CN104011999B - 用于输出音频信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于输出具有改良音质的音频信号的设备。所述设备包括：调制和放大单元，用于对输入音频信号进行脉冲调制和开关放大并产生与输入音频信号相应的放大的信号；真空管放大单元，用于将真空管信号输入到调制和放大单元以提供柔和声音，其中，通过对放大的信号进行衰减并将真空管的谐波添加到放大的信号来产生所述真空管信号。

Description

用于输出音频信号的方法和设备
技术领域
本发明构思涉及一种用于输出音频信号的方法和设备。更具体地讲，本发明构思涉及一种用于输出音频信号的方法和设备，借此可提高音频信号的音质。
本发明构思还涉及一种用于输出音频信号的方法和设备，借此可减少在开关放大操作期间会发生的噪声和误差。
背景技术
A类放大器、B类放大器、AB类放大器和D类放大器被用作音频功率放大器，其中，所述音频功率放大器可响应于音频信号输出听觉上可被识别的信号。在这些放大器之中，由于D类放大器降低发生在A级放大器、B类放大器和AB类放大器上的放大效率退化，因此D类放大器被广泛使用。
D类放大器是数字放大器，其中，所述数字放大器将以模拟形式输入的音频信号转换为数字信号，对经数字转换的音频信号执行信号处理(诸如噪声消除等)，并对经数字转换的音频信号进行放大。经数字转换的音频信号被放大为处于高压电平的信号。这里，由开关放大器执行放大操作。处于高压电平和低压电平的电源被提供给开关放大器。开关放大器根据输入到开关放大器的数字信号来执行开关操作，从而分别输出处于高压电平的音频信号和处于低压电平的音频信号。
数字放大器具有高放大效率。然而，输出音频信号的声音是生硬的而不是柔和的。例如，“生硬的声音”相应于机械声音或具有单调声调的声音，“柔和的声音”相应于谐音或具有柔和声调的声音。另外，由于由数字放大器产生的谐波分量可发生声音的简单失真。
另外，当由开关放大器执行开关操作时，发生开关噪声。此外，开关噪声造成开关放大器的信噪比(SNR)降低。此外，电源噪声(诸如涟波)存在于提供给开关放大器的电源中。电源噪声也造成SNR降低。另外，在开关放大期间发生的开关损耗和开关驱动信号的下降时间和上升时间的延迟造成输出音频信号的非线性。
因此，需要提供一种可解决涉及单调声音、SNR降低和非线性的问题的方法和设备。
发明内容
技术问题
本发明构思提供一种用于输出音频信号的方法和设备，其中，所述方法和设备可提高音频信号的音质。
本发明构思还提供一种用于输出音频信号的方法和设备，其中，所述方法和设备可实现与真空管相应的声音并可同时执行高速开关放大操作。
本发明构思还提供一种用于输出音频信号的方法和设备，其中，所述方法和设备可实现与真空管相应的声音并可同时降低可在开关放大操作期间发生的噪声和非线性，借此提高音频信号的音质。
解决方案
根据本发明构思的一方面，提供一种用于输出音频信号的设备，所述设备包括：调制和放大单元，用于对输入音频信号进行脉冲调制和开关放大并产生与输入音频信号相应的放大的信号；真空管放大单元，将真空管信号输入到调制和放大单元，其中，通过对放大的信号进行衰减并将真空管的谐波添加到放大的信号来产生所述真空管信号。
真空管放大单元可包括：真空关衰减器，通过将预定负增益值和二次谐波两者施加到放大的信号来产生真空管信号。
真空管衰减器可包括：真空管放大器，具有预定负增益值，并通过施加预定负增益值来对放大的信号进行负放大并输出负放大的信号。
调制和放大单元可包括：脉冲信号产生单元，接收输入音频信号并通过脉冲调制来产生与输入音频信号相应的调制的信号；驱动器，产生与调制的信号相应并控制开关放大操作的驱动信号；功率开关放大单元，用于通过响应于驱动信号执行开关放大操作来输出放大的信号。
脉冲信号产生单元可通过从输入音频信号减去真空管信号来产生校正后的音频信号，并可通过对校正后的音频信号进行脉冲调制来产生调制的信号。
脉冲信号产生单元可包括：三角积分调制器(SDM)，用于通过对输入音频信号进行三角积分调制来输出调制的信号。
三角积分调制器(SDM)可包括：加法器，用于从输入音频信号减去真空管信号；环路滤波器，用于接收加法器的输出信号，对加法器的输出信号进行积分和输出；量化单元，用于对环路滤波器的输出信号进行量化并输出调制的信号。
SDM可还包括高阶1比特单回路SDM。
功率开关放大单元可包括响应于驱动信号被打开或关闭的放大器，并可包括用于执行开关放大操作的至少一个开关元件。
至少一个开关元件可包括从由氮化镓(GaN)晶体管、砷化镓(GaAs) 晶体管和碳化硅(SiC)晶体管组成的组选择的至少一个。
