CN101883303B

CN101883303B - Bppa数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器

Info

Publication number: CN101883303B
Application number: CN2010102107448A
Authority: CN
Inventors: 李志雄
Original assignee: Guangzhou Leafun Culture Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Leafun Culture Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: CN101883303A

Abstract

本发明公开了一种BPPA数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器，该数字音频处理器包括n个带通滤波器、n个延时器，以及一个n×1混合器，首先将输入音频信号经n个带通滤波器按不同的频段分离为n路音频信号；然后将n路音频信号分别输入n路延时器；再将n路延时器输出的信号同时输入n×1混音器进行混合输出。本发明数字音频处理器适用于单扬声器、两分频、三分频或者多分频的音箱处理器。本发明基于DSP芯片设计，可以大范围大幅度调节，而且操作简单，对音质的表现具有明显的大幅提升；另外，本发明实现校正扬声器本身的相位偏移，改善扬声器的频率响应和瞬态响应，减少了失真，极大提高了扬声器的音质表现。

Description

BPPA数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器

技术领域

本发明涉及一种带通相位调节数字音频处理器(BPPA)及使用该处理器的音箱处理器，具体来说，涉及一种利用高速DSP(数字信号处理)芯片，对音频信号进行预处理，即利用多个分离的带通滤波器分离出不同频段的信号，对不同频段的信号进行延时，实现相位偏离，再将各个分离的不同频段的信号混合，实现不同频段音频信号的相位调节的技术，以及使用该技术的音箱处理器。

背景技术

在一个扩声系统中，影响最终音质表现的主要瓶颈就是扬声器的失真，包括频率响应失真和相位响应失真等。在扬声器制造及系统扩声应用中，大多关注频率响应失真，对相位响应失真关注较少，造成这种现象的主要原因是对相位响应失真进行调节的手段不多，而且难以把握，另外，对扬声器的频率响应进行校正时，如均衡器调节、高通滤波器调节、低通滤波器调节等，都会伴随着相位的偏移，造成相位响应失真，即为了调节扬声器的频率响应，往往就要牺牲扬声器的相位响应失真。

目前，在扩声领域形成了普遍的共识，两个频率响应完全相同的扬声器，在音质表现上却不一定完全相同，甚至相差极大，这说明了影响扬声器音质表现的因素不光只有扬声器的频率响应，其中相位响应也是一个很关键的因素，扬声器的频率响应，它表征的是扬声器在不同频率下的振幅还原。“平坦的”频率响应表明扬声器对不同频率下的振幅还原是相同的，但这是一个稳态参数，不能表现扬声器的瞬态特征，扬声器的相位响应，它表征的是扬声器在不同频率下震动的启动时间，“平坦的”相位响应，表明扬声器不同频率下的振动还原是同时的，没有提前也没有滞后。由于扬声器单元的特殊特征，不同频率的响应时间并不相同，往往高频先响应，低频迟响应，其特征完全表现在相位的响应中。一般扬声器高频和低频的相位响应相差2周，有的甚至4周，对于一个100Hz的信号和一个1000Hz的信号，即使它们之间的响应相差一周，由于100Hz的周期为0.01秒，1000Hz的周期为0.001秒，以340米/秒的声速计算，这两个信号在空间上就相差340×0.01-340×0.001＝3.06米，这样，对于一个乐器的声音信号，经扬声器还原后，不同频率的声音在空间上具有很长距离的分散，其音质表现当然和原乐器的表现不一样。因此，相同频率响应的两只扬声器，如果他们的相位响应不一致，其音质表现也不会相同。脉冲信号的还原能集中体现扬声器的瞬态特征，瞬态特征好，则扬声器对音乐还原的层次感、明晰度及力度感都会得到提升，因此，扬声器的相位响应也是音质表现的一个重要参数。

目前，国际上一些著名品牌的扬声器制造厂，也非常关注扬声器的相位响应，并采用多种方法进行调整。有的采用物理的方式，如修正扬声器箱体设计，优化高音号角结构等，这种方式调整困难，而且难以把握；有的采用优化扬声器处理电路的方式，如优化分频电路设计，这种方式调整相对简单些，但调整的范围幅度有限。

发明内容

根据以上的不足，本发明提供了一种对音频信号输入进行相位响应调整的BPPA数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器，它首先将输入的音频信号经过n个带通滤波器按照不同的频段分离为n路音频处理信号，然后将所述每一路音频处理信号分别输入n路延时器，再将n路延时器输出的信号同时经过n×1混音器进行混合输出，形成最后的音频信号输出，其中n为自然数。

所述每一路音频处理信号的中心频率为Fn，每一路延时器的延时量为Tn，对每一路音频信号调节的相位为Pn，Pn＝(Tn÷Fn)×360。

所述n的值大于64。

本发明的音箱处理器，它采用上述BPPA数字音频处理器。

所述音箱处理器为单扬声器的音箱处理器，输入的音频信号依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和单扬声器输出。

所述音箱处理器为两分频的音箱处理器，音频信号分两路输入，一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。

所述音箱处理器为三分频的音箱处理器，音频信号分三路输入，路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、带通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和中音扬声器输出；第三路路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增压、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。

