三點(diǎn)的相位響應(yīng)特 性，調(diào)整揚(yáng)聲器處理器的ΒΡΡΑ，用于優(yōu)化揚(yáng)聲器的相位響應(yīng)。調(diào)整結(jié)束后，通過A點(diǎn)和C點(diǎn) 的比較，可以得出經(jīng)處理后的揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)特性和相位響應(yīng)特性。由于參量均衡器和壓 縮限幅器的調(diào)整都會(huì)引起相位響應(yīng)的變化。因此，BPPA應(yīng)最后調(diào)試，其他參數(shù)調(diào)整后，BPPA 還需要重新調(diào)整。如圖4所示，本發(fā)明的應(yīng)用二 使用BPPA數(shù)字音頻處理器的兩分頻的音箱處理器， 它的構(gòu)成與單揚(yáng)聲器相似，音頻信號(hào)分兩路分別處理后輸入給音箱處理器，只是在高音揚(yáng) 聲器單元的處理鏈路中，在BPPA后增加一個(gè)高通濾波器，在低音揚(yáng)聲器單元的處理鏈路中，在BPPA后增加一個(gè)低通濾波器，BPPA的調(diào)試和設(shè)置跟單揚(yáng)聲器處理器的調(diào)試和設(shè)置相同。
如圖5所示，本發(fā)明的應(yīng)用三使用BPPA數(shù)字音頻處理器的三(多)分頻的音箱 處理器，其構(gòu)成和兩分頻的音箱處理器相似，只是在中音揚(yáng)聲器單元的處理鏈路中，在BPPA 后增加一個(gè)帶通濾波器，更多分頻的音箱處理器以同樣的方式遞推，BPPA的調(diào)試和設(shè)置和 單揚(yáng)聲器處理器的調(diào)試和設(shè)置相同。
權(quán)利要求
一種BPPA數(shù)字音頻處理器，其特征在于，輸入的音頻信號(hào)經(jīng)過n個(gè)帶通濾波器按照不同的頻段分離為n路音頻處理信號(hào)，然后將所述每一路音頻處理信號(hào)分別輸入n路延時(shí)器，再將n路延時(shí)器輸出的信號(hào)同時(shí)經(jīng)過n×1混音器進(jìn)行混合輸出，形成最后的音頻信號(hào)輸出，其中n為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BPPA數(shù)字音頻處理器，其特征在于，所述每一路音頻處理信 號(hào)的中心頻率為Fn，每一路延時(shí)器的延時(shí)量為Tn，對(duì)每一路音頻信號(hào)調(diào)節(jié)的相位為Pn，Pn =(Tn + Fn) X360。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的BPPA數(shù)字音頻處理器，其特征在于，所述n的值大于64。
4.一種音箱處理器，其特征在于，它包括上述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的 BPPA數(shù)字音頻處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音箱處理器，其特征在于，所述音箱處理器為單揚(yáng)聲器的音 箱處理器，輸入的音頻信號(hào)依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于 調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào) 整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器， 再經(jīng)由功率放大器和單揚(yáng)聲器輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音箱處理器，其特征在于，所述音箱處理器為兩分頻的音箱 處理器，音頻信號(hào)分兩路輸入，一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制 器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、高通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延 時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放 大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和高音揚(yáng)聲器輸出；另一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲 器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、低通 濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡 器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和低音揚(yáng)聲器輸 出o
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音箱處理器，其特征在于，所述音箱處理器為三分頻的音箱 處理器，音頻信號(hào)分三路輸入，一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制 器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、高通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延 時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放 大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和高音揚(yáng)聲器輸出；另一路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲 器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、帶通 濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡 器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再經(jīng)由功率放大器和中音揚(yáng)聲器輸 出；第三路路依次通過用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的輸出聲壓大小的增益控制器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器相 位響應(yīng)特性的數(shù)字音頻處理器、低通濾波器、用于調(diào)整揚(yáng)聲器整體延時(shí)的延時(shí)器、用于調(diào)整 揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性的參量均衡器以及用于保護(hù)揚(yáng)聲器和功率放大器的壓縮限幅器，再 經(jīng)由功率放大器和低音揚(yáng)聲器輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BPPA數(shù)字音頻處理器及使用該處理器的音箱處理器，該數(shù)字音頻處理器包括n個(gè)帶通濾波器、n個(gè)延時(shí)器，以及一個(gè)n×1混合器，首先將輸入音頻信號(hào)經(jīng)n個(gè)帶通濾波器按不同的頻段分離為n路音頻信號(hào)；然后將n路音頻信號(hào)分別輸入n路延時(shí)器；再將n路延時(shí)器輸出的信號(hào)同時(shí)輸入n×1混音器進(jìn)行混合輸出。本發(fā)明數(shù)字音頻處理器適用于單揚(yáng)聲器、兩分頻、三分頻或者多分頻的音箱處理器。本發(fā)明基于DSP芯片設(shè)計(jì)，可以大范圍大幅度調(diào)節(jié)，而且操作簡(jiǎn)單，對(duì)音質(zhì)的表現(xiàn)具有明顯的大幅提升；另外，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)校正揚(yáng)聲器本身的相位偏移，改善揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)，減少了失真，極大提高了揚(yáng)聲器的音質(zhì)表現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04R1/20GK101883303SQ20101021074
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者李志雄 申請(qǐng)人:廣州勵(lì)華聲光科技有限公司