CN116455340B - 一种扬声器音频增益控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器音频增益控制系统，涉及扬声器技术领域，包括增益模块、主控模块、分离模块、混合模块，增益模块和主控模块、分离模块、混合模块连接，分离模块用于对音频信号进行分离，增益模块设置有多个增益单元，用于对分离后的音频信号进行增益，主控模块用于对增益模块中多个增益单元是否进行增益进行控制，混合模块进行混合。

Description

一种扬声器音频增益控制系统与方法

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，特别涉及一种扬声器音频增益控制系统与方法。

背景技术

发明公告号CN111556408A公开了一种扬声器智能功率控制系统及其控制方法，通过对输入信号的波形进行限幅控制在额定功率所对应的信号波形幅度以内，以此消除削波问题，但此种方式使用在线阵列时需要进行集控，且每个阵列单元所占用的资源过高，有鉴于此，急需提出一种无需时延的扬声器音频增益控制系统与方法，在消除削波的同时降低占用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种扬声器音频增益控制系统，包括增益模块、主控模块、分离模块、混合模块，所述增益模块和主控模块、分离模块、混合模块连接，分离模块用于对音频信号进行分离，增益模块设置有多个增益单元，用于对分离后的音频信号进行增益，主控模块用于对增益模块中多个增益单元是否进行增益进行控制，混合模块进行混合。

进一步的，所述增益单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第一电容C1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四数字电位器U4、第一输入端IN1、VOT1，所述第一输入端IN1与第一电容C1一端连接，第一电容C1另一端和第一运算放大器U1同相端、第一电阻R1一端连接，第一运算放大器U1输出端和第二电阻R2一端、第一三极管Q1基极、第二运算放大器U2同相端、第三运算放大器U3反相端连接，第二电阻R2另一端和第四数字电位器U4一端连接，第一三极管Q1集电极和电源连接，第一三极管Q1发射极和第一输出端VOUT1、第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端、第一电容C1另一端、第一电阻R1另一端、第四数字电位器U4另一端、第四数字电位器U4抽头端和接地端连接，第二运算放大器U2输出端、第三运算放大器U3输出端和主控模块连接。

进一步的，所述增益单元还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二MOS管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2，所述第二运算放大器U2输出端和第二MOS管Q2栅极、第一二极管D1阳极连接，第二MOS管Q2源极和第五电阻R5一端、第六电阻R6一端连接，第二MOS管Q2漏极和第四数字电位器U4、第四电阻R4一端连接，第一二极管D1阴极和第二二极管D2阴极、第四数字电位器U4连接，第二二极管D2阳极和第三运算放大器U3输出端连接，第五电阻R5另一端和电源连接，第四电阻R4另一端、第六电阻R6另一端和接地端连接。

进一步的，所述增益单元还包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二电容C2，所述第七电阻R7一端和第一二极管D1阴极连接，第七电阻R7另一端和第八电阻R8一端、第二电容C2一端连接，第九电阻R9一端和第二MOS管Q2栅极连接，第九电阻R9另一端、第二电容C2另一端和接地端连接。

进一步的，所述增益单元还包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第三三极管Q3、第三电容C3，所述第十电阻R10一端和第十一电阻R11一端、电源连接，第十电阻R10另一端和第三三极管Q3集电极连接，第三三极管Q3基极和第十一电阻R11另一端、第十二电阻R12一端、第三电容C3一端连接，第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接，第三电容C3另一端和第一输入端IN1连接。

进一步的，所述增益单元还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，所述第十四电阻R14一端和电源、第十五电阻R15一端连接，第十四电阻R14另一端和第三运算放大器U3同相端、第十七电阻R17一端连接，第十五电阻R15另一端和第二运算放大器U2反相端、第十六电阻R16一端连接，第十六电阻R16另一端、第十七电阻R17另一端和接地端连接。

