CN103460291A - 输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备 - Google Patents

输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备 Download PDF

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Abstract

一种音频信号输出设备包括：调制信号发生器，用于通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号进行脉冲调制来产生第一调制信号，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率；包括真空管的真空管滤波器单元，用于通过允许第一调制信号通过真空管来产生真空管信号；频率调制单元，用于通过对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号；以及功率开关放大器，用于输出与第二调制信号相应的放大信号。

Description

输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备
技术领域
示例性实施例涉及一种输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备，更具体地讲，涉及一种改进音频信号的声音质量并且降低在开关放大操作期间可能发生的噪声和误差的输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备。
背景技术
能够接收音频信号、然后输出在声觉上可识别的信号的音频功率放大器的示例包括类A放大器、类B放大器、类AB放大器和类D放大器。在这些示例之中，因为类D放大器可减小在类A放大器、类B放大器、类AB放大器等中可能发生的放大效率的下降，所以它被广泛使用。
类D放大器是这样的数字放大器，该数字放大器将模拟音频信号调制为数字音频信号，对经过数字调制的音频信号执行诸如去噪的信号处理，并放大该经过数字调制的音频信号。该经过数字调制的音频信号被放大为具有高电压电平的信号。这里，使用接收具有高电压电平的功率和具有低电压电平的功率的开关放大器来实现放大。然后，开关放大器根据输入数字信号执行开关操作，从而输出具有逻辑高的电压电平和逻辑低的电压电平的音频信号。
尽管数字放大器的放大效率高，但是输出音频信号的声音质量不平稳，并且趋向于具有单调的音调。此外，由于在数字放大器中可能发生的谐波分量，声音的负失真可能发生。
此外，当开关操作由开关放大器执行时，开关噪声发生。开关噪声使开关放大器的信噪比（SNR）降低。诸如脉动（ripple）的功率噪声存在于供给开关放大器的功率中。功率噪声也使SNR降低。另外，在开关放大操作期间发生的开关损失、开关驱动信号的下降以及上升时间的延迟引起输出音频信号的非线性特性。
因此，需要能够解决数字放大器的问题的方法和设备，这些问题是单调的音调、SNR的降低和非线性。
发明内容
技术问题
示例性实施例提供一种改进声音质量的输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备。
问题的解决方案
根据示例性实施例的一方面，提供一种音频信号输出设备，该音频信号输出设备包括：调制信号发生器，用于通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号进行脉冲调制来产生第一调制信号，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率；包括真空管的真空管滤波器单元，用于通过允许第一调制信号通过真空管来产生真空管信号；频率调制单元，用于通过对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号；以及功率开关放大器，用于输出与第二调制信号相应的放大信号。
频率调制单元可通过使用第二载波信号或第二采样时钟对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号，并且可将第二调制信号输出到功率开关放大器，第二载波信号或第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。
真空管可包括用于对具有预定频带的信号进行滤波的滤波器。
真空管滤波器单元可通过对第一调制信号的具有第一频率的信号分量进行滤波并且将在真空管中发生的谐波分量添加到第一调制信号来产生真空管信号。
真空管滤波器单元可包括用于对具有第一频率的信号分量进行滤波的低通滤波器（LPF）（该低通滤波器具有预定增益值）和用于通过将二次谐波分量添加到LPF的输出信号来产生真空管信号的滤波器。
音频信号输出设备还可包括负反馈增益控制器，该负反馈增益控制器被构造为将放大信号与第一调制信号进行比较以用于调整放大信号的延迟值和放大信号的增益值中的至少一个。