脉冲信号产生单元可通过使用具有第一频率的第一载波信号或第一采样时钟信号对一个信道中的输入音频信号进行脉冲调制来产生调制的信号，并且驱动器可通过使用具有第二频率的第二载波信号或第二采样时钟信号对调制的信号进行脉冲调制来产生驱动信号。
第二频率的值可等于或大于第一频率的值。
根据本发明构思的另一方面，提供一种输出音频信号的设备，所述设备包括：真空管放大单元，通过将真空管的谐波添加到输入音频信号来产生真空管信号；脉冲信号产生单元，产生与真空管信号相应并被脉冲调制的调制的信号；驱动器，用于产生与调制的信号相应并控制开关放大操作的驱动信号；功率开关放大单元，用于通过响应于驱动信号执行开关放大操作来输出放大的信号。
所述设备可还包括反馈回路。
反馈回路可包括：衰减器，通过将预定负增益值施加到放大的信号来对放大的信号进行衰减；加法器，用于将通过从输入音频信号减去衰减器的输出信号而产生的校正后的音频信号发送到真空管放大单元。
根据本发明构思的另一方面，提供一种输出音频信号的方法，所述方法包括：对输入音频信号进行脉冲调制和开关放大；产生与输入音频信号相应的放大的信号；将真空管信号反映到输入音频信号，其中，通过对放大的信号进行衰减并将真空管的谐波添加到放大的信号来产生所述真空管信号。
根据本发明构思的另一方面，提供一种输出音频信号的方法，所述方法包括：通过将真空管的谐波添加到输入音频信号来产生真空管信号；产生与真空管信号相应并被脉冲调制的调制的信号；产生与调制的信号相应并控制开关放大操作的驱动信号；并通过响应于驱动信号执行开关放大操作来输出放大的信号。
根据本发明构思的另一方面，提供一种输出音频信号的设备，所述设备包括：调制器和放大器，产生与输入音频信号相应的放大的信号；真空管放大器，输入真空管信号，其中，通过对放大的信号进行衰减并将真空管放大器的调制器和放大器谐波添加到放大的信号来产生所述真空管信号。真空管放大器可包括真空管衰减器，其中，所述真空管衰减器通过将预定负增益值施加到放大的信号并将二次谐波添加到放大的信号来产生真空管信号。
有益效果
根据一个或更多个实例性实施例的输出音频信号的设备和方法，通过将真空管的谐波与音频信号进行混合来执行脉冲调制操作。因此，可输出具有与真空管相应的柔和声音的音频信号。另外，可提高输出音频信号的音质。
此外，在根据一个或更多个实例性实施例的输出音频信号的设备和方法中，通过使用包括可高速运行的开关元件的功率开关放大单元根据高频来执行开关放大操作。因此，可使开关噪声最小化，并可提高信噪比(SNR)。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的上述和其他特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是示出根据示例性实施例的用于输出音频信号的设备的框图；
图2是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备的框图；
图3是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备的框图；
图4A至图4C示出将由图3中示出的用于输出音频信号的设备输入/输出的信号；
图5是示出由图1中示出的真空管放大单元输出的信号的分量的曲线图；
图6A和图6B示出将由图1中示出的设备输出的信号；
图7是示出根据示例性实施例的信号处理方法的流程图；
图8是示出根据另一示例性实施例的信号处理方法的流程图；
图9是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备的框图；
图10是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备的框图；以及
图11是示出根据另一示例性实施例的信号处理方法的流程图。
具体实施方式
如在此使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或更多个的任意组合和全部组合。当诸如“……中的至少一个”的表达位于一列元件之后时，所述表达修饰整列元件而不修饰所述列中的单个元件。
现将参照附图对本发明构思进行更全面的描述，在所述附图中，本发明构思的示例性实施例被示出。
模拟放大器可以是A级模拟放大器、B类模拟放大器或AB类模拟放大器。A类模拟放大器、B类模拟放大器和AB类模拟放大器均使用晶体管或真空管作为它们各自的输出单元，并保证输出音频信号的线性。模拟放大器具有极好的线性但电源使用效率比数字放大器低的多。另外，由于低电源使用效率，热量可从模拟放大器散发。结果，模拟放大器的老化特性受到不利影响。此外，由于低电源使用效率，可增加模拟放大器的内部元件的尺寸以达到高输出，并且可增加模拟放大器的尺寸。
