CN111769811A - 音频信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种音频信号处理装置。该装置包括：音频应用电路和阻抗匹配电路，其中所述音频应用电路配置用于接收、处理和输出音频互调信号；所述阻抗匹配电路包括：多个阻抗元件、至少一个输入端和至少一个输出端，并且布置于所述音频应用电路之前、内部或者之后，所述阻抗匹配电路配置用于对所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。本发明的音频信号处理装置可以将音频信号源以及音频应用电路产生的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整，从而实现减小音频互调信号在传输过程中产生的互调失真。

Description

音频信号处理装置

技术领域

本发明一般地涉及信号处理技术领域。更具体地，本发明涉及一种音频信号处理装置。

背景技术

通常来说，音频信号源输出或者在电路中传输的音频信号是一种复杂的能量合成的互调信号，其可能包含多个不同频率成分的基波信号和谐波信号，并且每个频率成分的基波信号和谐波信号的振幅还有可能不同，所谓“互调”就是指上述具有不同频率和/或不同振幅的信号之间相互影响、相互调制。现有的音频信号处理电路或者装置中的各种元器件对于不同的频率和振幅的信号，其响应的阻抗特性和时序关系会有差异。

现有的音频信号处理电路或者装置在对音频信号进行传输和处理的过程中，通常只把该音频信号作为单一频率的信号去处理。但是由于音频信号是由多个不同频率和振幅的互调信号混合而成，因此相对于其中每一频率分量的信号，其在音频信号处理电路或者装置中所表现出的阻抗值并不相同。这样就会使得音频信号处理电路或者装置的阻抗值与负载的阻抗值不匹配，或者与音频信号源的阻抗值不匹配，进而可能在音频信号处理电路中产生局部驻波。该驻波与各频率和振幅分量的信号进行叠加，最终造成信号中的多个频率和振幅分量的信号，尤其是谐波分量的信号在某一时刻被滤除、减弱或者增强，使得原始信号在传输过程中产生互调失真。

另外，音频互调信号中的多个频率和振幅分量的信号在流经同一音频信号处理电路或者装置时，由于其呈现的电抗值不同，因此到达接收端的时序会有所不同。在音频互调信号进入所述电路或装置之前，其中的各频率和振幅分量信号的相位相互一致。而当经过所述电路或装置传输和处理之后，由于电路或装置的总体电抗特性针对不同的频率和振幅分量的信号具有不同的时序响应，因此各频率和振幅分量的信号到达电路或装置输出端时的相位和时延不一致。这样就会造成各频率和振幅分量的信号，尤其是谐波分量的信号的能量衰减。最终，造成在电路或装置的输出端所得到的由各频率分量信号还原合成后的总接收信号的互调失真。

综上所述，现有音频处理电路只能对单一频率和振幅的信号进行无失真传输，而对于由多个频率和振幅分量组成的合成音频互调信号的处理，就显得力不从心。另外，由于音频信号可以流经音频信号处理电路或者装置中的任何位置，例如可以流经所述电路或装置的输入级、输出级和反馈端；还可以从音频信号源输出到所述电路或装置；或者还可以从所述电路或装置输出到负载，因此在所述电路或装置中相对应的局部有可能会产生音频信号互调失真。基于此，有必要对上述不同情况下的音频信号进行无失真传输和处理。

发明内容

为解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种音频信号处理装置。所述装置包括音频应用电路和阻抗匹配电路。其针对不同的音频应用电路，通过设置所述阻抗匹配电路中各部分和各层的阻抗元件的数量和阻抗值，进而使得在所述音频应用电路中产生的音频互调信号在流经所述阻抗匹配电路时，其中不同频率和/或振幅的信号自动选择各自的最佳通路进行传输，从而实现了音频应用电路与音频信号源或负载之间的阻抗匹配，同时对不同频率和/或振幅的信号的时序关系进行一致性调整，最终达到信号平衡传输的目的。

具体地，本发明公开了一种音频信号处理装置。所述装置包括：音频应用电路，其配置用于接收、处理和输出音频互调信号；以及阻抗匹配电路，其包括：多个阻抗元件，所述多个阻抗元件构成包括至少一个网格的网状结构，所述网格具有边和顶点并且其中至少一个边由至少一个阻抗元件构成；至少一个输入端，其中每个输入端与所述至少一个网格中的一个顶点连接，并且用于接收所述音频互调信号；以及至少一个输出端，其中每个输出端与所述至少一个网格中的另一个顶点连接，并且用于输出经过所述阻抗匹配电路处理后的音频互调信号。所述阻抗匹配电路与所述音频应用电路连接，以便对所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在一个实施例中，所述阻抗元件中至少两个的阻抗值不同，以使得所述音频互调信号中不同频率和/或振幅的信号通过所述网状结构中不同的路径。

