CN108471571A - 一种音频功放及音频系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种音频功放及音频系统，包括功率放大单元、DSP处理单元、控制单元、模拟音频输入端口、数字音频输入端口及DANTE传输单元；DSP处理单元通过DANTE传输单元与数字音频输入端口相连接，接收数字音频信号；DSP处理单元与模拟音频输入端口相连接，接收模拟音频信号；DSP处理单元包括检测单元和切换单元，检测单元检测数字音频信号和模拟音频信号，切换单元根据检测结果切换输入模拟音频信号或数字音频信号，DSP处理单元处理数字音频信号或模拟音频信号、输出音频信号至功率放大单元放大；控制单元控制DSP处理单元工作。实施本发明能够实现数模信号的自动热备份，加强信号的持续性。

Description

一种音频功放及音频系统

技术领域

本发明涉及音频领域，更具体地说，涉及一种音频功放及音频系统。

背景技术

现有的音频系统的连接方式为串联，为保证系统安全性，需要一套备份系统，常用的备份系统是一套音源接入两套(一套为主输入信号输入设备，一套为备份输入信号输入设备)控制设备，该控制设备主要包括调音台和处理器，再由功放将主备信号同时接入进行备份。目前采用最多的数模备份一般为冷备份即当数字信号出现问题时需手动切换至模拟信号，在现有系统应用中，很多的场合功放的位置不在操作室，当作为主输入信号的数字音频信号丢失，需很长一段时间才可将信号切换为备份输入信号即模拟音频信号，这样对一场演出或会议会有很大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种一种音频功放及音频系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种音频功放，包括功率放大单元、DSP处理单元、控制单元、模拟音频输入端口、数字音频输入端口及DANTE传输单元；

所述DSP处理单元通过所述DANTE传输单元与所述数字音频输入端口相连接，接收所述数字音频输入端口输入的数字音频信号；

所述DSP处理单元与所述模拟音频输入端口相连接，接收所述模拟音频输入端口输入的模拟音频信号；

所述DSP处理单元包括检测单元和与所述检测单元连接的切换单元，所述检测单元检测所述数字音频信号和模拟音频信号、并发送检测结果至所述切换单元，所述切换单元根据所述检测结果切换输入所述模拟音频信号或所述数字音频信号，所述DSP处理单元处理所述数字音频信号或所述模拟音频信号、输出音频信号并发送所述音频信号至所述功率放大单元；

所述功率放大单元放大所述音频信号并输出至后级音箱；

所述控制单元与所述DSP处理单元相连接，发送控制指令至所述DSP处理单元以控制所述DSP处理单元工作。

优选地，所述检测单元检测所述数字音频信号的电平和所述模拟音频信号的电平，所述切换单元根据所示电平的高低切换输入所述模拟音频信号或所述数字音频信号。

优选地，所述切换单元默认输入所述数字音频信号，若所述检测单元检测到所述数字音频信号的电平的为低电平且所述模拟数字音频信号电平为高电平，则所述切换单元切换输入所述模拟音频信号。

优选的，所述数字音频输入端口输入两路所述数字音频信号，和/或所述数字音频输入端口输入两路所述模拟音频信号。

优选地，所述DSP处理单元还包括模数转换单元和数模转换单元，

所述模数转换单元连接所述模拟音频输入端口，将所述模拟音频信号转换为数字信号；

所述数模转换单元连接所述功率放大单元，将所述数字信号转换为所述音频信号并发送至所述功率放大单元。

优选地，所述DSP处理单元还包括限幅器及与所述限幅器相连接的限幅计算器，所述限幅计算器接收所述控制单元发送的所述后级音箱的参数信息、并根据所述参数信息计算所述限幅器的限幅参数。

优选地，所述控制单元包括网络接口，所述网络接口用于连接控制终端，所述控制单元接收所述控制终端发送的指令并进行对应的操作。

优选地，所述控制单元还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述控制终端发送的所述后级音箱的参数信息。

优选地，还包括与所述控制单元相连接的温度传感器，所述温度传感器获取所述功率放大单元的温度信息并发送至所述控制单元，所述控制单元发送所述温度信息至所述控制终端。

本发明还构造一种音频系统，包括音箱，还包括上面所述的音频功放，所述音频功放的功率放大单元的输出端与所述音箱相连接。

实施本发明的一种音频功放及音频系统，具有以下有益效果：实现数模信号的自动热备份，当一路信号出现问题时自动切换到另一路信号，加强信号的持续性，切换时间降低时间至1秒以内，大大提高了使用者的使用体验。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种音频功放一实施例的结构示意图；