然而，模拟放大器具有输出音频信号的良好的线性并可从真空管实现足够的声音。
以下，将详细描述用于输出音频信号的方法和设备，借此使用真空管来实现数字放大器以通过去除数字放大器的缺点提高音频信号的线性并实现足够的声音。
图1是示出根据示例性实施例的用于输出音频信号的设备100的框图。
参照图1，根据本示例性实施例的用于输出音频信号的设备100可包括调制和放大单元110和真空管放大单元120。
调制和放大单元110可对输入音频信号S_IN进行脉冲调制和开关放大以产生与输入音频信号S_IN相应的放大的信号S_OUT。
真空管放大单元120可对放大的信号S_OUT进行衰减并将真空管信号 S1输入到调制和放大单元110。通过将真空管的二次谐波添加到放大的信号 S_OUT将真空管信号S1产生到调制和放大单元110。
真空管的二次谐波是当预定信号通过真空管元件(即，真空管放大单元 120)时产生的信号分量。真空管的二次谐波指示具有作为预定信号的频率的偶数倍的频率的二次谐波，其中，所述预定信号被输入到真空管元件。二次谐波通过增强预定信号来产生整体声音谐波和柔和声调。因此，真空管信号 S1包括放大的信号S_OUT的原始频率信号分量和与原始频率信号分量相应的二次谐波。以下将参照图5详细描述上述二次谐波。
图2是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备200的框图。
参照图2，用于输出音频信号的设备200包括调制和放大单元210和真空管放大单元220。由于图2中示出的用于输出音频信号的设备200的调制和放大单元210和真空管放大单元220分别与图1中示出的调制和放大单元 110和真空管放大单元120相应，所以将省略对调制和放大单元210和真空管放大单元220的多余描述。
调制和放大单元210包括脉冲信号产生单元211、驱动器212和功率开关放大单元213。
将输入音频信号S_IN输入到脉冲信号产生单元211，并且脉冲信号产生单元211产生与输入音频信号S_IN相应并被脉冲调制的调制的信号。
具体说来，脉冲信号产生单元211通过从输入音频信号S_IN减去真空管信号S1来产生校正后的音频信号(未示出)，并通过对校正后的音频信号 (未示出)进行脉冲调制来产生调制的信号S2。
例如，脉冲信号产生单元211可包括脉宽调制(PWM)单元(未示出) 或脉冲密度调制(PDM)单元(未示出)。
例如，当脉冲信号产生单元211包括PWM单元(未示出)时，脉冲信号产生单元211通过对输入音频信号S_IN进行脉宽调制来产生脉宽调制的信号作为调制的信号S2。
具体说来，PWM单元(未示出)将作为具有预定频率的载波信号的第一载波信号与作为模拟信号的输入音频信号S_IN进行比较。另外，PWM单元(未示出)根据比较结果产生与输入音频信号S_IN相应的脉宽调制信号作为调制的信号S2。例如，通过将载波信号的电平与输入音频信号S_IN的电平进行比较，PWM单元(未示出)可在输入音频信号S_IN的电平高于载波信号的电平的区段产生处于逻辑高电平的调制的信号S2，并可在输入音频信号S_IN的电平低于载波信号的电平的区段产生处于逻辑低电平的调制的信号S2。
作为另一示例，当脉冲信号产生单元211包括PDM单元(未示出)时，脉冲信号产生单元211通过使用第一采样时钟信号对输入音频信号S_IN进行脉冲密度调制来产生脉冲密度调制的信号作为调制的信号S2，其中，第一采样时钟信号是具有预定频率的采样时钟信号。例如，PDM单元(未示出)可包括三角积分调制器(SDM)。
以下，在脉冲信号产生单元211中使用的第一载波信号和第一采样时钟信号的频率称为第一频率。
驱动器212产生与调制的信号S2相应的驱动信号S3，并且驱动信号S3 用于控制开关放大操作。
功率开关放大单元213通过响应于驱动信号S3执行开关放大操作来产生放大的信号S_OUT。
真空管放大单元220可包括真空管衰减器221，其中，真空管衰减器221 通过将预定负增益值施加到放大的信号S_OUT并通过将二次谐波添加到放大的信号S_OUT来产生真空管信号S1。
具体说来，由于作为功率开关放大单元213的输出信号的放大的信号 S_OUT是具有高电压的信号，因此在放大的信号S_OUT没有任何改变的情况下将放大的信号S_OUT输入到脉冲信号产生单元211时，由于高输入电压可发生振荡。因此，真空管衰减器221根据输入音频信号S_IN的电平降低放大的信号S_OUT的电压电平以便防止这种振荡。
