本发明专利技术公开了一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法和装置。方法包括：音源信号经调制处理后生成(2L+1)个电平级的编码信号x；编码信号x和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s，进一步经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a；调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的反馈矢量信号b；状态矢量信号s经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号p；驱动矢量信号p经功率放大驱动多通道功放和换能器单元完成电声转换。本发明专利技术能够同时调整各个通道的幅值与相位，可以取得更好的空域指向性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种数字扬声器驱动方法和装置，特别涉及一种基于调幅和调相的数 字扬声器驱动方法和装置。
技术介绍
随着超大规模集成电路制造技术的迅速发展，电声产业的主导产品一一扬声器系 统的设计与制造逐渐向低功耗、微型化、便携式的方向发展。近些年来，随数字化浪潮带 动下产生的半数字化扬声器系统，因其采用脉冲宽度调制（PulseWidthModulation-- PWM)D类功放驱动技术，成功解决了功耗和发热问题，大幅度提升了整个系统的电声转换效 率。但是，半数字化扬声器系统的后级仍然需要依靠体积庞大的LC低通模拟滤波器，以滤 除数字脉冲调制信号的带外高频分量，将被调制的低频包络信号解调出来，从而完成数模 转换过程。为了消除模拟LC滤波器的限制，突破扬声器单元的数字化瓶颈，提高扬声器系 统的集成化水平，实现扬声器系统所有信号处理与传输环节的全部数字化，需要将扬声器 单元纳入到数字编码环节中，真正实现扬声器单元的数字化编码，形成数字化扬声器系统， 从而最终由扬声器单元及人耳自身结构的低通滤波特性，完成数字编码量到模拟振动量的 转换，将数模转换环节移至电声转换的物理阶段予以实现，从而消除了传统系统中所包含 的数模转换器件，避免了数模转换器所引入的各种电噪声。围绕着扬声器单元的数字化这 一核心问题，近年来国内外多家研宄机构的学者们已经开展了关于数字化编码调制、数字 化功率驱动和数字化扬声器单元制作技术的较为广泛而深入的理论和实践研宄，从而形成 了以数字化扬声器系统设计为研宄方向的全新研宄领域。 具有指向性的扬声器可以应用在各种声学环境中，特别是在个人音频领域，可以 为用户在不打扰他人的前提下，创造个性化的聆听空间。而数字扬声器由多单元组成，具有 潜在的指向性能力。在文献"数字化阵列通道均衡和波束形成算法"（电声技术，2012年第 36卷第11期）中，作者采用的基于数据抽取的FIR滤波器均衡和波束算法可以较好的解决 此问题，但是此方法资源占有量较大，A-E调制器数目等于通道数目，再加FIR滤波器，相 较于一般的数字扬声器单A-E调制器实现方法，其资源占有量至少提高一个量级，不适 合数字扬声器的实际应用。在文献"Anovelbeam-formingloudspeakersystemusing digitallydrivenspeakersystem"（AudioEng.Soc. 127thConvention,Convention Paper7950,October2009)中，作者提出了采用延迟寄存器来实现数字扬声器的指向性， 此方法最大的优点是实现简单，占有资源量较少，但是其最大的缺点是只有调相功能，但是 并没有调幅功能，因此旁瓣较高，指向性较弱。在文献"AHighlyDirectionalSpeaker withAmplitude-PhaseControlUsingaDigitallyDirect-DrivenSystem" （2014IEEE InternationalConferenceonConsumerElectronics(ICCE))中，作者在调相功能的基 础上加入了调幅功能，相比于只有调相功能可以取得更好的指向性。作者的调幅功能实现 方式为将单脉冲宽度均分为N个等宽度的小脉冲，对于每个通道不同的幅度大小，选择不 同个数的小脉冲，比如第一通道调幅系数为4,则选取4个小脉冲。此方法最主要的缺陷有 两个：（I)、将原有脉冲均分为N个等宽度的小脉冲会进一步提高时钟采样频率，这会突破 功率开关管的开关速率上限，从而会使开关管处于饱和状态，引入非线性失真，降低信号质 量；（2)、对幅度系数大小有限制，首先幅度系数不能过大，否则开关管失真会过大，其次幅 度系数只能为整数，无法实现任意幅度调相，因此此方法在实际中并不适用。 针对现有数字扬声器调幅调相的缺陷性，并结合低功耗、数字化与集成化发展需 求，需要寻找性能优异、实现简单的数字扬声器调幅调相方法，以实现性能优异的指向性效 果，同时资源占有量少。