CN104967948B - 基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置。方法包括：音源信号经调制处理后生成(2L+1)个电平级的编码信号x；编码信号x和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s，进一步经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a；调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的反馈矢量信号b；状态矢量信号s经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号p；驱动矢量信号p经功率放大驱动多通道功放和换能器单元完成电声转换。本发明能够同时调整各个通道的幅值与相位，可以取得更好的空域指向性。

Description

基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置

技术领域

本发明涉及一种数字扬声器驱动方法和装置，特别涉及一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置。

背景技术

随着超大规模集成电路制造技术的迅速发展，电声产业的主导产品——扬声器系统的设计与制造逐渐向低功耗、微型化、便携式的方向发展。近些年来，随数字化浪潮带动下产生的半数字化扬声器系统，因其采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation——PWM)D类功放驱动技术，成功解决了功耗和发热问题，大幅度提升了整个系统的电声转换效率。但是，半数字化扬声器系统的后级仍然需要依靠体积庞大的LC低通模拟滤波器，以滤除数字脉冲调制信号的带外高频分量，将被调制的低频包络信号解调出来，从而完成数模转换过程。为了消除模拟LC滤波器的限制，突破扬声器单元的数字化瓶颈，提高扬声器系统的集成化水平，实现扬声器系统所有信号处理与传输环节的全部数字化，需要将扬声器单元纳入到数字编码环节中，真正实现扬声器单元的数字化编码，形成数字化扬声器系统，从而最终由扬声器单元及人耳自身结构的低通滤波特性，完成数字编码量到模拟振动量的转换，将数模转换环节移至电声转换的物理阶段予以实现，从而消除了传统系统中所包含的数模转换器件，避免了数模转换器所引入的各种电噪声。围绕着扬声器单元的数字化这一核心问题，近年来国内外多家研究机构的学者们已经开展了关于数字化编码调制、数字化功率驱动和数字化扬声器单元制作技术的较为广泛而深入的理论和实践研究，从而形成了以数字化扬声器系统设计为研究方向的全新研究领域。

具有指向性的扬声器可以应用在各种声学环境中，特别是在个人音频领域，可以为用户在不打扰他人的前提下，创造个性化的聆听空间。而数字扬声器由多单元组成，具有潜在的指向性能力。在文献“数字化阵列通道均衡和波束形成算法”(电声技术，2012年第36卷第11期)中，作者采用的基于数据抽取的FIR滤波器均衡和波束算法可以较好的解决此问题，但是此方法资源占有量较大，△-∑调制器数目等于通道数目，再加FIR滤波器，相较于一般的数字扬声器单△-∑调制器实现方法，其资源占有量至少提高一个量级，不适合数字扬声器的实际应用。在文献“A novel beam-forming loudspeaker system usingdigitally driven speaker system”(Audio Eng.Soc.127th Convention,ConventionPaper 7950,October 2009)中，作者提出了采用延迟寄存器来实现数字扬声器的指向性，此方法最大的优点是实现简单，占有资源量较少，但是其最大的缺点是只有调相功能，但是并没有调幅功能，因此旁瓣较高，指向性较弱。在文献“A Highly Directional Speakerwith Amplitude-Phase Control Using a Digitally Direct-Driven System”(2014IEEEInternational Conference on Consumer Electronics(ICCE))中，作者在调相功能的基础上加入了调幅功能，相比于只有调相功能可以取得更好的指向性。作者的调幅功能实现方式为将单脉冲宽度均分为N个等宽度的小脉冲，对于每个通道不同的幅度大小，选择不同个数的小脉冲，比如第一通道调幅系数为4，则选取4个小脉冲。此方法最主要的缺陷有两个：(1)、将原有脉冲均分为N个等宽度的小脉冲会进一步提高时钟采样频率，这会突破功率开关管的开关速率上限，从而会使开关管处于饱和状态，引入非线性失真，降低信号质量；(2)、对幅度系数大小有限制，首先幅度系数不能过大，否则开关管失真会过大，其次幅度系数只能为整数，无法实现任意幅度调相，因此此方法在实际中并不适用。

针对现有数字扬声器调幅调相的缺陷性，并结合低功耗、数字化与集成化发展需求，需要寻找性能优异、实现简单的数字扬声器调幅调相方法，以实现性能优异的指向性效果，同时资源占有量少。

