CN111327937A - 基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一款基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器的技术及实现方法，其包括音频输入信号电路、主要音频信号通道电路、声音信号幅值检测器电路、检测器门限值降低电路、音频信号压缩器衰减量控制电路、音频信号压缩器电路、压缩时间控制电路、音频输出信号电路，所述声音信号幅值检测器电路来检测输入音频信号的电平值，检测器的输出量可以控制音频信号压缩器衰减量控制电路的衰减量，音频信号电平值大的检测电路输出量高，造成音频信号衰减器的衰减量增大，反之，音频信号电平值小的检测电路输出量低，造成音频信号衰减器的衰减量减小。

Description

基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器的技术，尤其是一种利用前馈控制技术，首先利用一个检测电路来检测输入音频信号的电平值，检测电路的输出量可以控制音频信号衰减器的衰减量，音频信号电平值大的检测电路输出量高，造成音频信号衰减器的衰减量增大，反之，音频信号电平值小的检测电路输出量低，造成音频信号衰减器的衰减量减小。
背景技术
大家收看电视节目时，常会遇到这样的情况，有的频道声音特别响亮，而有的频道声音比较轻，这种毛病不是电视机有故障，而是由于各个频道电视节目信号源本身存在声音大小不一的现象。
广播电视中心相关工作人员在数字电视前端对信号采集之后,通过机顶盒模块对声音进行了统一的处理,取了一个平均值做为标准，由于频道信号强、声音就大，信号弱、声音就小，从而造成这种换频道时电视节目声音忽大忽小的现象。
专业工程师建议可先通过电视机遥控器把声音选择在您舒适的视听范围，而且机顶盒遥控器声音调试也可以起到微调作用。
这种通过遥控器进行频道声音预置来解决这种电视伴音大小不一的办法，虽然可以暂时解决这种不适，聊胜于无，但总是觉得很不人性化。
其实可以通过设计一种智能型音频信号压缩器来解决这个问题，在确定了最终音频信号强度的基础上，首先利用一个检测电路来检测输入音频信号的电平值，检测电路的输出量可以控制音频信号衰减器的衰减量，音频信号电平值大的检测电路输出量高，造成音频信号衰减器的衰减量增大，反之，音频信号电平值小的检测电路输出量低，造成音频信号衰减器的衰减量减小。
这种控制为前馈性控制，正是这种智能型小型音频信号压缩器的工作原理，可以应用在诸如无线电发射机中做音频调幅器的压缩器中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠、方便的不同于常规音频控制技术的设备及实现方法。
为实现上述目的，本发明提供一种基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器，其特征在于：所述音频信号压缩器包括音频输入信号电路、主要音频信号通道电路、声音信号幅值检测器电路、检测器门限值降低电路、音频信号压缩器衰减量控制电路、音频信号压缩器电路、压缩时间控制电路、音频输出信号电路；所述主要音频信号通道电路由音频信号输入电容C1、限流电阻R1、所述音频信号压缩器电路二极管D1、以及由输出电容C2和电阻R2构成的积分电路组成，所述音频输入信号电路的Ui信号一部分通过电容C1进入所述主要音频信号通道电路，另一部分通过通交隔直电容C3进入由二极管D3、D4组成的所述声音信号幅值检测器电路，所述主要音频信号通道电路得输出即为所述音频输出信号电路的输出信号Uo，供电12V依次连接电阻R4、晶体管T2的C-E极构成所述检测器门限值降低电路，所述检测器门限值降低电路实际是一个直流放大器电路，其输出可以为所述声音信号幅值检测器电路添加一个正向偏置电压，供电12V依次连接电阻R5、晶体管T1的C-E极、电阻R3构成所述音频信号压缩器衰减量控制电路，所述声音信号幅值检测器电路的输出控制所述音频信号压缩器衰减量控制电路的输出，所述音频信号压缩器衰减量控制电路的输出信号通过二极管D2控制所述音频信号压缩器电路的压缩程度，所述音频输入信号电路的Ui信号的压缩或衰减最终由所述音频信号压缩器电路的二极管D1来实现，电容C4、电阻R5并联于工作地与晶体管T1的基极之间构成所述压缩时间控制电路，电容C4的负极连接工作地，所述压缩时间控制电路决定了所述音频信号压缩器电路的衰减量。