负反馈增益控制器可包括反馈回路和加法器，该反馈回路用于反馈并输出放大信号，该加法器用于从第一调制信号减去该反馈回路的输出信号。
音频信号输出设备还可包括混频单元，该混频单元用于通过将所述一个通道的真空管信号与另一通道的真空管信号混频来将调整的信号输出到频率调制单元。
混频单元可通过根据预定比率将所述一个通道的真空管信号与所述另一通道的真空管信号混频来调整真空管信号的音频深度值、音调灵敏度和串音中的至少一个。
调制信号发生器可包括脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器用于将第一载波信号与输入音频信号进行比较，并根据比较结果产生作为第一调制信号的PWM信号，其中，该PWM信号对应于输入音频信号。
频率调制单元可包括sigma delta调制单元，该sigma delta调制单元用于通过使用具有第二频率的第二采样时钟对真空管信号执行sigma delta调制来输出第二调制信号。
根据示例性实施例的另一方面，提供一种输出音频信号的方法，该方法包括以下操作：通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号进行脉冲调制来产生第一调制信号，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率；通过允许第一调制信号通过真空管来产生真空管信号；通过对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号；并且输出与第二调制信号相应的放大信号。
本发明的有益效果
所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备可将音频信号与真空管的谐波分量混频，然后可输出该音频信号。更详细地讲，所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备可通过放大通过真空管的音频信号来输出具有丰富音调的音频信号。因此，可改进输出音频信号的声音质量。
此外，所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备通过使用这样的信号来执行开关放大操作，该信号通过使用具有高频率的载波信号或采样时钟而被调制为脉冲信号。因此，可使开关噪声最小，并且可提高SNR。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，示例性实施例的以上和其他特征和优点将变得更清楚，其中：
图1A是根据示例性实施例的音频信号输出设备的框图；
图1B是根据示例性实施例的一方面的真空管滤波器单元的框图；
图2A示出从调制信号发生器输出的第一调制信号的频率特性；
图2B示出从真空管滤波器单元输出的真空管信号的频率特性；
图2C示出从频率调制单元输出的第二调制信号的频率特性；
图3是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备的示图；
图4是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备的示图；
图5是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备的示图；
图6是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备的示图；
图7是详细地示出图6的音频信号输出设备的示图；
图8A示出从通过使用一般的数字放大器执行放大操作的音频信号输出设备输出的音频信号；
图8B示出根据一个或多个示例性实施例的在允许输入音频信号通过真空管之后从执行数字放大操作的音频信号输出设备输出的音频信号；和
图9是示出根据示例性实施例的输出音频信号的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将通过参照附图解释本发明构思的示例性实施例来详细描述本发明构思。
模拟放大器的示例包括类A放大器、类B放大器和类AB放大器。模拟放大器具有优良的线性度和良好的音调，但是它的功率利用效率远低于数字放大器。此外，由于功率利用效率低，模拟放大器具有散热问题，使得模拟放大器具有低劣的老化特性。另外，由于功率利用效率低，必须扩大模拟放大器的内部器件来产生高输出。因此，模拟放大器的尺寸增大。然而，模拟放大器具有线性度优良的输出音频信号，并且通过使用真空管实现了丰富的音调。
以下，将提供关于输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备的详细描述，该方法和该设备可提高音频信号的线性度，可实现丰富的音调，并且可通过使用真空管实施数字放大器来消除模拟放大器的缺点。
图1A是根据示例性实施例的音频信号输出设备100的框图。图1B是详细地示出真空管滤波器单元120的框图。
参照图1A，音频信号输出设备100包括调制信号发生器110、真空管滤波器单元120、频率调制单元130和功率开关放大器140。