在通过功率开关放大单元213后输出的真空管信号S1包括真空管分量并具有衰减的振幅。
具体说来，真空管衰减器221可被配置为具有预定负增益值的真空管放大器，并通过施加预定负增益值来对放大的信号S_OUT进行负放大和输出。这里，可根据用于输出音频信号的设备200的额定输出、规格等对预定负增益值进行优化和设置。可由用于输出音频信号的设备200或用户调整设置。例如，预定负增益值可被设置为通过根据输入音频信号S_IN的电平降低放大的信号S_OUT的电平获得的增益值。
图3是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备300的框图。图3中用于输出音频信号的设备300更详细地示出了图2中示出的用于输出音频信号的设备200。具体地讲，由于脉冲信号产生单元310、驱动器 320、功率开关放大单元330和真空管放大单元340分别与脉冲信号产生单元 211、驱动器212、功率开关放大单元213和真空管放大单元220相应，所以将省略图2的多余描述。另外，与图2中示出的用于输出音频信号的设备200不同，用于输出音频信号的设备300可还包括低通滤波器350和扬声器单元 360。
在用于输出音频信号的设备300中，脉冲信号产生单元310包括三角积分调制器(SDM)。以下，脉冲信号产生单元310被称为SDM310。
具体说来，SDM310通过对输入音频信号S_IN进行三角积分调制来输出调制的信号S2。详细地，SDM310通过执行噪声整形操作来输出噪声分量被过滤的调制的信号S2，借此将包括在输入音频信号S_IN中的噪声分量移动到不同于有效频带的带外。噪声分量可包括在开关放大操作期间发生的开关噪声，包括在供应的电力中的噪声等。
另外，SDM310可包括高阶1比特单回路SDM。高阶1比特单回路SDM 将包括在输入音频信号S_IN中的噪声分量进一步移动到不同于有效频带的带外，导致高噪声过滤性能。
SDM310包括加法器311、环路滤波器312和量化单元314。另外，SDM 310可还包括时钟产生器313。
加法器311从输入音频信号S_IN减去真空管信号S1。
具体说来，真空管信号S1和输入音频信号S_IN被输入到加法器311。另外，加法器311通过从输入音频信号S_IN减去真空管信号S1来输出校正后的音频信号S_IN1。通过使用加法器311将真空管信号S1的值反映到输入音频信号S_IN来产生校正后的音频信号S_IN1，使得SDM310可根据用于输出音频信号的设备300的目标增益或最大额定输出来执行精确增益控制。
具体说来，SDM310包括加法器311，借此鉴于放大的信号S_OUT的增益和相位来调整被输入到SDM310的环路滤波器312的校正后的音频信号 S_IN1的增益和相位中的至少一个。因此，SDM310可根据用于输出音频信号的设备300的目标增益或最大额定输出来执行精确增益控制。
作为加法器311的输出信号的校正后的音频信号S_IN1被输入到环路滤波器312，并且环路滤波器312对输入的校正后的音频信号S_IN1进行积分和输出。
具体说来，环路滤波器312包括通过使用至少一个积分器(未示出)来对校正后的音频信号S_IN1进行积分的至少一个积分器(未示出)。另外，环路滤波器312根据预定噪声传递函数(NTF)朝外部频带对包括在校正后的音频信号S_IN1中的噪声进行整形。
从环路滤波器312输出的信号被输入到量化单元314，并且量化单元314 对输入信号进行量化并产生脉冲信号形式的调制的信号S2。
时钟产生器313产生用于设置环路滤波器312的采样周期的时钟信号 S_CLK，以将具有第一频率的时钟信号S_CLK提供给环路滤波器312。因此，环路滤波器312通过使用作为采样时钟信号的具有第一频率的时钟信号 S_CLK来执行积分操作。
如上所述，图3中示出的用于输出音频信号的设备300通过包括SDM310 作为脉冲信号产生单元310来执行噪声整形操作，借此过滤包括在用于输出音频信号的设备300中发生的量化噪声、电源噪声和电源开关噪声等的噪声分量，并过滤包括在输入音频信号S_IN中的噪声分量。
另外，将调制的信号S2输入到驱动器320。驱动器320可根据作为输入信号的调制的信号S2产生用于控制开关放大操作的至少一个驱动信号S3。使用布置在功率开关放大单元330中的至少一个开关元件332来执行开关放大操作。驱动信号S3是用于控制开关元件332的打开或关闭的开关控制信号。
具体说来，驱动器320可包括脉冲调制单元(未示出)，其中，所述脉冲调制单元输出用于打开或关闭开关元件332的脉冲形式的信号。