发明内容

本发明的目的是克服现有数字扬声器系统中调幅调相存在的缺陷性，在基本不增加资源占有量和不降低基本性能的前提下，取得较好的指向性效果。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，如图1所示，包括如下步骤：

1)音源信号经调制处理后生成(2L+1)个电平级的编码信号x；

2)量化信号x和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s；

3)状态矢量信号s经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a；

4)调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的与步骤2中属性相同的下一反馈矢量信号b；

5)状态矢量信号s经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号p；

6)驱动矢量信号p经功率放大驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中的多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声信号。

在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中所述(2L+1)个电平级的量化信号x，其取值为区间[-L,L]范围内的任一整数，其中L为整数且L≥1。

在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中所述调制处理的步骤如下：

a)将音源信号转化为采样率为f_s、位宽为N的PCM编码信号；

b)将PCM编码信号通过升采样的插值低通滤波器处理，产生采样率为f_o、位宽仍为N的过采样的PCM编码信号，其中f_o＝O_sr×f_s，O_sr为过采样因子；

c)将过采样的PCM编码信号，经多比特△-∑调制处理后生成采样率仍为f_o、量化电平等级数为(2L+1)的PCM编码信号x，其中量化电平等级的数量满足条件：(2L+1)＜2^N。多比特△-∑调制处理是按照各种多比特△-∑调制器的设计方法——像高阶单级(Higher-Order Single-Stage)串行调制方法或者多级(Multi-Stage(Cascade、MASH))并行调制方法——进行调制器结构和参数设计，实现对插值滤波器输出的过采样信号进行噪声整形处理，将噪声能量推挤到可听频带之外的区域，保证了调制后信号在可听声频带内具有有足够高的信噪比。

在上述技术方案中，进一步地，步骤2)中所述选择处理后生成M通道状态矢量信号s的表达式如下：

s＝[s₁,s₂,…,s_M]，

其中M≥L，第i个通道的状态信号为s_i,i∈{1,2,…,M}，s_i的状态取值从“-1”、“0”、“1”三个状态值中选取且满足

在上述技术方案中，进一步地，步骤2)中所述选择处理步骤如下：

a)设定M通道的反馈信号矢量为b＝[b₁,b₂,…,b_M]，其中b_i代表第i个通道被选择的权重系数，对反馈信号矢量b按照从大到小的顺序进行排序，生成排序后的反馈信号矢量

b)根据各通道权重系数所处的位次，如果x≥0，将排序后的反馈信号矢量的前面x个较大值元素所对应通道的输出状态置为“1”，剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”；如果x＜0，将排序后的反馈信号矢量的后面-x个较小值元素所对应通道的输出状态置为“-1”，剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”；

c)将经选择处理后所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号s。

在上述技术方案中，进一步地，步骤3)中所述调幅处理步骤如下：

a)设定各通道的幅度向量系数为c＝[c₁,c₂,…c_M]；

b)将M通道状态矢量信号s与幅度向量系数c进行标量相除，生成调幅矢量信号a＝[s₁/c₁,s₂/c₂,…s_M/c_M]。

在上述技术方案中，进一步地，步骤4)中所述整形处理为多通道滤波处理，各通道所使用滤波器的传递函数均为其中H(z)是指阶数大于1的高通滤波器的传递函数。

在上述技术方案中，进一步地，步骤5)中所述调相处理的步骤如下：

a)设定各个通道的延迟时间为t＝[t₁,t₂,…t_M]；

b)转化为整数延迟为其中取最接近的最小整数。

在上述技术方案中，进一步地，步骤6)中所述功率放大驱动，是指当通道输出状态为“1”时，扬声器负载端线上的输入电压为V_c，当通道输出状态为“-1”时，扬声器负载端线上的输入电压为-V_c，当通道输出状态为“0”时，扬声器负载端线上的输入电压为0，其中V_c是指功放的供电电源电压值。