调制信号发生器110通过使用具有预定频率的第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号S1进行脉冲调制来产生第一调制信号S2。以下，第一载波信号或第一采样时钟的频率被称为“第一频率”。
更详细地讲，调制信号发生器110可包括脉冲宽度调制器（PWM）（未显示）或脉冲密度调制器（PDM）（未显示），该PWM或PDM接收与一个通道对应的输入音频信号S1，并将输入音频信号S1调制为脉冲信号。
例如，如果调制信号发生器110包括PWM，则调制信号发生器110通过对输入音频信号S1执行脉冲宽度调制来产生PWM信号。
更详细地讲，PWM将第一载波信号与输入音频信号S1进行比较，第一载波信号是具有第一频率的载波信号，输入音频信号S1是模拟信号。根据比较结果，PWM产生作为第一调制信号S2的PWM信号，其中，该PWM信号对应于输入音频信号S1。例如，PWM可将第一载波信号的信号电平与输入音频信号S1的信号电平进行比较，然后可在输入音频信号S1的信号电平高于第一载波信号的信号电平的周期内产生逻辑电平高的第一调制信号S2，并且可在输入音频信号S1的信号电平低于第一载波信号的信号电平的周期内产生逻辑电平低的第一调制信号S2。
在另一实施例中，如果调制信号发生器110包括PDM，则调制信号发生器110对输入音频信号S1执行脉冲密度调制，然后通过使用第一采样时钟来产生作为第一调制信号S2的PDM信号，第一采样时钟是具有第一频率的采样时钟。例如，PDM根据具有预定频率的采样时钟执行脉冲密度调制。
真空管滤波器单元120通过允许第一调制信号S2通过真空管来产生真空管信号S3。此外，在通过真空管滤波器单元120之后，第一调制信号S2被转换为真空管信号S3，第一调制信号S2是脉冲信号，真空管信号S3是模拟信号。现在将参照图1B描述真空管滤波器单元120中所包括的真空管。
更详细地讲，真空管滤波器单元120通过对第一调制信号S2的具有第一频率的信号分量进行滤波并且将在真空管中发生的谐波分量添加到第一调制信号S2来产生真空管信号S3。在真空管中发生的谐波分量包括频率为输入音频信号S1的频率的偶数倍的二次谐波分量，并且这些二次谐波分量通过增强输入音频信号S1来使声音浑厚丰富，输入音频信号S1是基本声音。以下将参照图8A和图8B描述经由通过真空管滤波器单元120而产生的真空管信号S3。
图1B详细地示出真空管滤波器单元120。
更详细地讲，参照图1B，真空管滤波器单元120可包括真空管150。此外，真空管150可通过在真空空间中对输入信号进行放大或调制来输出信号。也就是说，如果真空管150包括具有预定增益值的滤波器，则真空管150可通过放大输入信号来输出信号。如果真空管150包括不具有增益值的滤波器，则真空管150可通过仅对输入信号的具有预定频带频率的信号进行滤波、而不放大输入信号来输出信号。
参照图1B，真空管滤波器单元120还可包括反馈回路170。通过使用反馈回路170，真空管滤波器单元120可对当第一调制信号S2通过真空管150时所发生的信号延迟进行校正。例如，当与输入音频信号S1相应的第一调制信号S2通过真空管150时，预定延迟时间可发生。因此，真空管滤波器单元120可使第一调制信号S2在通过真空管150之前的上升沿或下降沿与经由通过真空管150而产生的真空管信号S3的上升沿或下降沿同步。
此外，真空管150可包括用于对预定频带的信号进行滤波的滤波器（诸如真空管带阻滤波器）。在这种情况下，真空管150可对第一调制信号S2的除了将成为输出目标的音频信号的频率周期之外的信号分量进行滤波。因此，当第一调制信号S2通过真空管150时，除了将成为输出目标的音频信号分量之外的信号分量可被去除。
此外，参照图1B，真空管滤波器单元120还可包括低通滤波器（LPF）160。更详细地讲，LPF160可具有预定增益值，并且可对第一调制信号S2中所包括的具有第一频率分量的信号进行滤波。例如，一般来讲，将输出的音频信号（诸如音乐或语音）具有低频带。因此，LPF160对将输出的超过输入音频信号S1的频带的最上限的信号分量进行滤波。
这里，预定增益值可以是将由用户或音频信号输出设备100的制造商设置的值。因此，LPF160在具有预定增益值时可允许第一调制信号S2被滤波和输出。
反馈回路170的输出端子可连接至第一节点N1或第二节点N2，第一节点N1是LPF160的输入端子，第二节点N2是真空管150的输入端子。
频率调制单元130通过对真空管信号S3进行脉冲调制来产生第二调制信号S4。更详细地讲，频率调制单元130执行调制操作（诸如脉冲密度调制或脉冲宽度调制）以便将输入信号调制为脉冲信号。也就是说，频率调制单元130将真空管信号S3转换为第二调制信号S4，真空管信号S3为模拟信号，第二调制信号S4为能够驱动功率开关放大器140的脉冲信号。
更详细地讲，频率调制单元130通过使用第二载波信号或第二采样时钟对真空管信号S3进行脉冲调制来产生第二调制信号S4，第二载波信号或第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。
此外，sigma delta调制（SDM）可用作脉冲密度调制。因此，频率调制单元130可包括SDM单元（未显示）。