当驱动器320被配置为如关于图2的脉冲信号产生单元211描述的脉冲调制单元(未示出)时，作为驱动器320的脉冲调制单元(未示出)可包括 PWM单元(未示出)或PDM单元(未示出)。因此，驱动320通过使用具有第二频率的第二采样时钟信号和第二载波信号来执行脉冲调制操作。
功率开关放大单元330响应于驱动信号S3被打开或关闭并可包括放大器 331，其中，放大器331包括用于执行开关放大操作的至少一个开关元件332。在图3中，一个开关元件332包括在放大器331中。
高电源电压+VDD和低电源电压-VDD被提供给放大器331。放大器331 响应于驱动信号S3输出在高电源电压+VDD与低电源电压-VDD之间转变的放大的信号S_OUT。
详细地，包括在放大器331中的开关元件332包括来自氮化镓(GaN) 晶体管、砷化镓(GaAs)晶体管和碳化硅(SiC)晶体管中的至少一个。
GaN晶体管和GaAs晶体管具有短传播延迟并可在高电压下高速运行。这里，传播延迟指示用于打开晶体管的控制信号被输入到晶体管的栅极并随后饱和的电压信号被输出到作为晶体管的输出端子的源端子或漏端子的时间。
放大的信号S_OUT的处于逻辑高电平的电源电压+VDD越高，从0V上升到高电源电压所需的传播延迟时间越长。因此，为了实施达到高输出的用于输出音频信号的设备300，需要高速执行功率开关操作，并且放大的信号 S_OUT需要从0V转变到高电源电压+VDD。
当GaN晶体管或GaAs晶体管被用作用于执行功率开关操作的开关元件 332时，可高速执行功率开关操作。
另外，由于高速执行功率开关操作，因此可使开关噪声最小化，并且可增加用于输出音频信号的设备300的信噪比(SNR)。
另外，用作开关元件的GaN晶体管可以是GaN异质结场效应晶体管 (GaN HFET)。
如上所述，具有高频的驱动信号S3对于高速驱动功率开关放大单元330 是必要的。因此，第二频率可等于或大于第一频率。
低通滤波器350将从功率开关放大单元330输出的放大的信号S_OUT 解调为模拟音频信号并输出解调后的信号。也就是说，由于从功率开关放大单元330输出的信号是数字信号，所以低通滤波器350将数字信号转换为模拟信号并输出模拟信号。
扬声器单元360将低通滤波器350的输出信号转换为可被用户的耳朵识别的物理振动信号，并输出所述信号。
图4A至图4C示出将由图3中示出的用于输出音频信号的设备输入/输出的信号。详细地，图4A示出输入音频信号S_IN的信号波形，图4B示出从真空管放大单元340输出的真空管信号S1的信号波形，图4C示出从加法器311输出的校正后的音频信号S_IN1。在图4A至图4C中，x轴表示时间， y轴表示作为信号的幅度的电压电平。
参照图4A，输入音频信号S_IN410从时间t1到时间t2被输入作为处于逻辑高电平的信号。
参照图4B，当输入音频信号S_IN410通过脉冲信号产生单元310、驱动器320和功率开关放大单元330时，需要预定时间。因此，真空管信号S1420 与输入音频信号S_IN410进行比较并具有与时间(t3-t1)相应的延迟时间。
参照图4C，通过从输入音频信号S_IN410减去真空管信号S1420来输出校正后的音频信号S_IN1430。
环路滤波器312对校正后的音频信号S_IN1430进行积分和输出，借此将作为从功率开关放大单元330实际输出的放大的信号S_OUT的相位和振幅调整为与放大的信号S_OUT的目标相位和目标振幅相同。
图5是示出由图1中示出的真空管放大单元340输出的信号的分量的曲线图。在图5中，x轴表示频率，y轴表示信号的振幅。
参照图5，由真空管放大单元340输出的音频信号包括多个信号分量550、 551、552和553。信号分量550表示具有作为放大的信号S_OUT的主频的基频1k的音频信号分量。曲线图551和553表示与二次谐波相应的音频信号分量，其中，所述二次谐波是当音频信号通过真空管放大单元340时产生的真空管分量。曲线图552表示三次谐波。这里，三次谐波指示具有作为基频1k 的奇数倍的频率的信号分量。
如上所述，二次谐波通过对作为基本音的目标音频信号进行增强来产生具有柔和声调的整体声音。另外，可获得声音的自然感，可表达声音中的微妙变化，可获得可在广域上听到的柔和声音。
与此相反，三次谐波具有单调声调或机械声并被认为是简单噪声。因此，三次谐波造成基本声音的简单失真。
包括图5中示出的信号分量的真空管信号S1被输入到脉冲信号产生单元 310并被脉冲调制。因此，最后输出的放大的信号S_OUT和低通滤波器350 和扬声器单元360的输出信号包括真空管分量。因此，图1、图2或图3中示出的用于输出音频信号的设备100、200或300可输出具有柔和声音的音频信号。