进一步的，所述增益单元还包括第十八电阻R18、第十九电阻R19、S1，所述第十八电阻R18一端和电源连接，第十八电阻R18另一端和S1一端连接，S1另一端和第十九电阻R19一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接，S1公共端和第四数字电位器U4连接，S1信号端和主控模块连接。

进一步的，所述增益单元还包括第二十电阻R20，所述第二十电阻R20一端和第一电容C1一端连接，第二十电阻R20另一端和接地端连接。

进一步的，所述增益单元还包括第二十一电阻R21，所述第二十一电阻R21两端串接在第一三极管Q1集电极和电源之间。

进一步的，一种扬声器音频增益控制方法，包括以下步骤；

S1.对音频输入信号进行分离并滤波；

S2.对分离和滤波后的信号进行增益放大；

S3.对增益放大的信号进行检测和调节；

S4.对多个增益放大信号进行载波混合。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明通过增益单元组成增益模块对线阵列的扬声器进行控制，使用时可无需额外控制信号对音频信号进行自动增益放大，降低占用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的整体结构示意图。

图2、图3、图4为增益单元结构示意图。

实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

参阅附图，本发明是一种扬声器音频增益控制系统，包括增益模块、主控模块、分离模块、混合模块，所述增益模块和主控模块、分离模块、混合模块连接，分离模块用于对音频信号进行分离，增益模块设置有多个增益单元，用于对分离后的音频信号进行增益，主控模块用于对增益模块中多个增益单元是否进行增益进行控制，混合模块进行混合。

具体地，所述增益单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第一电容C1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四数字电位器U4、第一输入端IN1、VOT1，所述第一输入端IN1与第一电容C1一端连接，第一电容C1另一端和第一运算放大器U1同相端、第一电阻R1一端连接，第一运算放大器U1输出端和第二电阻R2一端、第一三极管Q1基极、第二运算放大器U2同相端、第三运算放大器U3反相端连接，第二电阻R2另一端和第四数字电位器U4一端连接，第一三极管Q1集电极和电源连接，第一三极管Q1发射极和第一输出端VOUT1、第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端、第一电容C1另一端、第一电阻R1另一端、第四数字电位器U4另一端、第四数字电位器U4抽头端和接地端连接，第二运算放大器U2输出端、第三运算放大器U3输出端和主控模块连接。

具体地，所述增益单元还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二MOS管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2，所述第二运算放大器U2输出端和第二MOS管Q2栅极、第一二极管D1阳极连接，第二MOS管Q2源极和第五电阻R5一端、第六电阻R6一端连接，第二MOS管Q2漏极和第四数字电位器U4、第四电阻R4一端连接，第一二极管D1阴极和第二二极管D2阴极、第四数字电位器U4连接，第二二极管D2阳极和第三运算放大器U3输出端连接，第五电阻R5另一端和电源连接，第四电阻R4另一端、第六电阻R6另一端和接地端连接。

具体地，所述增益单元还包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二电容C2，所述第七电阻R7一端和第一二极管D1阴极连接，第七电阻R7另一端和第八电阻R8一端、第二电容C2一端连接，第九电阻R9一端和第二MOS管Q2栅极连接，第九电阻R9另一端、第二电容C2另一端和接地端连接。

具体地，所述增益单元还包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第三三极管Q3、第三电容C3，所述第十电阻R10一端和第十一电阻R11一端、电源连接，第十电阻R10另一端和第三三极管Q3集电极连接，第三三极管Q3基极和第十一电阻R11另一端、第十二电阻R12一端、第三电容C3一端连接，第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接，第三电容C3另一端和第一输入端IN1连接。

具体地，所述增益单元还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，所述第十四电阻R14一端和电源、第十五电阻R15一端连接，第十四电阻R14另一端和第三运算放大器U3同相端、第十七电阻R17一端连接，第十五电阻R15另一端和第二运算放大器U2反相端、第十六电阻R16一端连接，第十六电阻R16另一端、第十七电阻R17另一端和接地端连接。