如果频率调制单元130包括SDM单元，则频率调制单元130通过使用第二采样时钟对真空管信号S3执行sigma delta调制来产生第二调制信号S4，第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。第二采样时钟可由SDM单元中所包括的振荡器（未显示）产生，并且根据第二采样时钟的采样率决定第二调制信号S4中的一个脉冲周期。
功率开关放大器140包括响应于从频率调制单元130输出的第二调制信号S4而闭合或断开的至少一个开关器件（未显示）。通过使用开关器件，功率开关放大器140产生与输入音频信号S1相应的放大的音频信号。以下，由功率开关放大器140产生的音频信号被称为“放大信号S5”。此外，由功率开关放大器140执行的放大被称为开关放大操作。
当执行开关放大操作时，用于执行开关放大操作的驱动信号的上升时间和下降时间的延迟或者由于功率脉动或开关损失而导致的开关噪声可发生。此外，关于具有高电压电平的功率与具有低电压电平的功率之间的交替供给，可发生功率噪声。开关噪声或功率噪声使音频信号输出设备100的信噪比（SNR）降低。SNR的降低引起从类D放大器输出的音频信号的声音质量下降。
这里，为了提高功率开关放大器140的SNR，有必要高速驱动功率开关放大器140。当高速驱动功率开关放大器140时，开关噪声降低，以使得SNR提高。为了高速驱动功率开关放大器140，第二调制信号S4的频率必须高，并且必须被设置为针对开关放大操作而优化的值。
因此，根据本实施例，第二频率被设置为等于或大于第一频率，第二频率是产生第二调制信号S4的第二载波信号或第二采样时钟的频率。因此，可以高速驱动功率开关放大器140并且提高音频信号输出设备100的SNR。此外，第二频率可以是操作功率开关放大器140的工作频率。
如上所述，根据本实施例，被进行脉冲调制的第一调制信号S2通过真空管滤波器单元120，以使得可输出具有丰富音调的音频信号。此外，通过对通过真空管滤波器单元120而输出的真空管信号S3高速执行开关放大操作，放大信号S5的开关噪声可降低，并且放大信号S5的SNR可提高。
图2A-2C示出从图1的音频信号输出设备100输入和输出的音频信号的频率特性。
图2A是示出从调制信号发生器110输出的第一调制信号S2的频率特性的图表。X轴指示频率，Y轴指示第一调制信号S2的幅值。
参照图2A，第一调制信号S2包括音频信号分量210和信号分量211，其中，音频信号分量210对应于将输出的输入音频信号S1，信号分量211对应于用于产生第一调制信号S2的第一载波信号或第一采样时钟。将输出的音频信号分量210具有等于或小于预定频率f1的频带。此外，信号分量211具有第一频率fc1。一般来讲，第一载波信号或第一采样时钟的频率大于将输出的音频信号分量210的最大值。
图2B是示出从真空管滤波器单元120输出的真空管信号S3的频率特性的图表。X轴指示频率，Y轴指示真空管信号S3的幅值。
真空管滤波器单元120对预定频带信号进行滤波，然后输出被转换为模拟信号的真空管信号S3。因此，当第一调制信号S2通过真空管滤波器单元120时，与第一载波信号或第一采样时钟相应的信号分量211被去除，并且输出仅包括将输出的音频信号分量210的真空管信号S3。
图2C是示出从频率调制单元130输出的第二调制信号S4的频率特性的图表。X轴指示频率，Y轴指示第二调制信号S4的幅值。
参照图2C，第二调制信号S4包括将输出的音频信号分量230和信号分量231，信号分量231对应于用于产生第二调制信号S4的第二载波信号或第二采样时钟。将输出的音频信号分量230具有等于或小于预定频率f1的频带，信号分量231具有第二频率fc2。在本实施例中，第二频率fc2大于第一频率fc1。
图3是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备300的示图。
图3的音频信号输出设备100的调制信号发生器310、真空管滤波器单元320、频率调制单元330和功率开关放大器340分别对应于图1的音频信号输出设备100的调制信号发生器110、真空管滤波器单元120、频率调制单元130和功率开关放大器140。因此，省略与参照图1的那些详细描述相同的详细描述。
参照图3，与图1的音频信号输出设备100相比，音频信号输出设备300还包括负反馈增益控制器350。此外，与图1的音频信号输出设备100相比，音频信号输出设备300还可包括解调滤波器单元360和扬声器单元370中的至少一个。
负反馈增益控制器350将放大信号S5与第一调制信号S2进行比较以用于调整放大信号的延迟值和放大信号的增益值中的至少一个。
更详细地讲，负反馈增益控制器350将放大信号S5与第一调制信号S2进行比较，并且基于放大信号S5与第一调制信号S2之间的相位差和/或幅值差的比较结果，负反馈增益控制器350控制调整与放大信号S5的相位差相应的延迟值和与放大信号S5的幅值差相应的增益值中的至少一个，然后输出放大信号S5。
更详细地讲，负反馈增益控制器350从第一调制信号S2减去从功率开关放大器340输出的放大信号S5，并将被减的第一调制信号S2输入到真空管滤波器单元320。因此，输出到功率开关放大器340的放大信号S5的增益值可接近音频信号输出设备300的目标增益值。