图6A和图6B示出将由图1中示出的设备输出的信号。图6A表示不包括作为真空管分量的二次谐波的放大的信号S_OUT610。图6B表示包括作为真空管分量的二次谐波的放大的信号S_OUT620。由于图6A和图6B中示出的t1、t2、t3和t4分别与图4A、图4B和图4C中示出的t1、t2、t3和t4 相应，因此将省略图4的多余描述。
参照图6A和图6B，在将包括作为真空管分量的二次谐波的放大的信号 S_OUT620与不包括作为真空管分量的二次谐波的放大的信号S_OUT610进行比较的情况下，由于真空管分量，放大的信号S_OUT620的逻辑高电平可从V1增大到V2。
图7是示出根据示例性实施例的信号处理方法700的流程图。图7中示出的信号处理方法700可由图1、图2或图3中示出的用于输出音频信号的设备100、200或300执行。以下，将参照图3和图7描述根据本实例性实施例的信号处理方法700。
参照图7，在操作710，根据本实施例的信号处理方法700包括输入音频信号S_IN的脉冲调制和开关放大以及产生与输入音频信号S_IN相应的放大的信号S_OUT。操作710由图1的调制和放大单元110执行。另外，操作710 可由与图1的调制和放大单元110相应的图3的脉冲信号产生单元310、驱动器320和功率开关放大单元330执行。
在操作720，信号处理方法700还包括将真空管信号反映到输入音频信号S_IN上，其中，通过对在操作710中产生的放大的信号S_OUT进行衰减并通过将真空管的谐波添加到放大的信号S_OUT来产生所述真空管信号。具体说来，操作720可包括通过将预定负增益值施加到放大的信号S_OUT并通过将二次谐波添加到放大的信号S_OUT来产生(未示出)真空管信号S1，并从输入音频信号S_IN减去(未示出)真空管信号S1。这里，可由真空管放大单元340执行产生真空管信号S1的步骤。可由加法器311执行从输入音频信号S_IN减去真空管信号S1的步骤。
如参照图1至图6详细描述，图7中示出的信号处理方法700包括与图 1、图2或图3中示出的用于输出音频信号的设备100、200或300的操作配置相同的技术精神。因此，将省略图1至图6的多余描述。
图8是示出根据本发明构思的另一实施例的信号处理方法800的流程图。由于图8的操作810和830分别与图7的操作710和720相应，因此将省略图7的多余描述。将参照图3和图8描述根据本实例性实施例的信号处理方法800。
参照图8，在操作815，产生与输入音频信号S_IN相应并被脉冲调制的调制的信号S2。具体说来，操作815可包括通过校正后的音频信号S_IN1的三角积分调制(SMD)来产生调制的信号，其中，通过从输入音频信号S_IN 减去真空管信号S1来获得所述校正后的音频信号S_IN1。由脉冲信号产生单元310执行操作815。
在操作820，产生与在操作815产生的调制的信号S2相应并被用于控制开关放大操作的驱动信号S3。由驱动器320执行操作820。
在操作825，通过响应于驱动信号S3执行开关放大操作来输出放大的信号S_OUT。操作825包括：通过使用响应于驱动信号S3被打开或关闭的至少一个开关元件来执行(未示出)开关放大操作，并通过开关放大操作来产生和输出放大的信号S_OUT。这里，开关元件可包括GaN晶体管、GaAs晶体管和SiC晶体管中的至少一个。由功率开关放大单元330执行操作825。
如参照图1至图6详细描述，图8中示出的信号处理方法800包括与图 2或图3中示出的用于输出音频信号的设备200或300的操作配置相同的技术精神。因此，将省略图1至图6的多余描述。在操作720，信号处理方法 700还包括将真空管信号反映到输入音频信号S_IN，其中，通过对在操作710 产生的放大的信号S_OUT进行衰减并通过将真空管的谐波添加到放大的信号S_OUT来产生所述真空管信号。
图9是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备900的框图。
参照图9，根据本实例性实施例的用于输出音频信号的设备900包括真空管放大单元910、脉冲信号产生单元930、驱动器940和功率开关放大单元 950。这里，包括脉冲信号产生单元930、驱动器940和功率开关放大单元950 的块构造与图1的调制和放大单元110相应。
