CN201937549U - 一种音频功放系统及音响设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种音频功放系统，包括控制模块、功率放大模块、电源模块、数字信号接收模块和DSP模块，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块分别与用于监测协调数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块工作状态的控制模块相连，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块依次连接，所述DSP模块接收数字信号接收模块输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块接收DSP模块输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块分别为数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和控制模块供电。本实用新型不仅具有较强的抗干扰能力，而且大大减轻了信号线束负担，从而增强功放系统工作的安全可靠性。

Description

一种音频功放系统及音响设备

技术领域

本实用新型音频功放领域，具体涉及一种音频功放系统及音响设备。

背景技术

音频功放系统是音响设备中的主要设备，其任务是将来自信号源的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音，由此可知，音频功放系统对音响设备的好坏起着至关重要的作用。

现有技术的音频功放系统如图1所示，包括功率放大模块、功率分频器、控制模块和电源模块，功率放大模块分别与控制模块和功率分频器相连，电源模块分别为控制模块和功率放大模块供电，功率放大模块还与主机相连（图中未画出），用于接收主机输出的模拟音频信号，并对该模拟音频信号进行放大，功率分频器还与扬声器相连（图中未画出），用于接收通过功率放大模块放大的音频信号，并对该音频信号进行分频后，通过扬声器播放。

由图1可知，现有技术中，主机与功率放大模块传输的仅仅是模拟音频信号，但随着多媒体系统的不断升级，主机与功率放大模块之间传输的模拟音频信号通道不断增加，即传输的线束也相应增加，这样便容易引起故障；其次，通过线束传输的模拟音频信号，在传输过程中，模拟音频信号很容易受到干扰，严重影响了音源重放的真实感和整体感；最后，现有功率分频器需要大电流的电感线圈，功率损耗大，各个频段的电平不能进行单独控制。对于大功率的系统来说，功率分频器的制造会遇到很大的麻烦，同时低频单元的阻尼要受到电感线圈的影响，还有重要的一点是：扬声器的阻抗曲线会影响分频器的分频特性，反过来功率分频器网络的阻抗又会影响功放和扬声器的阻抗匹配，最终在功率分频方式下，系统的音色表现力劣化，相位失真较大，高音超前，低音滞后，重播音场的整体感变差。

实用新型内容

本实用新型为解决现有音频功放系统仅能接收模拟音频信号，音质较差的技术问题，提供了一种由于能够接收数字音频信号，音质更佳的音频功放系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种音频功放系统，包括控制模块、功率放大模块和电源模块，其中，还包括用于接收数字音频信号的数字信号接收模块，以及用于对数字信号接收模块接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块分别与用于监测协调数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块工作状态的控制模块相连，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块依次连接，所述DSP模块接收数字信号接收模块输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块接收DSP模块输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块分别为数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和控制模块供电。

进一步，所述DSP模块还用于接收模拟音频信号，并对该模拟音频信号进行分频。

进一步，所述电源模块包括电源、第一电平转换单元、第二电平转换单元、第三电平转换单元和升压单元，

所述电源通过第一电平转换单元与数字信号接收模块相连；

所述电源通过第二电平转换单元与控制模块相连；

所述电源通过第三电平转换单元与DSP模块相连；

所述电源通过升压单元与功率放大模块相连。

进一步，所述升压单元为功率放大模块提供额定输出功率为300W，瞬态峰值功率为500W的功率。

进一步，还包括桥接滤波模块，所述数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和桥接滤波模块依次相连。

进一步，所述控制模块选用MCU。

进一步，所述数字信号接收模块通过双绞线接收数字信号。

进一步，所述功率放大模块选用ClassD芯片。

本实用新型还提供了一种音响设备，包括扬声器和上述音频功放系统，所述扬声器与上述音频功放系统的功率放大模块相连。

本实用新型通过在现有音频功放系统的基础上，增加用于接收数字音频信号的数字信号接收模块，以及用于对数字信号接收模块接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块分别与用于监测协调数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块工作状态的控制模块相连，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块依次连接，所述DSP模块接收数字信号接收模块输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块接收DSP模块输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块分别为数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和控制模块供电。使得本实用新型的音频功放系统能够接受数字音频信号，该数字音频信号在传输时，不仅具有较强的抗干扰能力，保证了音源得到完整真实的回放，而且数字音频信号传输时，一根信号线可传输多路音频信号，相对于传统功放系统仅以模拟音频信号传输，一根信号线只能传输一路音频信号，本实用新型由于采用数字音频信号传输，可大大减轻传输线束负担，即减小故障发生的概率，从而增强音频功放系统工作的安全可靠性。