一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，如图2所示，其特征在于，包括：

一调制模块1，对音源信号进行调制编码，生成采样率为f_o、量化电平级为2L+1的PCM编码信号x；

一选择模块2，与所述调制模块1的输出端相连接,同时也与整形模块4的输出端相连接，生成M通道状态矢量信号s；

一调幅模块3，与所述选择模块2的输出端相连接，生成M通道调幅矢量信号a；

一整形模块4，与所述调幅模块3的输出端相连接，生成M通道下一反馈矢量信号b；

一调相模块5，与所述选择模块2的输出端相连接，生成M通道驱动矢量信号p；

一功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块6，与所述调相模块5的输出端相连，对调相模块5所输出M通道驱动矢量信号p进行功率放大，用于驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中的多个扬声器单元，由扬声器阵列或多音圈扬声器将数字编码信号转换为模拟声场信号。

在上述技术方案中，所述调制模块1，如图3所示，是由格式转化器模块7、插值滤波器模块8和多比特△-∑调制器模块9这三个模块组成，格式转化器模块7对音源信号进行编码格式转换，将音源信号转换为采样率为f_s、位宽为N的PCM编码信号；插值滤波器模块8对格式转化器模块7的输出信号进行升采样插值低通滤波处理，生成采样率为f_o、位宽仍为N的过采样的PCM编码信号，其中f_o＝O_sr×f_s，O_sr为过采样因子；多比特△-∑调制器模块9对插值滤波器模块8的输出信号进行多比特△-∑调制处理生成采样率仍为f_o、量化电平级为(2L+1)的PCM编码信号x。

在上述技术方案中，所述选择模块2，如图4所示，由排序模块10、正选择模块11、负选择模块12、选择器模块13组成，其中：

排序模块10是对选择模块2的输入反馈信号b按照从大到小的顺序进行排序并输出；

正选择模块11将排序模块10输出矢量的前面|x|个较大值元素所对应通道的输出状态置为“1”，将剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”，将所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号并输出；

负选择模块12将排序模块10输出矢量的后面|x|个较小值元素所对应通道的输出状态置为“-1”，将剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”，将所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号并输出；

选择器模块13将正选择模块11和负选择模块12的通道状态矢量信号选择输出，当x≥0时，输出正选择模块11的输出，当x＜0时，输出负选择模块12的输出。

在上述技术方案中，所述调幅模块3，如图5所示，由存储器模块14和除法模块15组成，其中：

存储器模块14储存各通道的幅度向量系数c＝[c₁,c₂,…c_M]；

除法模块15将状态矢量信号s与存储器模块14的输出c进行标量相除，输出调幅矢量信号a＝[s₁/c₁,s₂/c₂,…s_M/c_M]。

在上述技术方案中，所述整形模块4，如图6所示，由减法模块16、滤波处理模块17、最小值搜索模块18、加法模块19组成。

减法模块16将整形模块5的输入矢量信号a减去整形模块5的输出反馈矢量信号b，并将减法处理后的信号矢量输出；

滤波处理模块17将减法模块16的输出矢量信号进行多通道滤波处理后输出，各通道所使用滤波器的传递函数均为H(z)-1，其中H(z)为阶数大于1的高通滤波器的传递函数。

最小值搜索模块18接收滤波处理模块17处理后的信号，并通过多次比较处理搜索出这些通道上所传送数据的最小值，并将最小值的负数输出；

加法模块19将最小值搜索模块18的输出与滤波处理模块17的输出进行相加并输出，加法模块19的输出为反馈控制信号b。

在上述技术方案中，所述调相模块5，如图7所示，由延迟寄存器模块20组成。

在上述技术方案中，所述功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块6,如图8所示，由具有三态驱动能力的多通道数字功放21和换能器单元模块22组成；

具有三态驱动能力的多通道数字功放21接收调相模块5输出的M通道驱动矢量信号p并进行多通道功率放大处理，将各通道所送出的状态信号“-1”、“0”和“1”放大形成带有驱动能力的功率信号-V_c、0和V_c；

换能器单元模块22接收具有三态驱动能力的多通道数字功放21的输出信号并驱动扬声器阵列中的多音圈扬声器中的多个音圈或多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声场信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

A.本发明所采用的是三态编码，包含“-1”、“0”和“1”三种电平格式，在同等输入条件下，与仅包含“0”和“1”两种电平状态的传统二态编码相比，三态编码方式可以减少一半的通道数量，从而有效节约算法占用的硬件资源，降低硬件资源开销，节省硬件电力消耗，具有很好的节约电能特点，特别适合便携式消费类电子产品，能够明显提高锂电池供电产品的电池续航能力，同时本发明所提出方法能够有效提高前端输入信号的调制深度，增强系统的稳定性，进一步提高输出信号幅度，提升转换效率。