本发明的有益效果：本发明基于DSP芯片设计，可以大范围大幅度调节，而且操作简单，而且适用于不同分频的音箱处理器，对音质的表现具有明显的大幅提升；另外，本发明利用多个分离的带通滤波器分离出不同频段的信号，对不同频段的信号进行延时，实现相位偏离，再将各个分离的不同频段的信号混合，校正扬声器本身的相位偏移，从而改善扬声器的频率响应和瞬态响应，减少了失真，极大提高了扬声器的音质表现。

附图说明

图1为本发明BPPA数字音频处理器的结构示意图；

图2为本发明单扬声器音箱处理器结构示意图；

图3为本发明数字音频处理器的调试与设置系统图；

图4为本发明两分频音箱处理器结构示意图；

图5为本发明三分频音箱处理器结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

为了开发高品质的扬声器，以满足剧场、音乐厅、录音棚等高品质专业场所的扩声要求，以及民用HiFi扩声要求，研发简单有效的扬声器相位响应调节技术，利用高速DSP处理芯片，可以达到预期的效果。

如图1所示，本发明的带通相位调节BPPA数字音频处理器其包括三大部分，分别为n个带通滤波器、n个延时器，以及一个n×1混合器，均在DSP处理器中搭建。其工作原理如下：首先将输入的音频信号经n个带通滤波器按不同的频段分离为n路音频信号，每路音频信号的中心频率为Fn；然后将n路音频信号分别输入n路延时器，每个延时器根据需要设置相应的延时量Tn，对每路音频信号调节的相位Pn，Pn＝(Tn÷Fn)×360；再将n路延时器输出的信号同时输入n×1混音器进行混合输出。这样，可以对输入的音频信号实现不同频段的相位调节，各频段之间的间隔大小由n的大小决定，根据人耳听觉特性，对于全频段的音频信号，n的数值最好大于64。

带通相位调节数字音频处理器，简称BPPA，可以应用于各种类型扬声器的音箱处理器中，从而优化扬声器的瞬态特征，提升扬声器的音质表现，其应用主要有以下方面：

如图2所示，本发明的应用一：使用BPPA数字音频处理器的单扬声器的音箱处理器，它包括增益、BPPA、延时器，参量均衡器和压缩限幅器。增益用于调节扬声器的输出声压大小，延时器用于调整扬声器的整体延时，参量均衡器用于调整扬声器的频率响应特征，压缩限幅器用于保护扬声器和功率放大器，BPPA用于调整扬声器的相位响应特性，音频信号最后进过功率放大器和单扬声器输出。BPPA的调试和设置系统详见图3，在扬声器处理器前(A点)、扬声器处理器后(B点)，以及测试话筒分别取信号，同时输入给扬声器测量系统，通过A点和B点信号的比较，得出处理器的传输频率特性和相位特性，通过B点和C点信号的比较，得出扬声器(含功率放大器)的传输频率特性和相位特性。首先根据扬声器和功率放大器的参数，设定扬声器处理器的压缩限幅器，再通过调整扬声器处理器的参量均衡器优化扬声器的频率响应，最后根据A点和B点之间，以及B点和C点三点的相位响应特性，调整扬声器处理器的BPPA，用于优化扬声器的相位响应。调整结束后，通过A点和C点的比较，可以得出经处理后的扬声器频率响应特性和相位响应特性。由于参量均衡器和压缩限幅器的调整都会引起相位响应的变化。因此，BPPA应最后调试，其他参数调整后，BPPA还需要重新调整。

如图4所示，本发明的应用二：使用BPPA数字音频处理器的两分频的音箱处理器，它的构成与单扬声器相似，音频信号分两路分别处理后输入给音箱处理器，只是在高音扬声器单元的处理链路中，在BPPA后增加一个高通滤波器，在低音扬声器单元的处理链路中，在BPPA后增加一个低通滤波器，BPPA的调试和设置跟单扬声器处理器的调试和设置相同。

如图5所示，本发明的应用三：使用BPPA数字音频处理器的三(多)分频的音箱处理器，其构成和两分频的音箱处理器相似，只是在中音扬声器单元的处理链路中，在BPPA后增加一个带通滤波器，更多分频的音箱处理器以同样的方式递推，BPPA的调试和设置和单扬声器处理器的调试和设置相同。

Claims

1.一种带通相位调节(BPPA)数字音频处理器，其特征在于，输入的音频信号经过n个带通滤波器按照不同的频段分离为n路音频处理信号，然后将所述n路音频处理信号分别对应的输入n路延时器，再将n路延时器输出的信号同时经过n×1混音器进行混合输出，形成最后的音频信号输出，其中n为自然数，每一路音频处理信号的中心频率为Fn，每一路延时器的延时量为Tn，对每一路音频信号调节的相位为Pn，Pn＝(Tn÷Fn)×360。

2.根据权利要求1所述的BPPA数字音频处理器，其特征在于，所述n的值大于64。

3.一种音箱处理器，其特征在于，它包括上述权利要求的任意一项权利要求所述的BPPA数字音频处理器。

4.根据权利要求3所述的音箱处理器，其特征在于，所述音箱处理器为单扬声器的音箱处理器，输入的音频信号依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和单扬声器输出。

5.根据权利要求3所述的音箱处理器，其特征在于，所述音箱处理器为两分频的音箱处理器，音频信号分两路输入，一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。

6.根据权利要求3所述的音箱处理器，其特征在于，所述音箱处理器为三分频的音箱处理器，音频信号分三路输入，一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、带通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和中音扬声器输出；第三路路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的BPPA数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。