在另一个实施例中，所述阻抗元件为下列中的至少一种：电容；电感；电容和电感；电阻和电容；电阻和电感；以及电阻、电容和电感。

在又一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之前、之后或者内部。

在又一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之前包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路与音频信号源之间，所述阻抗匹配电路的输入端与所述音频信号源连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述音频应用电路连接，并且配置用于对所述音频信号源输出的所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在另一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的输入级，以便对所述音频应用电路输入级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在另一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部还包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的输出级，以便对所述音频应用电路输出级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在另一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部还包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的反馈端，以便对所述音频应用电路反馈端的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在又一个实施例中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之后包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路与负载之间，所述阻抗匹配电路的输入端与所述音频应用电路连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述负载连接，以便对所述音频应用电路输出的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

在又一个实施例中，所述音频应用电路为多个，所述阻抗匹配电路为一个或多个，以便对多个所述音频应用电路产生的多个音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

通过本发明的音频信号处理装置对音频信号进行处理和传输，可以将所述音频信号中不同频率和/或振幅的信号进行阻抗匹配处理和时序一致性调整，进而将经过所述音频信号处理装置传输之后的音频信号进行无失真地还原。另外，通过设置阻抗匹配电路相对于音频应用电路的不同位置，使得本发明的装置应用场景广泛，既可以对音频信号源与音频应用电路进行阻抗匹配，又可以对音频应用电路与负载进行阻抗匹配，还可以对音频应用电路的内部各部分之间进行阻抗匹配。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明实施例的音频信号处理装置的结构示意图；

图2是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的二维结构图；

图3是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的三维结构图；

图4是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的一种示例性音频信号流向图；

图5是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的另一种示例性音频信号流向图；

图6是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路之前的音频信号处理装置的结构示意图；

图7是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路之后的音频信号处理装置的结构示意图；

图8是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路与信号变压器的连接示意图；

图9是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路与音频信号线的连接示意图；

图10是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的内部的音频信号处理装置的结构示意图；

图11是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的输入级和输出级的音频信号处理装置的结构示意图；

图12是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的输入级和反馈端的音频信号处理装置的结构示意图；以及

图13是示出根据本发明实施例的包括多个阻抗匹配电路和多个音频应用电路的音频信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是示出根据本发明实施例的音频信号处理装置100的结构示意图。可以理解的是，尽管图1中仅绘出了有限数量的阻抗元件和网格，但是根据本发明的音频应用电路的不同，所述阻抗元件和网格的数量可以更多或更少。同时，为了更好的理解本发明的结构和功能，图1中还绘出了音频信号源以及负载，其中所述音频信号源配置用于产生并输出音频信号，所述负载配置用于接收经过所述音频信号处理装置100处理并输出的音频信号。

如图1所示，本发明的音频信号处理装置100可以包括：音频应用电路110，其配置用于接收、处理和输出音频互调信号；以及阻抗匹配电路120，其布置于所述音频应用电路之前、内部或者之后，并且配置用于对所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

进一步地，所述阻抗匹配电路可以包括多个阻抗元件121，所述多个阻抗元件构成包括网格122的网状结构123，所述网格具有边124和顶点125并且其中至少一个边由至少一个阻抗元件构成。所述阻抗匹配电路还包括至少一个输入端126，其中每个输入端与所述多个网格中的一个顶点连接，并且用于接收所述音频互调信号。所述阻抗匹配电路还包括至少一个输出端127，其中每个输出端与所述多个网格中的另一个顶点连接，并且用于输出经过所述阻抗匹配电路处理后的音频互调信号。

在一个实施例中，所述阻抗匹配电路的网格可以为三边形、四边形、五边形、六边形或其他形状中的一种或多种。如图1所示，例如所述网格可以是由4个边构成的四边形网格，所述网格有9个，其通过共有的边相互连接构成一个网状结构。所述网状结构的一个角的顶点可以作为所述阻抗匹配电路的输入端，所述网状结构的另外一个角的顶点可以作为所述阻抗匹配电路的输出端。

在一个实施例中，在每个所述网格的每个边上可以通过导线连接有一个阻抗元件。所述阻抗元件可以呈矩阵式排列，例如可以是4×4的矩阵，所述矩阵的每一行包括3个阻抗元件，每一列包括4个阻抗元件。所述阻抗元件中至少两个的阻抗值不同，并且所述阻抗元件可以为下列中的至少一种：电容；电感；电容和电感；电阻和电容；电阻和电感；电阻、电容和电感。所述输入端、输出端、导线和阻抗元件可以构成流经所述阻抗匹配电路的信号的多个通路。

通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得所述阻抗匹配电路的多个信号通路中至少有两路具有不同的阻抗值，并且还可以根据具体的音频应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。这样，不同频率和/或振幅的信号流经阻抗匹配电路时，可以从输入端沿着具有不同阻抗值的不同路径到达输出端，进而实现不同频率和/或振幅的信号与音频应用电路之间的阻抗匹配，从而保证了信号不失真地进行传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图2是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路200的二维结构图。图2中的阻抗匹配电路200可以理解为图1中的阻抗匹配电路120的一种示例性的实现方式。因此，结合图1所描述的阻抗匹配电路120的细节也同样适用于图2中的阻抗匹配电路200的描述。