真空管放大单元910通过将真空管的谐波添加到输入音频信号S_IN来产生真空管信号S1。除真空管放大单元910被布置在脉冲信号产生单元930 的前端并且负增益未施加到输入信号之外，真空管放大单元910与图1、图2 或图3中示出的真空管放大单元120、220或340相同。因此，将省略真空管放大单元910的详细描述。
脉冲信号产生单元930产生与真空管信号S1相应并被脉冲调制的调制的信号S2。由于脉冲信号产生单元930与图2或图3中示出的脉冲信号产生单元211或310相同，因此将省略脉冲信号产生单元930的详细描述。
驱动器940产生与由脉冲信号产生单元930发送的调制的信号S2相应的驱动信号S3，并且驱动信号S3被用于控制开关放大操作。由于驱动器940 与上述驱动器212或320相同，因此将省略驱动器940的详细描述。
功率开关放大单元950通过响应于驱动信号S3执行开关放大操作来输出放大的信号S_OUT。由于功率开关放大单元950与上述功率开关放大单元213 或330相同，因此将省略功率开关放大单元950的详细描述。
图10是示出根据另一示例性实施例的用于输出音频信号的设备1000的框图。图10中示出的用于输出音频信号的设备1000更详细地示出了图9中示出的用于输出音频信号的设备900。由于包括在用于输出音频信号的设备 1000中的真空管放大单元1010、脉冲信号产生单元1030、驱动器1040和功率开关放大单元1050分别与真空管放大单元910、脉冲信号产生单元930、驱动器940和功率开关放大单元950相应，因此将省略图9的多余描述。
参照图10，真空管放大单元1010通过将真空管的谐波添加到输入音频信号S_IN来产生真空管信号S1。
由于脉冲信号产生单元1030、驱动器1040和功率开关放大单元1050分别与参照图3描述的脉冲信号产生单元310、驱动器320和功率开关放大单元330相应，所以将省略脉冲信号产生单元1030、驱动器1040和功率开关放大单元1050的详细描述。
用于输出音频信号的设备1000可还包括反馈回路。这里，反馈回路1080 包括衰减器1081和加法器1082。
衰减器1081通过将预定负增益值施加到放大的信号S_OUT对放大的信号S_OUT进行衰减。详细地，衰减器1081可将放大的信号S_OUT衰减为处于与输入音频信号S_IN的电平相同或相似的电平。
加法器1082将校正后的音频信号S_IN1输入到真空管放大单元1010，其中，通过从输入音频信号S_IN减去衰减器1081的输出信号S4来产生所述校正后的音频信号。
当用于输出音频信号的设备1000还包括反馈回路1080时，真空管放大单元1010通过将真空管的谐波添加到校正后的音频信号S_IN1来产生真空管信号S1。
另外，用于输出音频信号的设备1000可还包括低通滤波器1060和扬声器单元1070。由于低通滤波器1060和扬声器单元1070分别与图3的低通滤波器350和扬声器单元360相应，所以将省略低通滤波器1060和扬声器单元 1070的详细描述。
图11是示出根据另一示例性实施例的信号处理方法1100的流程图。可由图10中示出的用于输出音频信号的设备1000执行图11的信号处理方法 1100。以下，将参照图10和图11描述根据本实例性实施例的信号处理方法 1100。
参照图11，在操作1110，通过将真空管的谐波添加到输入音频信号S_IN 来产生真空管信号S1。另外，当用于输出音频信号的设备1000还包括反馈回路1080时，可通过将真空管的谐波添加到校正后的音频信号S_IN1来产生真空管信号S1。由真空管放大单元1010执行操作1110。
在操作1120，产生与真空管信号S1相应并被脉冲调制的调制的信号S2。由脉冲信号产生单元1030执行操作1120。
在操作1130，产生与调制的信号S2相应并被用于控制开关放大操作的驱动信号S3。可由驱动器1040执行操作1130。
在操作1140，通过响应于驱动信号S3执行开关放大操作来输出放大的信号S_OUT。由功率开关放大单元1050执行操作1140。
图11中示出的信号处理方法1100包括与图10中示出的用于输出音频信号的设备1000的操作构造相同的技术精神。因此，将省略图10的多余描述。
如上所述，在根据一个或更多个实例性实施例的输出音频信号的设备和方法中，由将真空管的混合谐波与音频信号混合来执行脉冲调制操作。因此，可输出具有与真空管相应的柔和声音的音频信号。另外，可提高输出音频信号的音质。
此外，在根据一个或更多个实例性实施例的输出音频信号的设备和方法中，通过使用包括可高速运行的开关元件的功率开关放大单元根据高频来执行开关放大操作。因此，可使开关噪声最小化，并可提高信噪比(SNR)。
