CN109714681A

CN109714681A - 一种采样率自适应的数字音频3d和混音效果的装置及其实现方法

Info

Publication number: CN109714681A
Application number: CN201910003141.1A
Authority: CN
Inventors: 田建平
Original assignee: Shenzhen Benchmark Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Benchmark Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，该芯片的3D和混音效果控制方案主要包括：频率检测电路；均衡滤波电路；3D滤波电路；混音电路；Sigma‑Delta DA转换电路；温度补偿恒定跨导PWM调制电路；自适应死区控制自举驱动电路。频率检测电路同步所有系统时钟，均衡滤波电路调节音频信号的频响，3D滤波电路通过最佳去串扰和相位延迟去实现3D音效，混音电路将不同音轨的不同音源按照不同的比例和相位延迟实现音源的叠加，Sigma‑Delta DA转换电路实现音频信号的滤波和噪声整形，温度补偿恒定跨导PWM调制电路将音频信号调制成与信号幅度成正比的脉宽调制信号，并通过自适应死区控制自举驱动电路驱动H桥，实现音频信号的功率放大。

Description

一种采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及数字音频处理技术，具体涉及一种应用于数字音频的3D和混音的功放芯片。

背景技术

近年来，数字技术的不断发展使得人们对于音频的质量要求越来越高，高的采样率和采样精度会获得高音质，数字滤波器的系数需要自适应调整。为实现3D音效，音频信号采用扬声器进行传播时，出现左声道的音源，既会传播到左耳，又会传播到右耳；右声道的音源，既会传播到右耳，又会传播到左耳，产生了较大的串扰。

传统的数字音频3D处理电路会带来串扰及相位失真，使得3D效果大大减弱；数字混音电路在混音时，混音的效果因外部环境的不同差异会很大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种采样率自适应数字音频3D和混音效果的装置及实现方法，该方法通过检测采样信号的频率，采用频率自适应技术、3D最佳去串扰技术及混音均衡技术，将音频信号的频率、幅度等单独进行调整，让各音轨最佳化，之后再叠加于最终扬声器上。这种处理方式，能制作出层次分明的完美效果。

本发明涉及的采样率自适应数字音频3D和混音效果的技术，通过以下步骤实现:

通过检测采样信号的频率，通过下采样和上采样产生自适应采样频率，下采样通过半带滤波函数h(n)实现,

(1)

(2)

模M多相半带下采样滤波传输函数为：

(3)

上采样通过插值滤波实现:

(4)

(5)

模M多相梳妆滤波器实现上采样：

(6)

均衡滤波电路针对音频信号不同频段进行音效调节, 通过如下均衡滤波函数进行低音、中音和高音的加重处理，

(7)

3D音效处理电路采用最佳相位延迟和去串扰法实现3D音效, H _R为右声道的传输函数，H _RL为左声道音源补偿右声道传输函数，H _L为左声道的传输函数，H _LR为右声道音源补偿左声道传输函数，

(8)

混音电路将左右声道的音源信号与存储在RAM中的音源信号按照不同的比例（H ₁₁ , H ₁₂ ,H ₁₃ ,H ₂₁ ,H ₂₂ ,H ₂₃）进行混音处理, V _RX (z)为右声道信号，V _LX (z)为左声道信号，DATA(z)为存储在RAM中的可编程音源，

(9)

数字信号V _SIGMAIN经低通滤波后产生V _INX, 进入三阶Sigma-Delta滤波调制后，产生输出V _OUTX, 通过LC滤波器后去驱动扬声器：

(10)

(11)

(12)

数字信号通过三阶Sigma-Delta DA转换后产生的模拟信号，与三角波通过PWM比较器调制产生占空比与音频信号幅度成正比的脉宽调制信号，ΔV _RAMP为三角波的幅度变化值,ΔV _SIN是音频信号的变化幅度，

(13)

PWM调制到功率级的输出V _OUTX放大倍数为G,

(14)

PWM比较器采用温度补偿轨对轨恒定跨导的结构，使得不同温度不同输入范围下的线性度保持恒定，

(15)

驱动电路由驱动逻辑控制、死区逻辑控制、栅极采样电路及上管自举电源电路等部分构成，驱动DRVN和DRVP采用功率管和驱动电路自适应死区控制模式，可以降低地弹噪声、降低EMI、功率开关的上冲和下冲；