如图2所示，所述阻抗匹配电路的结构可以是由m行和n列组成的二维平面网状结构，所述网状结构中的阻抗元件可以呈矩阵式排列，例如可以是图2所示的m×n矩阵，其中m和n是大于等于2的正整数。具体地，所述m行中的第1行可以包括依次排列的阻抗元件ZX11、ZX12…ZX1(n-1)和ZX1n，第2行可以包括依次排列的阻抗元件ZX21、ZX22…ZX2(n-1)和ZX2n，...，以此类推，第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZXm1、ZXm2…ZXm(n-1)和ZXmn。所述n列中的第1列可以包括依次排列的阻抗元件ZY11、ZY21…ZY(m-1)1和ZYm1，第2列可以包括依次排列的阻抗元件ZY12、ZY22…ZY(m-1)2和ZYm2，...，以此类推，第n列可以包括依次排列的阻抗元件ZY1n、ZY2n…ZY(m-1)n和ZYmn。

在一个实施例中，4个所述阻抗元件可以由导线连接进而构成四边形的网格，所述网格包括边和顶点。进一步地，所述二维平面网状结构可以是由所述四边形的网格相互连接构成，其中相邻的网格间具有共同的边。具体地，如图2中的阻抗元件ZX11、ZX21、ZY11和ZY12通过导线依次连接成一个四边形的网格；类似地，阻抗元件ZX12、ZX22、ZY12和ZY13也通过导线依次连接成一个四边形的网格。上述两个网格具有包括阻抗元件ZY12的共同的边，并且通过这个共同边将所述两个网格连接成网状结构。

在一个实施例中，每个所述网格具有四个顶点。所述阻抗匹配电路的输入端可以从所述网格的任意一个顶点引出，并且配置用于接收输入到所述阻抗匹配电路的音频互调信号。该音频互调信号可以由音频信号源输出或者从音频应用电路的内部输出。所述阻抗匹配电路的输出端可以从所述网格的另外一个顶点引出，并且配置用于输出经过所述阻抗匹配电路处理之后的音频信号。进一步地，所述输入端可以为多个，所述输出端可以为一个或多个，以便满足对多路所述音频互调信号进行接收和输出。具体地，例如所述输入端可以为图2中的A、B、C、D、E、F、G和H中的多个，所述输出端可以为所述A～H中的一个或多个，并且所述输入端和输出端不相同。

在一个实施例中，所述阻抗匹配电路的输入端和输出端可以分别与所述网格的不同顶点连接。特别地，所述顶点可以位于所述网状结构的对角处，以使得输入端和输出端之间的阻抗元件形成最多的组合，从而达到更精确地进行阻抗匹配的目的。例如所述输入端连接A端，所述输出端连接F端；或者所述输入端连接B端，所述输出端连接E端。通过这样的设置，可以使得信号在所述网状结构中所流经的路径更长或者说流经的阻抗元件更多，从而实现对所述音频信号进行更加精确地阻抗匹配。

在一个实施例中，所述输入端、输出端、导线和多个阻抗元件可以构成流经所述阻抗匹配电路的信号的多个通路。所述多个阻抗元件中的每个可以包括：电容、电感中的至少一种类型的阻抗元件，并且所述至少一种类型的阻抗元件中至少可以包括一个或多个该类型的阻抗元件；或者所述多个阻抗元件中的每个还可以包括电容、电感和电阻中的至少两种类型的阻抗元件，并且所述至少两种类型的阻抗元件中的每一个类型中，至少包括一个或多个该类型的阻抗元件。

进一步，通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得流经所述阻抗匹配电路的音频信号的多个通路中至少有两路具有不同阻抗值。并且还可以根据具体音频应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个音频信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。在一个实施例中，所述音频信号可以包括由多个不同频率和/或振幅的谐波信号组成的合成信号，其中每个所述谐波信号经由输入端流经所述多个通路中的其中一路到达输出端，以便对每个所述谐波信号进行阻抗匹配和时序调整，从而保证了音频信号不失真地进行传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/或振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图3是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路300的三维结构图。图3中的电路300可以理解为图1中的阻抗匹配电路120的一种示例性的实现方式，并且还可以理解为图2中的阻抗匹配电路200的一种拓展实现方式。因此，结合图1和图2所描述的阻抗匹配电路120和200的细节也同样适用于图3中的阻抗匹配电路300的描述。

作为图2中的阻抗匹配电路200的一种拓展实现方式，本发明的所述阻抗匹配电路300的结构可以是由多层图2所示的网状结构依次连接而形成的立体网状结构。其中，相邻两层所述网状结构之间通过多个阻抗元件连接。在一个实施例中，每层所述网状结构可以设置在一个板卡上，从而多个所述板卡连接以形成所述立体网状结构。