所述主要音频信号通道电路的音频信号输入电容C1的右端同时连接限流电阻R1以及所述检测器门限值降低电路的晶体管T2的发射极，限流电阻R1的右端同时连接电容C2的左端、二极管D1的正端、二极管D2的负端，电容C2的右端即为所述音频输出信号电路的输出信号Uo。
所述音频信号压缩器电路的二极管D1的负端连接工作地。
所述声音信号幅值检测器电路的二极管D4的负端连接所述音频信号压缩器衰减量控制电路的晶体管T1的基极。
所述检测器门限值降低电路的晶体管T2的基极与集电极相连。
附图说明
附图1、附图2用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是前馈控制方框图。附图2是基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器。
具体实施方式
1 前馈控制与反馈控制
前馈控制系统为前馈控制的一种形式，是控制部分发出指令使受控部分进行某种活动，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，受控部分在接受控制部分的指令进行活动时，又及时地受到前馈信号的调控，因此活动可以更加准确，如图1所示。
与前馈控制相比，反馈控制需要较长的时间，因为控制部分要在接到受控部分活动的反馈信号后才能发出纠正受控部分活动的指令，因此受控部分的活动可能发生较大波动。以神经系统对骨骼肌任意活动的控制为例，如果只有反馈控制而没有前馈控制，则肌肉活动时可出现震颤，动作不能快速、准确、协调地完成。
前馈控制需要模型，当需要得到一个输出的时候，输入信号可以被事先推算出来，这样给了输入信号之后，输出信号就是想要的值。
反馈控制可以不需要模型，但是有模型更好。反馈控制不需要事先知道输入信号。它只检测输出信号，当输出信号低于预期值时，反馈系统会改变输入量，使得输出量增加。
前馈特点：速度快，不需要检测输出量，需要系统模型，模型不精确的时候结果也不精确。
反馈特点：检测输出量并且和预想值进行对比，可以不需要系统模型，速度比前馈慢。结果完完全全是预想值。
所以一个系统如果要精确控制，那么一定需要反馈。如果要超快的系统响应，那就需要前馈。
基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器
这种信号压缩器属于一种“前馈”动态压缩器，它与反馈系统不同，不把输出信号反馈到控制系统，这样该电路不用控制环，而是用并联控制的方法。
图2电路示出了目前最通用的前馈装置，包括主要音频信号通道电路、声音信号幅值检测器电路、检测器门限值降低电路、音频信号压缩器电路、音频信号压缩器衰减量控制电路、压缩时间控制电路等。
这种基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器的设计思路是：本简单动态音频压缩器总共只使用两个有源器件晶体管T1、T2作为核心控制器件，通过T1可以控制信号压缩器的衰减量，通过T2可以降低音频信号幅度检测器的最低门限值。
音频信号主要通道电路由音频信号输入电容C1、限流电阻R1、压缩器电路二极管D1、以及由输出电容C2和电阻R2构成的积分电路等组成，无论压缩器电路有无工作，音频信号必定通过音频信号主要通道。
在压缩器电路的输入端所接收的声音信号经过音频信号主要通道到达音频信号压缩器的输出端，同时也有一部分声音信号也送至由二极管D3、D4组成的音频信号幅度监测器电路，幅度检测器电路通过检测音频信号的电平值，其输出量将作为一个装定控制电压，来控制晶体管T1的导通量，T1可以用来控制音频信号压缩器的衰减量。
信号的压缩或衰减最终由音频信号压缩器电路二极管D1来实现，由于D1同时属于音频信号主要通道电路、且负极接地，故通过D1的导通电流越大，流经音频信号主要通道的声音信号被二极管D1短接到地的信号量越多，输入端u I音频信号的压缩或衰减量就越大，最后输出端u O音频信号幅值就越低。
压缩器工作流程可以这样描述，压缩器电路输入端声音信号u I幅值越高，晶体管T1的导通越彻底，从T1发射极通过限流电阻R3、二极管D2流经二极管D1的电流就越大，D1导通电流越大，就能把经输入电阻R1来的音频信号短接于地，这几句话简洁地说明了该音频压缩器是如何工作的，其中二极管D2可以防止主音频信号对T1的反向作用。
仔细观察图2，晶体管T2的基极与集电极相连，由于T2的管压降UCE2与其b-e间的电压UBE2相等，即总有UCB2=0，从而可以保证晶体管T2总是工作在放大状态，而不可能进入饱和状态，故其集电极电流IC2=ΒIB2，故图2中的晶体管T2可以认为工作于直流放大器模式。