例如，负反馈增益控制器350可包括反馈回路351和加法器352。
反馈回路351将放大信号S5反馈并输出到调制信号发生器310的输出端子。
加法器352从第一调制信号S2减去从反馈回路351输出的放大信号S5，然后输出信号。从加法器352输出的信号被称为“第一校正的调制信号S2C”，第一校正的调制信号S2C是通过考虑放大信号S5的增益值和相位调整第一调制信号S2的增益值或延迟值而获得的信号。
从功率开关放大器340输出的放大信号S5具有脉冲信号形式。此外，当作为功率开关放大器340的工作频率的第二频率增大并且放大信号S5的振幅增大时，在从功率开关放大器340输出的放大信号S5中可发生高水平的电磁干扰（EMI）。
解调滤波器单元360将具有脉冲信号形式的放大信号S5解调为模拟信号。此外，解调滤波器单元360可对放大信号S5中发生的EMI分量进行滤波。
解调滤波器单元360可包括LPF（未显示），该LPF用于将放大信号S5解调为模拟信号，并输出信号。
扬声器单元370将从解调滤波器单元360输出的信号转换为对于用户在声觉上可识别的物理振动信号，然后输出信号。
图4是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备400的示图。
参照图4，音频信号输出设备400可包括用于一个或多个通道的多个音频信号输出设备。在图4的情况下，音频信号输出设备400包括分别用于两个通道的第一音频信号输出设备401和第二音频信号输出设备480。例如，第一音频信号输出设备401输出与右通道相应的R通道音频信号，第二音频信号输出设备480输出与左通道相应的L通道音频信号。
第一音频信号输出设备401或第二音频信号输出设备480对应于图1或图3的音频信号输出设备100或300。也就是说，调制信号发生器410、真空管滤波器单元420、频率调制单元430、功率开关放大器440、负反馈增益控制器450和解调滤波器单元460分别对应于图3的调制信号发生器310、真空管滤波器单元320、频率调制单元330、功率开关放大器340、负反馈增益控制器350和解调滤波器单元360。因此，省略与参照图1和图3的那些详细描述相同的详细描述。
更详细地讲，负反馈增益控制器450包括反馈回路451和加法器452。图4的反馈回路451和加法器452对应于图3的反馈回路351和加法器352。
在图4中，真空管滤波器单元420可在音频信号输出设备400中所包括的第一音频信号输出设备401和第二音频信号输出设备480之间共享和使用。可替换地，真空管滤波器单元420可分开布置在第一音频信号输出设备401和第二音频信号输出设备480中的每个中。参照图4的情况，真空管滤波器单元420在第一音频信号输出设备401与第二音频信号输出设备480之间共享。
图5是根据另一示例性实施例的音频信号输出设备500的示图。
图5的音频信号输出设备500的音频信号输出设备501和580分别对应于图4的音频信号输出设备400的第一音频信号输出设备401和第二音频信号输出设备480。因此，省略与参照图4的那些详细描述相同的详细描述。此外，调制信号发生器510、真空管滤波器单元520、频率调制单元530、功率开关放大器540、负反馈增益控制器550和解调滤波器单元560分别对应于图3的调制信号发生器310、真空管滤波器单元320、频率调制单元330、功率开关放大器340、负反馈增益控制器350和解调滤波器单元360。因此，省略与参照图1和图3的那些详细描述相同的详细描述。
音频信号输出设备500中的负反馈增益控制器550与图3的音频信号输出设备300的负反馈增益控制器350的不同之处在于它们的构造和详细的合作关系。
负反馈增益控制器550将从真空管滤波器单元520输出的真空管信号S23与功率开关放大器540送回的信号进行比较，并且根据比较结果，负反馈增益控制器550控制将被调整和输出的放大信号S25的延迟值或增益值。
更详细地讲，负反馈增益控制器550包括反馈回路551和加法器553。图5的反馈回路551和加法器553对应于图3的反馈回路351和加法器353。
更详细地讲，反馈回路551反馈从功率开关放大器540输出的放大信号S25，并将信号输出到真空管滤波器单元520的输出端子。
加法器553通过从真空管信号S23减去从反馈回路551输出的信号来产生校正的真空管信号S23C。从反馈回路551输出的信号包括从功率开关放大器540输出的放大信号S25的相位信息和增益信息这两个信息，以使得可从真空管信号S23减去从反馈回路551输出的信号。当从真空管信号S23减去从反馈回路551输出的信号、然后被加法器553减去的信号被输入到频率调制单元530时，可根据目标增益值更精确地调整放大信号S25的增益值。然后，加法器553将校正的真空管信号S23C发送到频率调制单元530。
负反馈增益控制器550还可包括数模转换器552。
数模转换器552将放大信号S25转换为模拟信号。放大信号S25具有脉冲信号形式，并且从真空管滤波器单元520输出的真空管信号S23具有模拟信号形式。因此，通过将放大信号S25转换为形式与真空管信号S23相同的模拟信号，可容易地将放大信号S25与真空管信号S23进行比较。因此，数模转换器552对放大信号S25进行转换，以使得送回的放大信号S25具有与真空管信号S23相同的模拟信号形式。