如图3所示，所述阻抗匹配电路300的结构可以是由三个维度X、Y和Z组成的立体结构，其中在X维度上包括m行，在Y维度上包括n列，在Z维度上包括t竖。所述X维度中的每一行由阻抗元件ZXmnt组成，所述Y维度中的每一列由阻抗元件ZYmnt组成，所述Z维度中的每一竖由阻抗元件ZZmnt组成，其中m、n和t分别是大于等于1的正整数，特别地，当m＝n＝t时，所述立体结构是立方体。

具体地，在所述X维度上，第1行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZX111、ZX121…ZX1(n-1)1和ZX1n1，第2行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZX211、ZX221…ZX2(n-1)1和ZX2n1，...，以此类推，第m行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZXm11、ZXm21…ZXm(n-1)1和ZXmn1。可以理解的是，虽然第1行第2、3…t竖、第2行第2、3…t竖以及第3、4…m行第2、3…t竖在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在所述Y维度上，第1列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY111、ZY211…ZY(m-1)11和ZYm11，第2列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY121、ZY221…ZY(n-1)21和ZYn21，...，以此类推，第n列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY1n1、ZY2n1…ZY(m-1)n1和ZYmn1。可以理解的是，虽然第1列第2、3…t竖、第2列第2、3…t竖以及第3、4…m列第2、3…t竖在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在所述Z维度上，第1竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm11、ZZm21…ZZm(n-1)1和ZZmn1，第2竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm12、ZZm22…ZZ m(n-1)2和ZZmn2，...，以此类推，第t竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm1t、ZZm2t…ZZm(n-1)t和ZZmnt。可以理解的是，虽然第1竖第1、2…(m-1)行、第2竖第1、2…(m-1)行以及第3、4…t竖第1、2…(m-1)行在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在一个实施例中，所述阻抗匹配电路的输入端和所述输出端可以分别与所述立体结构的不同顶点连接。其中任意两个所述不同顶点之间可以相互远离。特别地，可以分别令所述输入端与输出端与所述立体结构的对角的顶点连接，例如输入端连接顶点A，输出端连接顶点F；或者输入端连接顶点C，输出端连接顶点G。通过这样的设置，使得输入端和输出端之间的阻抗元件形成最多的组合，进而使得信号在所述立体结构中所流经的路径更长或者说流经的阻抗元件更多，以便对所述音频信号进行更加精确的阻抗匹配。

在一个实施例中，所述输入端、输出端、导线和多个阻抗元件可以构成流经所述阻抗匹配电路的信号的多个立体通路。所述多个阻抗元件中的每个可以包括：电容、电感中的至少一种类型的电抗元件，并且所述至少一种类型的阻抗元件中至少包括一个或多个该类型的电抗元件；或者所述多个阻抗元件中的每个还可以包括电容、电感和电阻中的至少两种类型的阻抗元件，并且所述至少两种类型的阻抗元件中的每一个类型中，至少包括一个或多个该类型的阻抗元件。

进一步，通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得流经所述阻抗匹配电路的音频信号的多个立体通路中至少有两路具有不同的阻抗值。并且还可以根据具体音频应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个音频信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。在一个实施例中，所述音频信号可以包括由多个不同频率和/或振幅的谐波信号组成的合成信号，其中每个所述谐波信号经由输入端流经所述多个通路中的其中一路到达输出端，以便对每个所述谐波信号进行阻抗匹配和时序调整，从而保证了对所述音频信号进行不失真地传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/或振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图4是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的一种示例性音频信号流向图。可以理解的是，图4所示的音频信号流向图是在图2所示的阻抗匹配电路的基础上进行绘制的，因此图4中的电路结构与图2中的电路结构相同。关于图4中的阻抗匹配电路的描述请参考图2中的相关描述，此处不再赘述。

如图4所示，三种不同频率的音频信号从输入端D进入网状结构的阻抗匹配电路，然后流经由不同阻抗元件构成的不同信号通路，最后从输出端H输出。为了对不同频率的音频信号进行区分，在阻抗匹配电路中传输的三种不同频率的信号分别用粗实线、细实线和虚线来表示。由图4中可以得出，粗实线、细实线和虚线所代表的三种不同频率的音频信号，虽然都从输入端输入，并且都从输出端输出，但是在阻抗匹配电路中所流经的信号通路不同。由于每条通路上的阻抗元件数量和阻抗值都可以不同，因此每条信号通路的总阻抗值也不同，从而实现了对三种不同频率的音频信号分别进行阻抗匹配，保证了信号的无失真传输。

在一个实施例中，输入到输入端的音频信号例如可以是一个或多个合成信号，所述合成信号可以由某频率的基波信号和多个不同频率的谐波信号组成。当所述合成信号输入到阻抗匹配电路后，其中不同频率的基波和谐波信号能够根据阻抗元件的不同阻抗值自动选择路径进行传输，从而实现了对不同频率的基波和谐波信号分别进行阻抗匹配的目的。另外，不同频率的基波和谐波信号在流经不同种类和数量的阻抗元件时，产生的时序会有所不同。通过设置合理的数量和种类的阻抗元件，使得不同频率的基波和谐波信号在输出端的时序与其在输入端的时序保持一致，以便在输出端完整地还原所述合成信号。