附图说明

图1为现有技术的音频功放系统结构框图。

图2为本实用新型提供的实施例一结构框图。

图3为本实用新型提供的实施例二结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的核心在于，在现有功放系统的基础上，增加用于接收数字音频信号的数字信号接收模块，以及用于对数字信号接收模块接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块分别与用于监测协调数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块工作状态的控制模块相连，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块依次连接，所述DSP模块接收数字信号接收模块输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块接收DSP模块输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块分别为数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和控制模块供电。使得本实用新型的音频功放系统能够接受数字音频信号，该数字音频信号在传输时，不仅具有较强的抗干扰能力，保证了音源得到完整真实的回放，而且数字音频信号传输时，一根信号线可传输多路音频信号，相对于传统功放系统仅以模拟音频信号传输，一根信号线只能传输一路音频信号，本实用新型由于采用数字音频信号传输，可大大减轻传输线束负担，即减小故障发生的概率，从而增强音频功放系统工作的安全可靠性。

为了使本领域的技术人员能够更好地理解、实现本实用新型，下面通过具体实施例对本实用新型进行详细说明。

图2为本实用新型提供的实施例一结构框图，参阅图2，音频功放系统包括控制模块1、功率放大模块4、电源模块5、用于接收数字音频信号的数字信号接收模块2以及用于对数字信号接收模块2接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块3，所述数字信号接收模块2、DSP模块3和功率放大模块4分别与控制模块1相连，所述数字信号接收模块2、DSP模块3和功率放大模块4依次连接，所述DSP模块3接收数字信号接收模块2输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块4接收DSP模块3输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块5分别为数字信号接收模块2、DSP模块3、功率放大模块4和控制模块1供电，并且，上述数字信号接收模块2、DSP模块3和功率放大模块4的工作状态均受控制模块1的监控协调，保证音频功放系统安全可靠的运行。

本实施例中，采用了对数字音频信号具有解码和分频功能的DSP模块3，由于该DSP模块3不仅充当了解码器，而且也代替了原始的功率分频器，因此使得本实用新型的音频功放系统省掉数字传输网络中所需的昂贵的音频D/A转换器，从而从性价比上说具有优势。

另外，本实施例中的DSP模块3采用软件分频，其分频方法为：1）设置分频点；2）选择滤波器类型；3）设置滤波器类型；4）设置通道增益。

从以上分频方法的效果来说，DSP模块3具有以下优点：

1) DSP模块3采用软件分频，可以使整个音响系统的功率向超大型化发展，且各个频段都可以进行单独的调节，并舍弃了功率分频器中可能影响单元阻尼特性的衰减网络，因此可更容易地匹配不同的扬声器；

2) DSP模块3进行音频分频，由于它不像功率分频器要经过大型电感线圈，扬声器直接接在功率放大器输出端的，所以对扬声器的阻尼可以做到很好，特别是对低频段的重播有着更为准确的效果。

3) DSP模块3不同于功率分频器，DSP模块3的音频分频特性不受扬声器的阻抗曲线影响。

4) DSP模块3采用的DSP软件分频的方法，可得到高阶，通频带平坦，过渡带窄、相频特性好的任意类型的滤波器，滤波器的性能要明显优于功率分频器的硬件滤波器。

5) 功率分频器一旦电路结构、元件参数设计不合理，需要重新设计并布PCB板，开发周期要长。而DSP模块3采用的软件分频可以随意设置分频参数，直到得到满意的设计效果，便于后期的调试。

6) 传统的功率分频器采用体积较大的大功率电感线圈、薄膜电容、水泥电阻，如果功放系统支持多声道，分频网络体积相当庞大，并且还有功耗散热问题需要考虑，对功放的散热要求相应提高。而本发明DSP模块3的音频分频网络体积小、功耗低，散热量小，解决了上述问题。

7) DSP模块3分频方法既适用于两分频又适用于三分频网络，分频后的通道无相对相移，而传统功率分频器三分频时通道间存在很大的相对相移，不容易补偿。相位失真会影响听音效果的整体感。

在具体实施中，所述控制模块1可选用MCU。

在具体实施中，所述功率放大模块4选用ClassD芯片，因为，选用该芯片可使得本实用新型音频功放系统的效率达到90%以上。

在具体实施中，由于数字信号接收模块2、DSP模块3和功率放大模块4分别需要提供的电源电压不同，因此所述电源模块5可包括一个电源、第一电平转换单元、第二电平转换单元、第三电平转换单元和升压单元，所述电源通过第一电平转换单元与数字信号接收模块2相连，用于给数字信号接收模块2提供所需电源电压；所述电源通过第二电平转换单元与控制模块1相连，用于给控制模块1提供所需电源电压；所述电源通过第三电平转换单元与DSP模块3相连，用于给DSP模块3提供所需电源电压；所述电源通过升压单元与功率放大模块4相连，用于给功率放大模块4提供所需电源电压。