B.本发明所采用的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置,可以同时调整输出幅度和相位，因此能取得更好的指向性效果，仅通过除法器可以简单实现任意调幅功能，并不限制幅度大小和仅为整数，通过延迟器可以简单实现调相功能，资源占有率低，同时并没有提高时钟频率，因此并不会引入开关非线性失真，降低信号质量，本发明所提出方法能够在基本不提高资源占有率和降低信号质量的前提下，同时能够显著提高数字扬声器指向性。

附图说明

图1表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法的信号流程图；

图2表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动装置的实现框图；

图3表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中调制器模块的信号处理流程图；

图4表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中选择模块的结构图；

图5表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中调幅模块的结构图；

图6表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中整形模块的结构图；

图7表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中调相模块的结构图；

图8表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块的结构图；

图9给出了本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中调制器模块所使用多比特△-∑调制器的结构图；

图10给出了本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中具有三态驱动能力的多通道数字功放的驱动示意图；

图11给出了本发明所提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法与传统只有调相功能的数字扬声器指向性比较图，其中输入频率为3KHz；

图12给出了本发明所提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法与传统的基于温度计编码方法的合成信号输出频谱图，每个通道之间存在误差，大小为1％，其中输入频率为1KHz；

图13表示本发明提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法中调制器模块所使用的多比特△-∑调制器的参数名与相应参数值。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明所提出的一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置，通过使用本发明提出的调幅和调相方法，基本不提高资源占有率和降低信号质量的前提下，同时能够显著提高数字扬声器指向性。

制作一个依据本发明的一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动装置，其主体包括调制模块、选择模块、调幅模块、整形模块、调相模块、功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块。

1)调制器模块包含格式转化器模块、插值滤波器模块和多比特△-∑调制器模块，其中格式转化器模块将音源信号转换为16比特、44.1KHz的PCM编码信号输出；插值滤波器模块按2级FIR插值滤波器和1级CIC插值滤波器共3级滤波将格式转化器输出的16比特、44.1KHz的PCM编码信号转变为16比特、2.8224MHz(44.1KHz x 64)的PCM编码信号输出，第一级采用128阶FIR插值滤波器，过采样插值因子为2，第二级采用32阶FIR插值滤波器，过采样插值因子为2，第三级采用CIC插值滤波器，过采样因子为16；多比特△-∑调制器模块将插值滤波器输出的16比特、2.8224MHz的PCM编码信号转化为17等级、2.8224MHz MHz的PCM编码信号x输出，如图10所示，△-∑调制器采用的是6阶CIFB(Cascaded Integrators withDistributed Feedback)的拓扑结构,其系数如图13所示。

2)选择模块结构如图4所示，主要包括：排序模块、正选择模块、负选择模块和选择器模块。假设信号x为5，同时假设b值为[10，6，7，5，4，8，9，2]，则经过排序模块，其按从小到大的顺序下标为[8，4，5，3，2，6，7，1]，正选择模块根据从小到大的顺序下标对b中前5个最大的数对应的通道置1，其它通道置0，输出为[1，1，1，0，0，1，1，0]，负选择模块根据从小到大的顺序下标对b中后5个最小的数对应的通道置-1，其它通道置0，则输出为[0，-1，-1，-1，-1，0，0，-1]，因为x大于0，选择器模块输出为正选择模块的输出，其输出信号s为[1，1，1，0，0，1，1，0]。

3)调幅模块设置各通道幅度系数分别为[1，2，3，4，4，3，2，1]。

4)整形模块结构如图5所示，主要包括：减法模块、滤波处理模块、最小值搜索模块、加法模块。滤波器的传递函数为H(z)-1，其中H(z)采用二阶滤波器结构，其表达式为(1-z^-1)²。

5)延迟寄存器各通道都设为1，即指向正前方。

6)多通道数字功放和扬声器阵列或多音圈扬声器单元模块主要包括具有三态驱动能力的多通道数字功放和换能器单元模块组成，其具有三态驱动能力的多通道数字功放如图10所示,其中换能器单元为扬声器阵列，个数为8，间距为4cm。