本发明也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随后可由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、软盘和光学数据存储装置等。计算机可读记录介质也可被分布在联网的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布式方式被存储并被执行。
虽然已经参照本发明的优选示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解：在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其做出形式和细节上的各种改变。所述优选实施例应被视为仅仅是描述性意义并不是为了限制的目的。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述来限定，而是由权利要求来限定，并且所述范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种用于输出音频信号的设备，所述设备包括：
调制和放大单元，用于对输入音频信号进行脉冲调制和开关放大，并产生与输入音频信号相应的放大的信号；以及
真空管放大单元，通过对所述放大的信号进行衰减并将真空管的二次谐波添加到经衰减的所述放大的信号来产生真空管信号，并将产生的真空管信号输出到调制和放大单元作为输入，
其中，真空管放大单元将负增益值施加到所述放大的信号，并根据输入音频信号的电压电平降低所述放大的信号的电压电平。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，调制和放大单元包括：
脉冲信号产生器，接收输入音频信号并通过脉冲调制来产生与输入音频信号相应的调制的信号；
驱动器，产生与调制的信号相应并控制开关放大操作的驱动信号；以及
功率开关放大器，用于通过响应于驱动信号执行开关放大操作来输出所述放大的信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，脉冲信号产生器通过从输入音频信号减去真空管信号来产生校正后的音频信号，并通过对校正后的音频信号进行脉冲调制来产生调制的信号。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，脉冲信号产生器包括：三角积分调制器(SDM)，用于通过对输入音频信号进行三角积分调制来输出调制的信号，并且
其中，三角积分调制器(SDM)包括：加法器，从输入音频信号减去真空管信号；环路滤波器，接收加法器的输出信号，对加法器的输出信号进行积分和输出；量化器，对环路滤波器的输出信号进行量化并输出量化的信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，SDM还包括高阶1比特单回路SDM。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，功率开关放大器包括响应于驱动信号被打开或关闭的放大器，并包括用于执行开关放大操作的至少一个开关元件。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，放大器中的至少一个开关元件包括从由氮化镓(GaN)晶体管、砷化镓(GaAs)晶体管和碳化硅(SiC)晶体管组成的组选择的至少一个开关元件。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，脉冲信号产生器通过使用具有第一频率的第一载波信号或第一采样时钟信号对一个信道中的输入音频信号进行脉冲调制来产生调制的信号，驱动器通过使用具有第二频率的第二载波信号或第二采样时钟信号对调制的信号进行脉冲调制来产生驱动信号。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，第二频率的值等于或大于第一频率的值。
10.一种输出音频信号的方法，所述方法包括：
对输入音频信号进行脉冲调制和开关放大，并产生与输入音频信号相应的放大的信号；并且
通过对所述放大的信号进行衰减并将真空管的二次谐波添加到经衰减的所述放大的信号来产生真空管信号，并将产生的真空管信号反映到输入音频信号，
其中，对所述放大的信号进行衰减的步骤包括：将负增益值施加到所述放大的信号，并根据输入音频信号的电压电平降低所述放大的信号的电压电平。
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