作为进一步优选方案，所述升压单元为功率放大模块4提供额定输出功率为300W，瞬态峰值功率为500W的功率。目的是使得本实用新型音频功放系统的输出功率将提升至几百瓦，从而实现超大功率输出，则当重播诸如重金属音乐时，可以增强声场的震撼效果，并且，由于输出功率的提升，支持了多声道多扬声器这种高档配置的音响设备。

在此需说明的是，以上的电源模块5的组成只是一种实施方式，电源模块5还可包括四个电源，其分别为控制模块1、DSP模块3、数字信号接收模块2和功率放大模块4提供所需电源电压。

图3为本实用新型提供的实施例二结构框图，参阅图3，音频功放系统包括控制模块1、功率放大模块4、电源模块5、桥接滤波模块6、用于接收数字音频信号的数字信号接收模块2以及用于对数字信号接收模块2接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块3，所述数字信号接收模块2、DSP模块3、功率放大模块4分别与控制模块1相连，所述数字信号接收模块2、DSP模块3、功率放大模块4和桥接滤波模块6依次连接，所述电源模块5分别为数字信号接收模块2、DSP模块3、功率放大模块4和控制模块1供电，数字信号接收模块2接收数字音频信号，经过DSP模块3解码、分频后，再通过功率放大模块4放大后输出音频信号，该音频信号并经桥接滤波模块6滤波后输出，并且，上述数字信号接收模块2、DSP模块3和功率放大模块4均受控制模块1的监控协调，保证音频功放系统安全可靠的运行。

本实施例是在实施例一的基础上做了进一步改进，即在实施例一的基础上增加用于对音频信号进行滤波的桥接滤波模块6，所述数字信号接收模块2、DSP模块3、功率放大模块4和桥接滤波模块6依次相连，目的是将功率放大模块4放大的音频信号通过桥接滤波模块6滤波后输出，可以减小电磁干扰，从而改善音频信号的音质。

在上述实施例（包括实施例一、实施例二以及在实施例一和实施例二的基础上扩展的实施例）的基础上，可做进一步改进，所述DSP模块3还可用于直接接收模拟音频信号，并对该模拟音频信号进行分频，这样使得本实用新型音频功放系统不仅可以接受数字音频信号，还可以接受模拟音频信号，因此使得本实用新型不仅具有接收数字音频信号的优点，而且还保留了传统音频功放系统的功能。

在上述实施例（包括实施例一、实施例二以及在实施例一和实施例二的基础上扩展的实施例）的基础上，还可做进一步改进，所述数字信号接收模块2采用双绞线代替传统光纤接收数字音频信号，不仅具有光纤的高速率传输优点，即传输的数字音频信号带宽高达50Mbps；更重要的是，相比于光纤，双绞线的成本较低，维护更方便。

本实用新型还提供了一种音响设备，包括扬声器和上述实施例的音频功放系统，所述扬声器与上述实施例的音频功放系统的功率放大模块相连。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种音频功放系统，包括控制模块、功率放大模块和电源模块，其特征在于，还包括用于接收数字音频信号的数字信号接收模块，以及用于对数字信号接收模块接收的数字音频信号进行解码和分频的DSP模块，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块分别与用于监测协调数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块工作状态的控制模块相连，所述数字信号接收模块、DSP模块和功率放大模块依次连接，所述DSP模块接收数字信号接收模块输出的数字音频信号解码、分频并输出，所述功率放大模块接收DSP模块输出的模拟音频信号处理并输出，所述电源模块分别为数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的音频功放系统，其特征在于，所述DSP模块还用于接收模拟音频信号，并对该模拟音频信号进行分频。

3.根据权利要求1所述的音频功放系统，其特征在于，所述电源模块包括电源、第一电平转换单元、第二电平转换单元、第三电平转换单元和升压单元，

所述电源通过第一电平转换单元与数字信号接收模块相连；

所述电源通过第二电平转换单元与控制模块相连；

所述电源通过第三电平转换单元与DSP模块相连；

所述电源通过升压单元与功率放大模块相连。

4.根据权利要求3所述的音频功放系统，其特征在于，所述升压单元为功率放大模块提供额定输出功率为300W，瞬态峰值功率为500W的功率。

5.根据权利要求1所述的音频功放系统，其特征在于，还包括桥接滤波模块，所述数字信号接收模块、DSP模块、功率放大模块和桥接滤波模块依次相连。

6.根据权利要求1至5任一项所述的音频功放系统，其特征在于，所述控制模块选用MCU。

7.根据权利要求1至5任一项所述的音频功放系统，其特征在于，所述数字信号接收模块通过双绞线接收数字音频信号。

8.根据权利要求1至5任一项所述的音频功放系统，其特征在于，所述功率放大模块选用ClassD芯片。

9.一种音响设备，包括扬声器，其特征在于，还包括权利要求1至8任一项所述的音频功放系统，该音频功放系统的功率放大模块与扬声器相连。

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