具体地，所述增益单元还包括第十八电阻R18、第十九电阻R19、S1，所述第十八电阻R18一端和电源连接，第十八电阻R18另一端和S1一端连接，S1另一端和第十九电阻R19一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接，S1公共端和第四数字电位器U4连接，S1信号端和主控模块连接。

具体地，所述增益单元还包括第二十电阻R20，所述第二十电阻R20一端和第一电容C1一端连接，第二十电阻R20另一端和接地端连接。

具体地，所述增益单元还包括第二十一电阻R21，所述第二十一电阻R21两端串接在第一三极管Q1集电极和电源之间。

具体地，一种扬声器音频增益控制方法，包括以下步骤；

S1.对音频输入信号进行分离并滤波；

S2.对分离和滤波后的信号进行增益放大；

S3.对增益放大的信号进行检测和调节；

S4.对多个增益放大信号进行载波混合。

本发明具体原理为，第一输入端IN1用于输入分离滤波后的高频或低频信号，第一输出端VOUT1用于增益和调节后输出，增益阶段，信号经第一输入端IN1输入，第一电容C1和第一电阻R1微分反馈到第一运算放大器U1同相端，第二电阻R2、第四数字电位器U4对第一运算放大器U1输出进行反馈使第一运算放大器U1输出增益信号分别反馈到第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一三极管Q1，第一三极管Q1通过对其增益信号进行二次放大输出到第一输出端VOUT1，完成输出阶段，同时也为第二运算放大器U2和第三运算放大器U3提供调节范围，第二运算放大器U2反相端、第三运算放大器U3同相端分别设置高低增益的阈值调节区域，例第一运算放大器U1增益为X倍，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3对X倍数范围设限（0.1-0.9），第一三极管Q1用于第一运算放大器U1输出在最大设限范围时等同于X倍（0-1），第二运算放大器U2和第三运算放大器U3输出的信号反馈到主控模块，主控模块反馈到第四数字电位器U4进行调节，完成调节阶段。考虑到扬声器组成阵列时多个增益单元的占用问题，第二运算放大器U2输出的调节信号一路反馈到第二MOS管Q2，另一路经第一二极管D1直接反馈到第四数字电位器U4，第四电阻R4用于第二MOS管Q2输出信号进行上拉，第五电阻R5和第六电阻R6用于第二MOS管Q2供电，第三运算放大器U3输出的调节信号经第二二极管D2反馈到第四数字电位器U4，以此替换主控模块对第四数字电位器U4的调节进行自动调节，此时第二运算放大器U2和第三运算放大器U3输出端信号不与主控模块连接，降低占用。考虑到阵列时自动调节的响应问题，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3输出信号后通过第七电阻R7和第二电容C2进行积分，让第二运算放大器U2和第三运算放大器U3输出到无输出后通过积分曲线进行调节，降低趋近调节时因其特性导致的频繁响应问题，第八电阻R8用于第二电容C2回路，第九电阻R9用于第二MOS管Q2释放。第四数字电位器U4为任意型号的数字电位器，其中与第二电阻R2连接的为高电位输入引脚H，第四数字电位器U4与接地端连接的为调节电位和低电位的W和L引脚，第四数字电位器U4与第一二极管D1和第二二极管D2阴极连接的为电源输入端的CLK引脚连接，第四数字电位器U4与第二MOS管Q2漏极连接的为信号调节端的DIN引脚，第四数字电位器U4与第一转换开关ST1公共端连接为选择端的CS反引脚，其余引脚可根据数据手册自行连接。考虑到信号分离后的误差，通过第三电容C3对第一输入端IN1输入的信号进行耦合，第十一电阻R11和第十二电阻R12用于第三三极管Q3偏置，第三三极管Q3放大经第十三电阻R13回路，第三三极管Q3发射极和第十三电阻R13的连接点与第一电容C1一端连接，代替第一电容C1一端直接输入的第一输入端IN1信号。第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17用于设置第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的阈值信号。如分离后的信号无需增益时，通过主控芯片控制第一转换开关ST1停止自动调节，其中第十八电阻R18和第十九电阻R19用于提供信号，第一转换开关ST1用于转换并将信号反馈到第四数字电位器U4。第二十电阻R20用于第一电容C1一端无输入或开路时的抗干扰。第二十一电阻R21用于第一三极管Q1限流。