(16)

附图说明

图1为本发明的采样率自适应的数字音频电路框图。

图2为本发明的频率检测电路图。

图3为本发明的均衡滤波电路图。

图4为本发明的最佳去串扰3D滤波电路图。

图5为本发明的三阶混音电路图。

图6为本发明的三阶Sigma-Delta DA转换电路。

图7为本发明的温度补偿恒定跨导的PWM调制电路。

图8为本发明的自适应死区控制自举驱动电路。

具体实施方式

以下参照说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明；

参考图1，本发明提供了采样率自适应的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其中包括：频率检测电路（1）；均衡滤波电路（2）；3D滤波电路（3）；混音电路（4）；Sigma-Delta DA转换电路（5）；温度补偿恒定跨导PWM调制电路（6）；自适应死区控制自举驱动电路(7)。

参考图2，本发明提供的频率检测电路，外部晶体振荡器提供基准频率，频率信号进行分段，通过逐次逼近的方式来选择不同的频率范围。

参考图3，本发明提供的均衡滤波器电路，根据二阶滤波函数：

(17)

(18)

(19)

通过调节a ₁ , a ₂ ,b ₀ ,b ₁ ,b ₂来实现不同的均衡滤波器, 包括低通、高通、带通、带阻、全通滤波器。

参考图4，本发明的最佳去串扰的3D音效处理方法，通过降低串扰的最佳逼近的相位延迟法来实现3D音效；

(20)

参考图5，本发明提供的三阶混音电路，其将各个声道的不同音源按照不同的比例和相位延迟来进行混音，实现人声，音乐，背景声等多个音源的混音，V _RXMIX是右声道混音信号，V _LXMIX是左声道混音信号；

(21)

(22)

参考图6，三阶Sigma-Delta 滤波器，H _LP (s)是低通滤波器, H ₁ (s), H ₂ (s), H ₃ (s)是低通滤波器，H ₄ (s)，H ₅ (s) , H ₆ (s)是全通滤波器；

(23)

(24)

参考图7，本发明提供的PWM调制电路采用恒定跨导的轨对轨输入级，跨导在不同的输入范围内跨导恒定，并采用温度补偿，确保不同温度下的跨导和失调电压恒定，使得PWM比较器的线性度随输入范围和温度恒定。

参考图8, 本发明提供的自适应死区时间自举驱动电路，通过采样功率管栅极电压去自适应控制死区时间；自举电路采用电荷泵结构确保上管导通，输出功率级采用双NMOS管，降低R _DSON, 提高整个系统的效率。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，对于本领域的技术人员来说，在了解了本发明原理后，在此基础上进行形式和细节的改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其包括：频率检测电路（1）；均衡滤波电路（2）；3D滤波电路（3）；混音电路（4）；Sigma-Delta DA转换电路（5）；温度补偿恒定跨导PWM调制电路（6）；自适应死区控制自举驱动电路(7)。

2.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于所述解决方案将通过频率检测电路（1）进行上采样和下采样，实现采样率自适应。

3.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于，均衡滤波电路（2）的可根据实际的功率进行音效的动态调节，使得数字音频Class D的低频、中频或者高频音效加强。

4.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于最佳去串扰的3D滤波电路(3), 通过可编程相位延迟和增益来动态地调节3D音效。

5.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于，所述混音电路（4）是根据音效需求进行多个通道的音源混音，包括存储在RAM内的可编程音源。

6.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于，所述Sigma-Delta DA电路(5)进行噪声整形，提高音频信号的信噪比。

7.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于，通过温度补偿恒定跨导PWM调制，实现与音频信号幅度成正比的线性占空比信号。

8.根据权利要求1所述的采样率自适应的数字音频3D和混音效果的装置及其实现方法，其特征在于，自适应死区控制驱动电路(7)，使得数字音频信号放大。

9.根据权利要求2要求的通过频率检测电路进行上采样和下采样实现频率自适应，权利要求3均衡滤波电路（2），权利要求4中3D滤波电路（3）, 权利要求5中的混音电路（4）都采用自适应频率，从而实现数字音频信号处理的时钟同步。