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有数字扬声器系统中调幅调相存在的缺陷性，在基本不增 加资源占有量和不降低基本性能的前提下，取得较好的指向性效果。 为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下： 一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，如图1所示，包括如下步骤： 1)音源信号经调制处理后生成（2L+1)个电平级的编码信号X; 2)量化信号X和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s； 3)状态矢量信号S经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a; 4)调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的与步骤2中属性相同的下一反馈矢 量信号b; 5)状态矢量信号S经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号P; 6)驱动矢量信号p经功率放大驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中 的多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声信号。 在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中所述（2L+1)个电平级的量化信号X，其取 值为区间范围内的任一整数，其中L为整数且L彡1。 在上述技术方案中，进一步地，步骤1)中所述调制处理的步骤如下： a)将音源信号转化为采样率为fs、位宽为N的PCM编码信号； b)将PCM编码信号通过升采样的插值低通滤波器处理，产生采样率为f。、位宽仍 为N的过采样的PCM编码信号，其中f。=OotXfs，OJ%过采样因子； c)将过采样的PCM编码信号，经多比特A-E调制处理后生成采样率仍为f。、量 化电平等级数为（2L+1)的PCM编码信号X，其中量化电平等级的数量满足条件：（2L+1)〈2n。 多比特A-E调制处理是按照各种多比特A-E调制器的设计方法一一像高阶单级 (Higher-OrderSingle-Stage)串行调制方法或者多级（Multi-Stage(Cascade、MASH))并 行调制方法一一进行调制器结构和参数设计，实现对插值滤波器输出的过采样信号进行噪 声整形处理，将噪声能量推挤到可听频带之外的区域，保证了调制后信号在可听声频带内 具有有足够高的信噪比。 在上述技术方案中，进一步地，步骤2)中所述选择处理后生成M通道状态矢量信 号s的表达式如下： s= ， 其中M彡L，第i个通道的状态信号为Si,iG{1，2,…，Mhsi的状态取值从"-1"、 在上述技术方案中，进一步地，步骤2)中所述选择处理步骤如下：a)设定M通道的反馈信号矢量为b= ，其中h代表第i个通道被 选择的权重系数，对反馈信号矢量b按照从大到小的顺序进行排序，生成排序后的反馈信 号矢量b)根据各通道权重系数所处的位次，如果X彡0,将排序后的反馈信号矢量H的 前面X个较大值元素所对应通道的输出状态置为"1"，剩余元素所对应通道的输出状态置 为如果x〈0,将排序后的反馈信号矢量6的后面-X个较小值元素所对应通道的输出状 态置为"-1"，剩余元素所对应通道的输出状态置为"0" ； c)将经选择处理后所有通道所设置的输出状态按照从1到M的顺序排列生成M通 道状态矢量信号s。当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于调幅和调相的数字扬声器驱动方法，包括如下步骤：1)音源信号经调制处理后生成(2L+1)个电平级的PCM编码信号x；2)PCM编码信号x和M通道反馈矢量信号b经选择处理后生成M通道的状态矢量信号s；3)状态矢量信号s经调幅处理后生成M通道的调幅矢量信号a；4)调幅矢量信号a经整形处理后生成M通道的下一反馈矢量信号b；5)状态矢量信号s经调相处理后生成M通道的驱动矢量信号p；6)驱动矢量信号p经功率放大驱动多音圈扬声器中的多个音圈或扬声器阵列中的多个扬声器单元，由多音圈扬声器或扬声器阵列将数字编码信号转换为模拟声信号；所述L为正整数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡野锋，周建明，柴国强，马登永，杨军，
申请(专利权)人：苏州上声无线音频传输系统研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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