如果负反馈增益控制器550包括数模转换器552，则加法器553通过从真空管信号S23减去从数模转换器552输出的信号来产生校正的真空管信号S23C。校正的真空管信号S23C被输入到频率调制单元530。
频率调制单元530接收校正的真空管信号S23C，然后产生与校正的真空管信号S23C相应的第二调制信号S24。
图6是根据另一实施例的音频信号输出设备600的示图。
图6的音频信号输出设备600的调制信号发生器610、真空管滤波器单元620、频率调制单元630和功率开关放大器640分别对应于图1的音频信号输出设备100的调制信号发生器110、真空管滤波器单元120、频率调制单元130和功率开关放大器140。因此，省略与参照图1的那些详细描述相同的详细描述。
参照图6，与图1的音频信号输出设备100相比，音频信号输出设备600还可包括混频单元625。音频信号输出设备600输出与一个通道相应的音频信号。
混频单元625连接至真空管滤波器单元620的输出端子。混频单元625通过将从真空管滤波器单元620输出的真空管信号S63与从与另一通道相应的音频信号输出设备（未显示）输出的真空管信号S63_C2混频来产生混频信号S63M。混频信号S63M被输入到频率调制单元630。
更详细地讲，混频单元625根据预定混频比将一个通道的真空管信号S63与另一通道的真空管信号S63_C2混频，从而调整一个通道的真空管信号S63的音频深度值、音调灵敏度和串音中的至少一个。预定混频比可根据音频信号输出设备600中的设置或由用户设置的设置而变化。
频率调制单元630接收混频信号S63M，然后产生与混频信号S63M相应的第二调制信号S64。
功率开关放大器640通过放大第二调制信号S64来输出放大信号S65。
图7是详细地示出图6的音频信号输出设备600的示图。
参照图7，类似于图4和图5的音频信号输出设备400和500，音频信号输出设备700包括用于一个或多个通道的第一音频信号输出设备701和第二音频信号输出设备780。图7的音频信号输出设备700的调制信号发生器710、真空管滤波器单元720、混频单元725、频率调制单元730和功率开关放大器740分别对应于图6的调制信号发生器610、真空管滤波器单元620、混频单元625、频率调制单元630和功率开关放大器640。因此，省略与参照图6的那些详细描述相同的详细描述。
例如，第一音频信号输出设备701输出与右通道相应的R通道音频信号，第二音频信号输出设备780输出与左通道相应的L通道音频信号。
混频单元725可包括用于根据预定比率将第一通道的真空管信号S73与第二通道的真空管信号S73_C2混频的可变电阻器单元731。该预定比率可对应于可变电阻器单元731的电阻比。在可变电阻器单元731中混频的真空管信号被发送到频率调制单元730。此外，混频单元725可在第一音频信号输出设备701与第二音频信号输出设备780之间共享和使用。
图8A和图8B示出从根据所述一个或多个示例性实施例的音频信号输出设备输出的音频信号。
图8A示出从通过使用一般的数字放大器执行放大操作的音频信号输出设备输出的音频信号。在图8A中，X轴指示频率值，Y轴指示作为音频信号的输出电平的电压值。
参照图8A，从音频信号输出设备输出的音频信号包括分别被示为图表810、811、812和813的多个频率分量810、811、812和813。图表810指示具有基本频率1k的目标音频信号分量，图表811和813指示由数字放大器推导的二次谐波分量。图表812指示由数字放大器推导的三次谐波分量。这里，三次谐波分量是具有频率为基本频率1k的奇数倍频率的信号分量。
如上所述，二次谐波分量通过增强作为基本声音的目标音频信号来使声音浑厚丰富。此外，二次谐波分量具有自然的声学特征，表达音调中的微妙变化，并形成到达大空间的后侧的丰富声音。
与二次谐波分量相比，三次谐波分量具有生硬的音调，并且被单调地识别为噪声。因此，三次谐波分量引起基本声音的失真。
如图8A所示，通过使用一般的数字放大器执行放大操作的音频信号输出设备具有小的二次谐波分量811和大的三次谐波分量812。
因此，从音频信号输出设备输出的音频信号具有比目标音频信号差的声音质量。
图8B示出从根据所述一个或多个示例性实施例的音频信号输出设备输出的音频信号。
在图8B中，X轴指示频率值，Y轴指示作为音频信号的输出电平的电压值。
参照图8B，从音频信号输出设备输出的音频信号包括分别被示为图表850、851、852和853的多个频率分量850、851、852和853。图表850指示具有基本频率1k的目标音频信号分量，图表851和853指示由数字放大器推导的二次谐波分量。图表852指示由数字放大器推导的三次谐波分量。
根据所述一个或多个实施例的音频信号输出设备在允许输入音频信号通过真空管之后执行数字放大操作，以使得根据所述一个或多个实施例的音频信号输出设备输出包括具有基本频率1k的目标音频信号分量以及二次谐波分量851和853的音频信号。因此，根据所述一个或多个实施例的音频信号输出设备可输出具有丰富音调的音频信号。