图2是图1所示的DSP处理电路的电路示意图图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，在本发明的一种音频功放一实施例中，包括功率放大单元50、DSP处理单元30、控制单元40、模拟音频输入端口101、数字音频输入端口201及DANTE传输单元202；DSP处理单元30通过DANTE传输单元202与数字音频输入端口201相连接，接收数字音频输入端口201输入的数字音频信号；DSP处理单元30与模拟音频输入端口101相连接，接收模拟音频输入端口101输入的模拟音频信号；DSP处理单元30包括检测单元301和与检测单元301连接的切换单元302，检测单元301检测数字音频信号和模拟音频信号、并发送检测结果至切换单元302，切换单元302根据检测结果切换输入模拟音频信号或数字音频信号，DSP处理单元30处理数字音频信号或模拟音频信号、输出音频信号并发送音频信号至所述功率放大单元50；功率放大单元50放大音频信号并输出至后级音箱；控制单元40与DSP处理单元30相连接，发送控制指令至DSP处理单元30以控制DSP处理单元30工作。

具体的，结合了处理器功能的功率放大器，在其内部增加了数字音频输入端口201和模拟音频输入端口101，可以同时输入数字音频信号和模拟音频信号，正常工作时，只需要处理其中的一路音频信号，例如只处理数字音频输入端口201输入的数字音频信号或者只处理模拟音频输入端口101输入的模拟音频信号。当其中一路音频信号出现问题时，可以由另外一路的音频信号继续进行信号传输，从而保证音频信号的连续传输，以保证系统稳定性。例如当数字音频信号出现问题时，可以自动切换到处理模拟音频信号。DSP处理单元30可选用的是第四代Shark数字信号处理器ADSP21489，其核心单元工作频率达到400MHz，可执行2.4GFLOPS(每秒浮点运算次数)。该信号处理器具有FIR、IIR、FFT硬件加速器，可大大提高相关算法的运算效率，为32/40位浮点处理器，具有大容量片内SRAM，具有多条内部总线可消除I/O瓶颈，特别适用于高性能的音频数字处理。DSP芯片与控制单元40即控制计算机(MCU)之间使用高速SPI总线通信，为减少控制计算机通信对DSP处理单元30运行的干扰，可设置两者的有效通信联络机制，以控制计算机为SPI通信主设备，根据DSP处理单元30的通信要求，发起SPI通信过程。可选的DANTE传输单元202即网络音频接口模块可直接选用Audinate Pty Ltd.出品的DanteTM BrooklynII8x8子卡模块，还可使用Audinate PtyLtd.出品的传输芯片Ultimo2x2/4x4、Broadway8x8/16x16自行设计传输接口模块，不仅大大降低音频设备网络化传输的成本(芯片级所组成传输模块成本要远低于BrooklynII子板)，还可将传输接口模块无缝地与设备其它单元组合起来，构成完整的数字音频网络传输。DANTE传输单元202负责从网络中收发数字音频信号到DSP处理单元30。功率放大单元50将DSP处理单元30处理之后的音频信号放大并输出到下一级扬声器。控制单元40可以为MCU控制器模块，该MCU控制器模块根据需要控制DSP处理单元30进行对应的操作。例如控制DSP处理单元30按照设置进行音频处理，此外控制单元40也可以监控DSP处理单元30的整个音频处理过程。

进一步的，检测单元301检测数字音频信号的电平和模拟音频信号的电平，切换单元302根据电平的高低切换输入模拟音频信号或数字音频信号。

具体的，DSP处理单元30通过检测单元301检测数字音频信号的电平和模拟音频信号的电平来判断是否有模拟音频信号输入或者有数字音频信号输入，当模拟音频信号输入端口输入信号为高电平时，即可判断有模拟音频信号输入，当模拟音频信号输入端口有低电平时，可以判定没有模拟音频信号输入，数字音频信号输入判断相同，切换单元302根据据事先设定的主备关系和检测的结果选择输入模拟音频信号还是数字音频信号至后级的处理电路，即DSP处理单元30选择是处理模拟音频信号还是处理数字音频信号。

进一步的，切换单元302默认输入数字音频信号，若检测单元301检测到数字音频信号的电平的为低电平且模拟数字音频信号电平为高电平，切换单元302切换输入模拟音频信号。

具体的，切换单元302默认选择输入数字音频输入端口201的数字音频信号，DSP处理单元30优先处理通过数字音频输入端口201输入的数字音频信号，即将数字音频信号作为主输入信号，模拟音频信号作为辅助备份输入信号，设置DSP处理单元30优先检测主输入信号与备份输入信号电平，当主输入信号正常且备份输入信号正常，DSP处理单元30处理主输入信号；当主输入信号正常且备份输入信号丢失时，DSP处理单元30处理主输入信号；当主输入信号丢失且备份输入信号正常，DSP处理单元30处理备份输入信号；当主输入信号丢失且备份输入信号丢失，DSP处理单元30处理通道设置为主输入信号通过的通道，处于待处理主输入信号的装填。当然，在一些实施例中，这里的主输入信号和备份输入信号可以互换，例如将模拟音频信号作为主输入信号，将数字音频信号作为备份输入信号。