在另一个实施例中，输入到输入端的音频信号例如还可以是多个不同频率的谐波信号，其中所述多个不同频率的谐波信号分别来自于不同的合成信号；或者输入到输入端的音频信号还可以是一个或多个合成信号与多个不同频率的谐波信号的组合，其中所述谐波信号分别来自于另外的一个或多个合成信号。其工作原理与输入到输入端的信号是一个或多个合成信号的情况相同，此处不再赘述。

作为一个具体的实施方式，下面以图4中的一个局部电路的音频信号流向为例，阐述阻抗匹配电路对音频信号进行阻抗匹配的原理。如图4所示，以其中由ZX11、ZX21、ZX31、ZX32、ZY11、ZY12、ZY21和ZY22所组成的粗实线通路为例。进一步地，为描述方便，忽略此通路对音频信号时序的影响，可以将ZX11、ZX21、ZX31和ZX32设置为阻值为0的电阻。另外设置ZY11、ZY12和ZY21为电容元件C，设置ZY22为电阻元件R。假设ZY11取值为470uF，ZY12取值10uF，ZY21取值220uF，ZY22取值为1kΩ。那么，音频信号从输入端A流经到ZX32与ZY23交汇点处，这段通路的阻抗值就是470uF和10uF并联，然后再与220u和1k并联的阻抗值进行串联之后的合并阻抗值。

很明显，一方面，通过设置不同的电容值和电阻值可以改变不同频率音频信号的通路，进而对不同频率的音频信号进行阻抗匹配。另一方面，还可以通过设置不同大小的电容值，并且利用电容对不同频率的音频信号存在时序响应差异，进而调整不同频率音频信号的时序变化，以便使得不同频率的音频信号保持时序的一致性。最终，所述音频信号流经上述通路后，可以保证其无失真地进行传输。

图5是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路的另一种示例性音频信号流向图。需要说明的是，图5所示的音频信号流向图可以理解为图4所示的音频信号流向图的一种示例性的实现方式。其中图5中的三种不同音频信号的频率与图4中的三种不同音频信号的频率相同，并且一一对应。与图4中的音频信号流向图不同的是，图5所示的不同频率的音频信号与图4中对应频率的音频信号在振幅上不同。因此，即使相同频率的音频信号流经相同的阻抗匹配电路，其所流经的通路也不同。

如图5所示，在一个实施例中，三种不同频率的音频信号从输入端D进入网状结构的阻抗匹配电路，然后流经由阻抗元件构成的不同信号通路，最后从输出端H输出。与图4进行比较可以得出，图5中的三种不同频率信号的通路与图4中的不完全相同，其原因是由于图5中的三种不同频率的信号分别与图4中相对应的三种不同频率的信号在振幅上不同。由于每条信号通路上的阻抗元件的数量和阻抗值都可以不同，因此每条信号通路的总阻抗值也不同，从而实现了对频率相同但是振幅不同的音频信号进行阻抗匹配，保证了音频信号的无失真传输。

图6是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路之前的音频信号处理装置600的结构示意图。为了更好的理解本发明的音频信号处理装置600的结构和功能，图6中还绘出了音频信号源以及负载，其中所述音频信号源配置用于产生并输出音频信号，所述负载配置用于接收经过所述音频信号处理装置600处理并输出的音频信号。

如图6所示，在一个实施例中，所述阻抗匹配电路610可以布置于所述音频应用电路620之前。具体地，所述阻抗匹配电路可以布置于所述音频应用电路与音频信号源之间。所述阻抗匹配电路的输入端A和B可以与所述音频信号源连接，并且可以用于接收所述音频信号源产生并输出的音频互调信号。所述阻抗匹配电路的输出端E和F可以与所述音频应用电路连接，并且可以用于向所述音频应用电路输出经过其处理之后的音频信号。可选地，根据所述阻抗匹配电路的结构不同，所述阻抗匹配电路的输入端和输出端还可以是顶点D和H或者是其他任意顶点。特别地，根据所述音频应用电路的需求不同，在保证所述输入端与输出端连接不同的顶点的前提下，所述输入端可以作为输出端，而所述输出端可以作为输入端。

在一个实施例中，所述音频应用电路例如可以是但不限于音频前级放大器、音频后级放大器、音频采集电路、A/D转换电路、D/A转换电路和音频调音台等电路。所述音频信号源例如可以是但不限于CD、手机、MP3、医疗器械、运动器材等可以输出音频信号的设备或系统。所述负载例如可以是但不限于扬声器或其他音频电路或设备。下面简要描述本发明的音频信号处理装置600的工作原理。