综上，本发明通过增益单元组成增益模块对线阵列的扬声器进行控制，使用时可无需额外控制信号对音频信号进行自动增益放大，降低占用。

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，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而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 (8)

1.一种扬声器音频增益控制系统，包括增益模块、主控模块、分离模块、混合模块，其特征在于，所述增益模块和主控模块、分离模块、混合模块连接，分离模块用于对音频信号进行分离，增益模块设置有多个增益单元，用于对分离后的音频信号进行增益，主控模块用于对增益模块中多个增益单元是否进行增益进行控制，混合模块进行混合;

所述增益单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管、第一电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四数字电位器、第一输入端、第一输出端，所述第一输入端与第一电容一端连接，第一电容另一端和第一运算放大器同相端、第一电阻一端连接，第一运算放大器输出端和第二电阻一端、第一三极管基极、第二运算放大器同相端、第三运算放大器反相端连接，第二电阻另一端和第四数字电位器一端连接，第一三极管集电极和电源连接，第一三极管发射极和第一输出端、第三电阻一端连接，第三电阻另一端、第一电容另一端、第一电阻另一端、第四数字电位器另一端、第四数字电位器抽头端和接地端连接，第二运算放大器输出端、第三运算放大器输出端和主控模块连接；

所述增益单元还包括第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻，所述第十四电阻一端和电源、第十五电阻一端连接，第十四电阻另一端和第三运算放大器同相端、第十七电阻一端连接，第十五电阻另一端和第二运算放大器反相端、第十六电阻一端连接，第十六电阻另一端、第十七电阻另一端和接地端连接。

2.根据权利要求1所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二MOS管、第一二极管、第二二极管，所述第二运算放大器输出端和第二MOS管栅极、第一二极管阳极连接，第二MOS管源极和第五电阻一端、第六电阻一端连接，第二MOS管漏极和第四数字电位器一端、第四电阻一端连接，第一二极管阴极和第二二极管阴极、第四数字电位器另一端连接，第二二极管阳极和第三运算放大器输出端连接，第五电阻另一端和电源连接，第四电阻另一端、第六电阻另一端和接地端连接。

3.根据权利要求2所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二电容，所述第七电阻一端和第一二极管阴极连接，第七电阻另一端和第八电阻一端、第二电容一端连接，第九电阻一端和第二MOS管栅极连接，第九电阻另一端、第二电容另一端和接地端连接；第八电阻另一端接地。

4.根据权利要求3所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第三三极管、第三电容，所述第十电阻一端和第十一电阻一端、电源连接，第十电阻另一端和第三三极管集电极连接，第三三极管基极和第十一电阻另一端、第十二电阻一端、第三电容一端连接，第三三极管发射极和第十三电阻一端连接，第十二电阻另一端、第十三电阻另一端和接地端连接，第三电容另一端和第一输入端连接。

5.根据权利要求4所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第十八电阻、第十九电阻、S1，所述第十八电阻一端和电源连接，第十八电阻另一端和S1一端连接，S1另一端和第十九电阻一端连接，第十九电阻另一端和接地端连接，S1公共端和第四数字电位器抽头端连接，S1信号端和主控模块连接。

6.根据权利要求5所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第二十电阻，所述第二十电阻一端和第一电容一端连接，第二十电阻另一端和接地端连接。

7.根据权利要求6所述的扬声器音频增益控制系统，其特征在于，所述增益单元还包括第二十一电阻，所述第二十一电阻两端串接在第一三极管集电极和电源之间。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的控制系统的扬声器音频增益控制方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1.对音频输入信号进行分离并滤波；

S2.对分离和滤波后的信号进行增益放大；

S3.对增益放大的信号进行检测和调节；

S4.对多个增益放大信号进行载波混合。