进一步的，数字音频输入端口201输入两路数字音频信号，和/或数字音频输入端口201输入两路模拟音频信号。

具体的，如图2所示，在一些实施例中，DSP功率放大器包括2路DANTE数字音频信号用于主输入信号，2路模拟音频信号用于备份输入信号。DSP处理单元30可以同时处理两路的数字音频信号或者两路的模拟音频信号。

进一步的，DSP处理单元30还包括模数转换单元303和数模转换单元304，模数转换单元303连接模拟音频输入端口101，将模拟音频信号转换为数字信号；数模转换单元304连接功率放大单元50，将数字信号转换为音频信号并发送至所述功率放大单元50。

具体的，如图2所示，在一些实施例中，音频功放包括一个31段图示均衡器及一个12段参量均衡器，用于对环境进行频域调试使用，同时包括FIR滤波机可同时对声音的频域及时域进行调整，并通过已内置的音箱参数，此滤波器提供常用音箱系统参数也可通过通用软件完成参数设置，在一些实施例中也可通过输出端设置的分频器、12段参量均衡器及全通滤波器对音频信号进行频域及时域进行调整。在这里，通过FIR滤波器参数导入，可快速对音箱的频域及时域进行调整。此外从输入到输出的矩阵不仅带有路由分配功能，更可根据实际需求对信号进行自由混音路由。

可以理解，DSP处理单元30的音频处理通路上，每输入通道均包含：将模拟音频线好转换为数字信号的ADC即模数转换单元304；将数字输入及模拟输入进行时间对齐的延时器；根据检测单元301的检测结果对输入信号进行切换的A/B切换单元即切换单元302，例如主输入信号的无信号输入时，则将输入通路切换至备份输入信号，将备份输入信号输入至切换单元302的后级处理电路。用于信号线路反相功能的极性；用于关闭输入信号的静音；用于对线路长度对信号所产生的延时进行时间对齐的延时器；用于调整啸叫频点及声场内共振频率的31段图示均衡；用于调整声场内过多或过低频率振幅的12段参量均衡器；用于保护输入信号发送至输出信号不过载的压缩器。每输出通道均包含：用于输出音箱之间距离的时间对齐的延时器；用于输出音箱工作范围调整及信号平坦对齐的分频器；在无FIR滤波器时用于音箱本身频率信号调整的12段参量均衡器；在无FIR滤波器时用于对音箱本身时域信号调整的全通滤波器；用于对音箱本身频域及时域信号进行调整、并可通过内置的音箱参数调用、快速完成音箱的频响调节的FIR滤波器；用于后级音箱相位反转的反相；用于关闭输出信号的静音；将处理后的数字信号转换为模拟信号，并传输给下级功率放大单元的DAC即数模转换单元304。

进一步的，DSP处理单元30还包括限幅器及与限幅器相连接的限幅计算器，限幅计算器接收控制单元40发送的后级音箱的参数信息、并根据参数信息计算所述限幅器的限幅门限。

具体的，限幅器包括RMS限幅器和PEAK限幅器。在输出端拥有RMS及PEAK限幅器最为最终对后级音箱保护，RMS限幅器：用于对音箱的热损坏进行保护，而PEAK限幅器针。，PEAK限幅器：用于对于音箱的机械损坏进行保护；通过限幅计算器进行限幅计算，并完成限幅器设置，例如可根据后级音箱的参数对限幅器进行快速限幅计算，获取限幅器的各种限幅参数。常见的限幅参数包括限幅器的限幅门限，限幅器的启动时间与恢复时间等。限幅器自动计算可快速对所使用音箱的限幅器阈值、启动时间及恢复时间进行精确计算。