首先，音频信号源产生并向阻抗匹配电路输出音频互调信号，该音频互调信号包括多个频率和/或振幅分量的基波和谐波信号。然后，这些基波和谐波信号通过输入端A和B流入阻抗匹配电路，并且根据阻抗值的不同自动选择路径进行传输。随后，经过所述阻抗匹配电路匹配处理之后的音频信号从阻抗匹配电路的输出端E和F输出并流向音频应用电路。同时，音频应用电路的音频信号也可以流向阻抗匹配电路以便对其进行阻抗匹配处理。

最后，音频应用电路将接收到的音频信号进行放大、隔离或缩小等处理之后，将其输出到负载以便进行播放或者做进一步处理。经过上述过程的处理，一方面，将音频信号源的阻抗与音频应用电路的阻抗进行了阻抗匹配；另一方面，也将音频应用电路的阻抗与负载的阻抗进行了阻抗匹配。最终，实现了将音频信号源输出的音频信号无失真地传输到负载。

图7是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路之后的音频信号处理装置700的结构示意图。为了更好的理解本发明的音频信号处理装置700的结构和功能，图7中还绘出了音频信号源以及负载，其中所述音频信号源配置用于产生并输出音频信号，所述负载配置用于接收经过所述音频信号处理装置700处理并输出的音频信号。

如图7所示，在一个实施例中，所述阻抗匹配电路710布置于所述音频应用电路720之后。具体地，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路与负载之间。所述阻抗匹配电路的输入端A和B与所述音频应用电路连接，并且用于接收所述音频应用电路处理并输出的音频互调信号。所述阻抗匹配电路的输出端E和F与所述负载连接，并且用于向所述负载输出经过其处理之后的音频信号。可选地，根据所述阻抗匹配电路的配置不同，所述阻抗匹配电路的输入端和输出端还可以是顶点D和H或者是其他任意顶点。特别地，根据所述音频应用电路的需求不同，在保证所述输入端与输出端连接不同的顶点的前提下，所述输入端可以作为输出端，而所述输出端可以作为输入端。下面简要描述本发明的音频信号处理装置700的工作原理。

首先，音频信号源产生并输出音频互调信号，该音频互调信号包括多个频率和/或振幅分量的基波和谐波信号。然后，音频应用电路将接收到的基波和谐波信号进行放大、隔离或缩小等处理并输出到阻抗匹配电路的输入端A和B。最终，这些不同频率和/或振幅的信号通过自动选择路径，从阻抗匹配电路的输出端E和F输出到负载，以便进行播放或者做进一步处理。经过以上过程的处理，本发明的音频信号处理装置700将音频信号源和音频应用电路的总阻抗与负载的阻抗进行了阻抗匹配。最终，实现了将音频信号源输出的音频信号无失真地传输到负载。

图8是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路与信号变压器的连接示意图。如图8所示，所述信号变压器可以包括初级线圈、次级线圈以及铁芯，其中所述初级线圈用于接收音频信号，次级线圈用于输出经过处理之后的音频信号。所述信号变压器可以布置于图6中的音频信号处理装置的音频应用电路与负载之间，或者可以布置于图7中的音频信号源与音频应用电路之间。

具体地，在连接方式一中，阻抗匹配电路811的输入端G连接信号变压器821的初级线圈的负极，输出端C连接信号变压器821的次级线圈的负极，以便对输入到所述信号变压器821的音频信号进行阻抗匹配和时序调整，从而在所述信号变压器821的次级线圈无失真地输出所述音频信号。

在连接方式二中，阻抗匹配电路812的输入端G连接信号变压器822的初级线圈的中心抽头N，输出端C连接信号变压器822的次级线圈的中心抽头N，以便对输入到所述信号变压器822的音频信号进行阻抗匹配和时序调整，从而在所述信号变压器822的次级线圈无失真的输出所述音频信号。

在连接方式三中，阻抗匹配电路813的输入端G连接信号变压器823的初级线圈的负极，输出端C连接信号变压器823的次级线圈的中心抽头N，以便对输入到所述信号变压器823的音频信号进行阻抗匹配和时序调整，从而在所述信号变压器823的次级线圈无失真的输出所述音频信号。可选地，在上述三种连接方式中，所述阻抗匹配电路的输入端和输出端还可以是其他任意顶点，例如可以是D和H。

图9是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路与音频信号线的连接示意图。其中图9中连接方式可以应用于图6中的音频信号处理装置的负载与音频应用电路之间，或者布置于图7中的音频信号源与音频应用电路之间。需要说明的是，尽管图9中仅列出了三种连接方式，但是由于所述阻抗匹配电路可以具有多个输入端和输出端，因此在不违反本发明构思的前提下，所述阻抗匹配电路与音频信号线还可以通过其他连接方式进行连接。