图11给出了本发明所提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法与传统只有调相功能的数字扬声器指向性比较图，输入频率为3KHz，从图中可以看出，相比于只有调相功能的指向性图，本发明所提出的调幅调相方法，可以取得更好的指向性。

图12给出了本发明所提出的基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法与传统的基于温度计编码方法的正前方合成信号输出频谱图，每个通道存在1％的不匹配误差，从图中可以看出采用本发明的信噪比远大于采用温度计编码的信噪比，本发明在有误差情况下合成信噪比为117dB，基于温度计编码在有误差情况下的合成信噪比为74dB。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，包括如下步骤：

1)音源信号经调制处理后生成(2L+1)个电平级的PCM编码信号x；

2)PCM编码信号x和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s；

3)状态矢量信号s经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a；

4)调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的下一反馈矢量信号b；

5)状态矢量信号s经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号p；

6)驱动矢量信号p经功率放大驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中的多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声信号；

所述L为正整数；

所述步骤3)中所述调幅处理步骤如下：

a)设定各通道的幅度向量系数为c＝[c₁,c₂,…c_M]；

b)将M通道状态矢量信号s与幅度向量系数c进行标量相除，生成调幅矢量信号a＝[s₁/c₁,s₂/c₂,…s_M/c_M]；

所述步骤5)中所述调相处理的步骤如下：

a)设定各个通道的延迟时间为t＝[t₁,t₂,…t_M]；

b)转化为整数延迟为其中取最接近的最小整数，f_o为采样率。

2.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤1)中所述(2L+1)个电平级的PCM编码信号x，其取值为区间[-L,L]范围内的任一整数。

3.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤1)中所述调制处理的步骤如下：

a)将音源信号转化为采样率为f_s、位宽为N的PCM编码信号；

b)将PCM编码信号通过升采样的插值低通滤波器处理，产生采样率为f_o、位宽仍为N的过采样的PCM编码信号，其中f_o＝O_sr×f_s，O_sr为过采样因子；

c)将过采样的PCM编码信号，经多比特△-∑调制处理后生成采样率仍为f_o、量化电平等级数为(2L+1)的PCM编码信号x，其中量化电平等级的数量满足条件：(2L+1)＜2^N。

4.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤2)中所述选择处理后生成M通道状态矢量信号s的表达式如下：

s＝[s₁,s₂,…,s_M]，

其中M≥L，第i个通道的状态信号为s_i,i∈{1,2,…,M}，s_i的状态取值从“-1”、“0”、“1”三个状态值中选取且满足

5.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤2)中所述选择处理步骤如下：

a)设定M通道的反馈信号矢量为b＝[b₁,b₂,…,b_M]，其中b_i代表第i个通道被选择的权重系数，对反馈信号矢量b按照从大到小的顺序进行排序，生成排序后的反馈信号矢量

b)根据各通道权重系数所处的位次，如果x≥0，将排序后的反馈信号矢量的前面x个较大值元素所对应通道的输出状态置为“1”，剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”；如果x＜0，将排序后的反馈信号矢量的后面-x个较小值元素所对应通道的输出状态置为“-1”，剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”；

c)将经选择处理后所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号s。

6.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤4)中所述整形处理为多通道滤波处理，各通道所使用滤波器的传递函数均为H(z)-1，其中H(z)为阶数大于1的高通滤波器的传递函数。

7.根据权利要求1所述一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，其特征在于，所述步骤6)中所述功率放大驱动为当通道输出状态为“1”时，扬声器负载端线上的输入电压为V_c，当通道输出状态为“-1”时，扬声器负载端线上的输入电压为-V_c，当通道输出状态为“0”时，扬声器负载端线上的输入电压为0，其中V_c为功放的供电电源电压值。

8.一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，其特征在于，包括：

一调制模块(1)，用于对音源信号进行调制编码，生成量化电平级为2L+1的PCM编码信号x；

一选择模块(2)，与所述调制模块(1)的输出端相连接,同时也与整形模块(4)的输出端相连接，用于对PCM编码信号x和M通道反馈矢量信号b进行选择处理生成M通道状态矢量信号s；