进一步的，控制单元40包括网络接口，网络接口用于连接控制终端，控制单元40接收控制终端发送的指令并进行对应的操作。

具体的，MCU控制器即控制单元40设有网路接口，电脑等控制终端可以通过网络连接MCU控制器，实时控制系统运行或者获取系统信息。

进一步的，控制单元40还包括存储单元，存储单元用于存储控制终端发送的后级音箱的参数信息。

具体的，可以通过控制终端将音箱参数通过网络传输给DSP功放内部的MCU Flash(即控制单元40内部的存储单元)进行存储，在通过MCU控制DSP处理单元30进行音频处理时，可以同时通过SPI接口将存储的音箱参数发送给DSP处理单元30内部的FIR EQ(FiniteImpulse Response滤波器即有限脉冲响应滤波器，是数字信号处理系统中元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性)进行数据计算。或者可以通过控制终端例如电脑输入后级音箱参数，电脑通过网络传输给DSP功放内部的MCU，MCU进行数据计算得到限幅器通道设置参数并发送给MCU内部Flash存储，在通过MCU控制DSP处理单元30进行限幅处理时，可以同时将存储数据通过SPI接口发送给DSP处理单元30内部限幅器模块进行数据计算，同时MCU监控整个处理结果并发送至控制终端，以通过控制终端告知使用者。

进一步的，还包括与控制单元40相连接的温度传感器60，温度传感器60获取功率放大单元50的温度信息并发送至控制单元40，控制单元40发送温度信息至控制终端。具体的，音频功放内的温度传感器60将功率放大单元50的实时温度传输给MCU，MCU将该温度信息通过网络传递给控制终端，这样使用者可以通过控制终端获取功率放大器即功率放大单元50的温度信息，以对功率放大单元50的工作状况进行监控和判断，例如当MCU检测到功率放大单元50温度已超过或将要超过功放的安全温度时，会将此信息发送给控制终端，通过控制终端界面显示警告，让使用者注意到设备的温度问题并及时处理。

另，本发明还提供一种音频设备，包括音箱，还包括上述的音频功放，音频功放的功率放大单元50的输出端与音箱相连接。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种音频功放，其特征在于，包括功率放大单元、DSP处理单元、控制单元、模拟音频输入端口、数字音频输入端口及DANTE传输单元；

所述DSP处理单元通过所述DANTE传输单元与所述数字音频输入端口相连接，接收所述数字音频输入端口输入的数字音频信号；

所述DSP处理单元与所述模拟音频输入端口相连接，接收所述模拟音频输入端口输入的模拟音频信号；

所述DSP处理单元包括检测单元和与所述检测单元连接的切换单元，所述检测单元检测所述数字音频信号和模拟音频信号、并发送检测结果至所述切换单元，所述切换单元根据所述检测结果切换输入所述模拟音频信号或所述数字音频信号，所述DSP处理单元处理所述数字音频信号或所述模拟音频信号、输出音频信号并发送所述音频信号至所述功率放大单元；

所述功率放大单元放大所述音频信号并输出至后级音箱；

所述控制单元与所述DSP处理单元相连接，发送控制指令至所述DSP处理单元以控制所述DSP处理单元工作。

2.根据权利要求1所述的音频功放，其特征在于，所述检测单元检测所述数字音频信号的电平和所述模拟音频信号的电平，所述切换单元根据所述电平的高低切换输入所述模拟音频信号或所述数字音频信号。

3.根据权利要求2所述的音频功放，其特征在于，所述切换单元默认输入所述数字音频信号，若所述检测单元检测到所述数字音频信号的电平的为低电平且所述模拟数字音频信号电平为高电平，则所述切换单元切换输入所述模拟音频信号。

4.根据权利要求3所述的音频功放，其特征在于，所述数字音频输入端口输入两路所述数字音频信号，和/或所述所述数字音频输入端口输入两路所述模拟音频信号。

5.根据权利要求1所述的音频功放，其特征在于，所述DSP处理单元还包括模数转换单元和数模转换单元，

所述模数转换单元连接所述模拟音频输入端口，将所述模拟音频信号转换为数字信号；

所述数模转换单元连接所述功率放大单元，将所述数字信号转换为所述音频信号并发送至所述功率放大单元。

6.根据权利要求1所述的音频功放，其特征在于，所述DSP处理单元还包括限幅器及与所述限幅器相连接的限幅计算器，所述限幅计算器接收所述控制单元发送的所述后级音箱的参数信息、并根据所述参数信息计算所述限幅器的限幅参数。

7.根据权利要求6所述的音频功放，其特征在于，所述控制单元包括网络接口，所述网络接口用于连接控制终端，所述控制单元接收所述控制终端发送的指令并进行对应的操作。

8.根据权利要求7所述的音频功放，其特征在于，所述控制单元还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述控制终端发送的所述后级音箱的参数信息。

9.根据权利要求8所述的音频功放，其特征在于，还包括与所述控制单元相连接的温度传感器，所述温度传感器获取所述功率放大单元的温度信息并发送至所述控制单元，所述控制单元发送所述温度信息至所述控制终端。

10.一种音频系统，包括音箱，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的音频功放，所述音频功放的功率放大单元的输出端与所述音箱相连接。