具体地，在一端连接方式中，音频信号输入线和输出线均为一条，其中音频信号输入线的线芯连接阻抗匹配电路的输入端A，音频信号输入线的保护线连接阻抗匹配电路的输入端C。所述音频信号输出线的线芯连接阻抗匹配电路的输出端E，音频信号输出线的保护线连接阻抗匹配电路的输入端G。所述阻抗匹配电路的输入端C和输出端G可以内部连接并接地。通过这样的连接，使得所述音频信号输入线输出的音频信号经过所述阻抗匹配电路的阻抗匹配处理之后，在所述音频信号输出线无失真地输出音频信号。

在两端连接方式中，音频信号输入线和输出线均为两条，其中两条音频信号输入线的线芯分别连接阻抗匹配电路的输入端A和B，两条音频信号输入线的保护线共同与阻抗匹配电路的输入端C连接。两条音频信号输出线的线芯连接阻抗匹配电路的输出端E和F，两条音频信号输出线的保护线共同与阻抗匹配电路的输入端G连接。所述阻抗匹配电路的输入端C和输出端G可以内部连接并接地。通过这样的连接，使得所述音频信号输入线输出的音频信号经过所述阻抗匹配电路的阻抗匹配处理之后，在所述音频信号输出线无失真地输出音频信号。

在三端连接方式中，所述音频信号输入线和输出线均包括正极端2、负极端3和地端1，其中所述音频信号输入线的正极端2、负极端3和地端1分别连接所述阻抗匹配电路的输入端A、B和C。所述音频信号输出线的正极端2、负极端3和地端1分别连接所述阻抗匹配电路的输出端E、F和G。所述阻抗匹配电路的输入端C和输出端G可以内部连接并接地。通过这样的连接，使得所述音频信号输入线输出的音频信号经过所述阻抗匹配电路的阻抗匹配处理之后，在所述音频信号输出线上无失真地进行输出。

图10是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的内部的音频信号处理装置1000的结构示意图。为了更好地理解本发明的音频信号处理装置1000的结构和功能，图10中还绘出了音频信号源以及负载，其中所述音频信号源配置用于产生并输出音频信号，所述负载配置用于接收经过所述音频信号处理装置1000处理并输出的音频信号。

如图10所示，在一个实施例中，所述音频应用电路1010可以包括输入级1011、输出级1012和反馈端1013。所述阻抗匹配电路1020可以布置于所述音频应用电路的内部。进一步，所述阻抗匹配电路可以布置于所述输入级、输出级和反馈端中的至少一个。

具体地，所述阻抗匹配电路可以布置于所述音频应用电路的输入级，以便对所述音频应用电路输入级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。所述阻抗匹配电路还可以布置于所述音频应用电路的输出级，以便对所述音频应用电路输出级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。所述阻抗匹配电路还可以布置于所述音频应用电路的反馈端，以便对所述音频应用电路反馈端的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

可以理解的是，虽然图10中的音频应用电路仅绘出了输入级、输出级和反馈端。但是，基于本发明的公开和教导，本领域技术人员可以想到所述音频应用电路还可以包括流经有音频互调信号的其他结构或单元，例如还可以包括耦合端。所述阻抗匹配电路可以布置于所述耦合端，以便对所述耦合端的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

图11是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的输入级和输出级的音频信号处理装置1100的结构示意图。可以理解的是，图11所示的音频信号处理装置1100是图10所示的音频信号处理装置1000的一种示例性电路实现。因此上述关于图10中的音频信号处理装置1000的描述同样也适用于图11中关于音频信号处理装置1100的描述。

如图11所示，本发明的音频信号处理装置1100可以包括第一电子管1121、第二电子管1122和其他辅助元器件组成的二级放大电路。其中所述第一电子管构成所述二级放大电路的输入级1131，所述第二电子管构成所述二级放大电路的输出级1132。进一步地，在所述放大电路的输入级布置有阻抗匹配电路1111，在所述放大电路的输出级布置有阻抗匹配电路1112。

具体地，在所述二级放大电路的输入级，所述阻抗匹配电路1111的输入端D连接第一电子管的阴极，所述阻抗匹配电路1111的输出端H接地。这样在所述二级放大电路的输入级便形成了由第一电子管、阻抗匹配电路1111、电容和电阻等所组成的音频互调信号回路。在音频信号处理装置工作过程中，音频信号Vi通过电阻输入进第一电子管，然后流经所述回路，并且通过阻抗匹配电路1111对其进行阻抗匹配和时序调整，最终实现了音频信号在输入级无失真地进行传输。

进一步，在所述二级放大电路的输出级，所述阻抗匹配电路1112的输入端D连接第二电子管的阴极，所述阻抗匹配电路1112的输出端H接地。这样在所述二级放大电路的输出级便形成了由第二电子管、阻抗匹配电路1112、电容和电阻等所组成的音频互调信号回路。在音频信号处理装置工作过程中，所述二级放大电路的输入级输出的音频信号进入所述第二电子管，然后流经所述回路，并且通过阻抗匹配电路1112对其进行阻抗匹配和时序调整，最终实现了将音频信号无失真地传输给信号变压器。