图9是示出根据示例性实施例的输出音频信号的方法的流程图。图9的方法的操作配置与以上参照图1至图8描述的音频信号输出设备相同。因此，省略与参照图1至图8的那些详细描述相同的详细描述。此外，现在将参照图1的音频信号输出设备100描述图9的方法。
参照图9，该方法包含通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号S1进行脉冲调制来产生第一调制信号S2，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率（操作910）。操作910可由调制信号发生器110执行。
通过允许在操作910中产生的第一调制信号S2通过真空管，产生真空管信号S3（操作920）。操作920可由真空管滤波器单元120执行。更详细地讲，可通过对第一调制信号S2的具有第一频率的信号分量进行滤波并且将在真空管中发生的谐波分量添加到第一调制信号S2来产生真空管信号S3。
然后，通过对真空管信号S3进行脉冲调制来产生第二调制信号S4（操作930）。更详细地讲，可通过使用第二载波信号或第二采样时钟对真空管信号S3进行脉冲调制来产生第二调制信号S4，第二载波信号或第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。操作930可由频率调制单元130执行。
产生与在操作930中产生的第二调制信号S4相应的放大信号S5（操作940）。操作940可由功率开关放大器140执行。
在操作940之后，将放大信号S5与第一调制信号S2或真空管信号S3进行比较，然后根据比较结果，对第一调制信号S2或真空管信号S3进行校正（未显示的操作）。这个操作可由音频信号输出设备300、400和500的负反馈增益控制器350、450或550执行。因此，在操作920中，可接收校正的第一调制信号S2，然后可产生与校正的第一调制信号S2相应的真空管信号S3，并且在操作930中，可接收校正的真空管信号S3，然后可产生与校正的真空管信号S3相应的第二调制信号S4。
图9的方法还可包含将一个通道的真空管信号S3与另一通道的真空管信号混频（未显示的操作）。因此，在操作930中，可通过对混频的真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号S4。
如上所述，所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备可将音频信号与真空管的谐波分量混频，然后可输出该音频信号。更详细地讲，所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备可通过放大通过真空管的音频信号来输出具有丰富音调的音频信号。因此，可改进输出音频信号的声音质量。
此外，所述输出音频信号的方法和使用该方法的音频信号输出设备通过使用这样的信号来执行开关放大操作，该信号通过使用具有高频率的载波信号或采样时钟而被调制为脉冲信号。因此，可使开关噪声最小，并且可提高SNR。
示例性实施例还可被实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储其后可被计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置等。计算机可读记录介质还可分布在联网的计算机系统上，以使得以分布式方式存储和执行计算机可读代码。
尽管已参照本发明的示例性实施例具体显示并描述了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，可以在不脱离由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下在这些示例性实施例中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种音频信号输出设备，包括：
调制信号发生器，通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号进行脉冲调制来产生第一调制信号，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率；
包括真空管的真空管滤波器单元，通过允许第一调制信号通过真空管来产生真空管信号；
频率调制单元，通过对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号；和
功率开关放大器，输出与第二调制信号相应的放大信号。
2.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，其中，频率调制单元通过使用第二载波信号或第二采样时钟对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号，并将第二调制信号输出到功率开关放大器，第二载波信号或第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。