由于检测器电路二极管D3、D4存在开启电压U ON，所以压缩器输入端较弱的u I音频信号可能不能通过二极管D3、D4到晶体管T1，故通过添加晶体管T2和电阻R4等于为D3、D4加了一个正向偏置电压，从而降低了检测器的最低检测门限值，所以很微弱的输入信号u I都能使D3、D4的检测器工作。
压缩器衰减量控制电路T1的工作时间决定了衰减器电路D1的衰减量，故阻容网络R5/C4的值决定着压缩或衰减控制系统的衰减时间，与类似的反馈系统不同，本衰减量控制系统没有定时控制，这是因为定时信号在本电路容易产生过激励现象。
该音频压缩器电路非常简单，工作效率比较高，如果输入音频信号u I变化50dB，输出信号u O的衰减仍然能稳定在±3dB。虽然这个非对称装置没有能把畸变控制在很小的范围内（百分之几），但也能满足大多数的应用。
该压缩器可能不能应用在广播电视领域的音视频编辑系统的设备上，但可以作为一种解决问题的思路，来消除大家看电视时由于更换频道造成音量高低不一的烦恼；其实这种音频压缩器电路最适合的应用就是，它能装在业余无线电爱好者发布的私人电台所用的无线电发射机中做音频调幅器的压缩器，这种小电台总有一个能安装此压缩器的小空间。
该音频信号压缩器利用前馈控制的工作模式，解决了虽然信号源的信号幅值可能发生改变，但压缩器的输出信号幅值能够保持稳定的一种特殊需求，电路结构简单、思路比较新颖，如果将该音频压缩器的工作原理或解决问题的思路应用于音视频编辑工作，恰好能很有效地解决当前广播、电视播放系统存在的一种不足，至少可以作为一种思路而有其存在价值。

Claims (5)

1.基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法，其特征在于：所述音频信号压缩器包括音频输入信号电路、主要音频信号通道电路、声音信号幅值检测器电路、检测器门限值降低电路、音频信号压缩器衰减量控制电路、音频信号压缩器电路、压缩时间控制电路、音频输出信号电路；所述主要音频信号通道电路由音频信号输入电容C1、限流电阻R1、所述音频信号压缩器电路二极管D1、以及由输出电容C2和电阻R2构成的积分电路组成，所述音频输入信号电路的Ui信号一部分通过电容C1进入所述主要音频信号通道电路，另一部分通过通交隔直电容C3进入由二极管D3、D4组成的所述声音信号幅值检测器电路，所述主要音频信号通道电路得输出即为所述音频输出信号电路的输出信号Uo，供电12V依次连接电阻R4、晶体管T2的C-E极构成所述检测器门限值降低电路，所述检测器门限值降低电路实际是一个直流放大器电路，其输出可以为所述声音信号幅值检测器电路添加一个正向偏置电压，供电12V依次连接电阻R5、晶体管T1的C-E极、电阻R3构成所述音频信号压缩器衰减量控制电路，所述声音信号幅值检测器电路的输出控制所述音频信号压缩器衰减量控制电路的输出，所述音频信号压缩器衰减量控制电路的输出信号通过二极管D2控制所述音频信号压缩器电路的压缩程度，所述音频输入信号电路的Ui信号的压缩或衰减最终由所述音频信号压缩器电路的二极管D1来实现，电容C4、电阻R5并联于工作地与晶体管T1的基极之间构成所述压缩时间控制电路，电容C4的负极连接工作地，所述压缩时间控制电路决定了所述音频信号压缩器电路的衰减量。
2.根据权利要求1所述的基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法，其特征在于：所述主要音频信号通道电路的音频信号输入电容C1的右端同时连接限流电阻R1以及所述检测器门限值降低电路的晶体管T2的发射极，限流电阻R1的右端同时连接电容C2的左端、二极管D1的正端、二极管D2的负端，电容C2的右端即为所述音频输出信号电路的输出信号Uo。
3.根据权利要求1所述的基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法，其特征在于：所述音频信号压缩器电路的二极管D1的负端连接工作地。
4.根据权利要求1所述的基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法，其特征在于：所述声音信号幅值检测器电路的二极管D4的负端连接所述音频信号压缩器衰减量控制电路的晶体管T1的基极。
5.根据权利要求1所述的基于前馈控制的智能型小型音频信号压缩器及实现方法，其特征在于：所述检测器门限值降低电路的晶体管T2的基极与集电极相连。
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