图12是示出根据本发明实施例的阻抗匹配电路位于音频应用电路的输入级和反馈端的音频信号处理装置1200的结构示意图。可以理解的是，图12所示的音频信号处理装置1200是图10所示的音频信号处理装置1000的一种示例性电路实现。因此上述关于图10中的音频信号处理装置1000的描述同样也适用于图12中关于音频信号处理装置1200的描述。

如图12所示，本发明的音频信号处理装置1200可以包括由放大器AMP、负载RL和电阻、电容等其他辅助元器件所构成的放大电路。其中所述放大器例如可以是集成运算放大器或者是功率放大器，并且通过电阻构成负反馈回路。所述负载例如可以是扬声器。所述放大器AMP的输入端和其他辅助元器件构成所述放大电路的输入级1211，所述放大器AMP的反馈回路构成所述放大电路的反馈端1212。所述放大电路的输入级连接有阻抗匹配电路1221，所述放大电路的反馈端连接有阻抗匹配电路1222。

具体地，在所述放大电路的输入级，所述阻抗匹配电路的1221的输入端D通过电阻连接所述放大器AMP的端口1，所述阻抗匹配电路1221的输出端H接地。这样在所述放大电路的输入级便形成了由放大器AMP、阻抗匹配电路1221、电容和电阻等所组成的音频互调信号回路。在音频信号处理装置工作过程中，音频信号Vi通过电容输入进所述放大器AMP的端口1，然后流经所述音频互调信号回路，并且通过阻抗匹配电路1221对其进行阻抗匹配和时序调整，最终实现了音频信号在所述放大电路输入级无失真地进行传输。

进一步，在所述放大电路的反馈端，所述阻抗匹配电路的1222的输入端D通过电阻连接所述放大器AMP的端口2，所述阻抗匹配电路1222的输出端H接地。这样在所述放大电路的反馈端便形成了由放大器AMP、阻抗匹配电路1222和电阻等所组成的音频互调信号回路。在音频信号处理装置工作过程中，所述放大电路的输入级输出的音频信号经过所述放大器AMP的处理之后流经所述回路，并且通过阻抗匹配电路1222对其进行阻抗匹配和时序调整，最终实现了将音频信号无失真地输出给所述负载。

图13是示出根据本发明实施例的包括多个阻抗匹配电路和多个音频应用电路的音频信号处理装置1300的结构示意图。可以理解的是，图13所示的音频信号处理装置1300可以包括多个图6所示的音频信号处理装置600，或者还可以包括多个图7所示的音频信号处理装置700。其中所述音频应用电路1320可以为多个，所述阻抗匹配电路1310可以为一个或多个。当所述阻抗匹配电路可以为一个时，其分别对多个所述音频应用电路进行阻抗匹配和时序调整。另外，所述多个音频应用电路可以为一体结构，用以实现特定功能的音频信号处理；所述多个音频应用电路还可以为分体结构，其中每个音频应用电路用以实现不同功能的音频信号处理。

需要说明的是，本发明虽然以音频信号为例，描述了对音频信号的多种处理实施例。但是在不违反本发明精神和范围的前提下，本发明的处理装置还可以应用于对诸如各种超声探测信号、振动探测信号、仪器测试信号以及1兆赫兹以下的其他各类信号的处理。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种音频信号处理装置，包括：

音频应用电路，其配置用于接收、处理和输出音频互调信号；以及

阻抗匹配电路，其包括：

多个阻抗元件，所述多个阻抗元件构成包括至少一个网格的网状结构，所述网格具有边和顶点并且其中至少一个边由至少一个阻抗元件构成；

至少一个输入端，其中每个输入端与所述至少一个网格中的一个顶点连接，并且用于接收所述音频互调信号；以及

至少一个输出端，其中每个输出端与所述至少一个网格中的另一个顶点连接，并且用于输出经过所述阻抗匹配电路处理后的音频互调信号，

所述阻抗匹配电路与所述音频应用电路连接，以便对所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗元件中至少两个的阻抗值不同，以使得所述音频互调信号中不同频率和/或振幅的信号通过所述网状结构中不同的路径。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗元件为下列中的至少一种：电容；电感；电容和电感；电阻和电容；电阻和电感；以及电阻、电容和电感。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之前、之后或者内部。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之前包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路与音频信号源之间，所述阻抗匹配电路的输入端与所述音频信号源连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述音频应用电路连接，并且配置用于对所述音频信号源输出的所述音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的输入级，以便对所述音频应用电路输入级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部还包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的输出级，以便对所述音频应用电路输出级的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路内部还包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路的反馈端，以便对所述音频应用电路反馈端的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

9.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路之后包括所述阻抗匹配电路布置于所述音频应用电路与负载之间，所述阻抗匹配电路的输入端与所述音频应用电路连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述负载连接，以便对所述音频应用电路输出的音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的装置，其中，所述音频应用电路为多个，所述阻抗匹配电路为一个或多个，以便对多个所述音频应用电路产生的多个音频互调信号进行阻抗匹配和时序调整。

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