一调幅模块(3)，与所述选择模块(2)的输出端相连接，用于对状态矢量信号s进行调幅处理生成M通道调幅矢量信号a；

一整形模块(4)，与所述调幅模块(3)的输出端相连接，用于对调幅矢量信号a进行整形处理生成M通道下一反馈矢量信号b；

一调相模块(5)，与所述选择模块(2)的输出端相连接，用于对状态矢量信号s进行调相处理生成M通道驱动矢量信号p；

一功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块(6)，与所述调相模块(5)的输出端相连，对调相模块(5)所输出M通道驱动矢量信号p进行功率放大，用于驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中的多个扬声器单元，由扬声器阵列或多音圈扬声器将数字编码信号转换为模拟声场信号；

所述调幅模块(3)由存储器模块(14)和除法模块(15)组成，其中：

存储器模块(14)，用于储存各通道的幅度向量系数c＝[c₁,c₂,…c_M]；

除法模块(15)，用于将状态矢量信号s与存储器模块(14)的输出c进行标量相除，输出调幅矢量信号a＝[s₁/c₁,s₂/c₂,…s_M/c_M]；

所述调相模块(5)由延迟寄存器模块(20)组成。

9.根据权利要求8所述的一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，其特征在于，所述调制模块(1)由格式转化器模块(7)、插值滤波器模块(8)和多比特△-∑调制器模块(9)三个模块组成；

格式转化器模块(7)，用于对音源信号进行编码格式转换，将音源信号转换为采样率为f_s、位宽为N的PCM编码信号；

插值滤波器模块(8)，用于对格式转化器模块(7)的输出信号进行升采样插值低通滤波处理，生成采样率为f_o、位宽仍为N的过采样的PCM编码信号，其中f_o＝O_sr×f_s，O_sr为过采样因子；

多比特△-∑调制器模块(9)，用于对插值滤波器模块(8)的输出信号进行多比特△-∑调制处理生成采样率仍为f_o、量化电平级为(2L+1)的PCM编码信号x。

10.根据权利要求8所述的一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，其特征在于，所述选择模块(2)由排序模块(10)、正选择模块(11)、负选择模块(12)、选择器模块(13)组成，其中：

排序模块(10)，用于对选择模块(2)的输入反馈信号b按照从大到小的顺序进行排序并输出；

正选择模块(11)，用于将排序模块(10)输出矢量的前面|x|个较大值元素所对应通道的输出状态置为“1”，将剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”，将所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号并输出；

负选择模块(12)，用于将排序模块(10)输出矢量的后面|x|个较小值元素所对应通道的输出状态置为“-1”，将剩余元素所对应通道的输出状态置为“0”，将所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通道状态矢量信号并输出；

选择器模块(13)，用于将正选择模块(11)和负选择模块(12)的通道状态矢量信号选择输出，当x≥0时，输出正选择模块(11)的输出，当x＜0时，输出负选择模块(12)的输出。

11.根据权利要求8所述的一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，其特征在于，所述整形模块(4)由减法模块(16)、滤波处理模块(17)、最小值搜索模块(18)、加法模块(19)组成；

减法模块(16)，用于将整形模块(5)的输入矢量信号a减去整形模块(5)的输出反馈矢量信号b，并将减法处理后的信号矢量输出；

滤波处理模块(17)，用于将减法模块(16)的输出矢量信号进行多通道滤波处理后输出，各通道所使用滤波器的传递函数均为H(z)-1，其中H(z)为阶数大于1的高通滤波器的传递函数；

最小值搜索模块(18)，用于接收滤波处理模块(17)处理后的信号，并通过多次比较处理搜索出这些通道上所传送数据的最小值，并将最小值的负数输出；

加法模块(19)，用于将最小值搜索模块(18)的输出与滤波处理模块(17)的输出进行相加并输出，加法模块(19)的输出为反馈控制信号b。

12.根据权利要求8所述的一种基于调幅和调相的数字扬声器装置，其特征在于，所述功率放大驱动多音圈扬声器单元或扬声器阵列模块(6),由具有三态驱动能力的多通道数字功放(21)和换能器单元模块(22)组成：

具有三态驱动能力的多通道数字功放(21)，用于接收调相模块(5)输出的M通道驱动矢量信号p并进行多通道功率放大处理，将各通道所送出的状态信号“-1”、“0”和“1”放大形成带有驱动能力的功率信号-V_c、0和V_c；

换能器单元模块(22)，用于接收具有三态驱动能力的多通道数字功放(21)的输出信号并驱动扬声器阵列中的多音圈扬声器中的多个音圈或多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声场信号。