3.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，其中，真空管包括对具有预定频带的信号进行滤波的滤波器。
4.根据权利要求3所述的音频信号输出设备，其中，真空管滤波器单元通过对第一调制信号的具有第一频率的信号分量进行滤波并且将在真空管中发生的谐波分量添加到第一调制信号来产生真空管信号。
5.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，其中，真空管滤波器单元包括：
低通滤波器（LPF），对具有第一频率的信号分量进行滤波，所述低通滤波器具有预定增益值；和
滤波器，通过将二次谐波分量添加到LPF的输出信号来产生真空管信号。
6.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，还包括负反馈增益控制器，所述负反馈增益控制器将放大信号与第一调制信号进行比较，并调整放大信号的延迟值和放大信号的增益值中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的音频信号输出设备，其中，负反馈增益控制器包括：
反馈回路，反馈并输出放大信号；和
加法器，从第一调制信号减去反馈回路的输出信号。
8.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，还包括负反馈增益控制器，所述负反馈增益控制器将真空管信号与放大信号进行比较，并根据比较结果，控制将被调整和输出的放大信号的延迟值或增益值。
9.根据权利要求8所述的音频信号输出设备，其中，负反馈增益控制器包括：
反馈回路，反馈并输出放大信号；和
加法器，从第一调制信号减去反馈回路的输出信号。
10.根据权利要求9所述的音频信号输出设备，其中，负反馈增益控制器还包括数模转换器，所述数模转换器设置在反馈回路与加法器之间，将反馈回路的输出信号转换为模拟信号，并将该模拟信号输出到加法器。
11.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，还包括混频单元，所述混频单元通过将所述一个通道的真空管信号与另一通道的真空管信号混频来将调整的信号输出到频率调制单元。
12.根据权利要求11所述的音频信号输出设备，其中，混频单元通过根据预定比率将所述一个通道的真空管信号与所述另一通道的真空管信号混频来调整真空管信号的音频深度值、音调灵敏度和串音中的至少一个，然后将调整的信号输出到频率调制单元。
13.根据权利要求1所述的音频信号输出设备，其中，调制信号发生器包括脉冲宽度调制器，所述脉冲宽度调制器将第一载波信号与输入音频信号进行比较，并根据比较结果产生作为第一调制信号的PWM信号。
14.根据权利要求2所述的音频信号输出设备，其中，频率调制单元包括sigma delta调制单元，所述sigma delta调制单元通过使用第二采样时钟对真空管信号执行sigma delta调制来输出第二调制信号。
15.一种输出音频信号的方法，所述方法包括：
通过使用第一载波信号或第一采样时钟对一个通道的输入音频信号进行脉冲调制来产生第一调制信号，第一载波信号或第一采样时钟具有第一频率；
通过允许第一调制信号通过真空管来产生真空管信号；
通过对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号；和
输出与第二调制信号相应的放大信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，产生第二调制信号的步骤包括通过使用第二载波信号或第二采样时钟对真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号，第二载波信号或第二采样时钟具有等于或大于第一频率的第二频率。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，产生真空管信号的步骤包括通过对第一调制信号的具有第一频率的信号分量进行滤波并且将在真空管中发生的谐波分量添加到第一调制信号来产生真空管信号。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括将放大信号与第一调制信号或真空管信号进行比较，并根据比较结果，对第一调制信号或真空管信号的相位和幅值中的至少一个进行校正。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述一个通道的真空管信号与另一通道的真空管信号混频，其中，产生第二调制信号的步骤包括通过对混频的真空管信号进行脉冲调制来产生第二调制信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，对真空管信号进行混频的步骤包括通过根据预定比率将所述一个通道的真空管信号与所述另一通道的真空管信号混频来调整真空管信号的音频深度值、音调灵敏度和串音中的至少一个。
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