BPPA数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器

技术领域

本发明涉及一种带通相位调节数字音频处理器(BPPA)及使用该处理器的音箱处理器，具体来说，涉及一种利用高速DSP(数字信号处理)芯片，对音频信号进行预处理，即利用多个分离的带通滤波器分离出不同频段的信号，对不同频段的信号进行延时，实现相位偏离，再将各个分离的不同频段的信号混合，实现不同频段音频信号的相位调节的技术，以及使用该技术的音箱处理器。

背景技术

在一个扩声系统中，影响最终音质表现的主要瓶颈就是扬声器的失真，包括频率响应失真和相位响应失真等。在扬声器制造及系统扩声应用中，大多关注频率响应失真，对相位响应失真关注较少，造成这种现象的主要原因是对相位响应失真进行调节的手段不多，而且难以把握，另外，对扬声器的频率响应进行校正时，如均衡器调节、高通滤波器调节、低通滤波器调节等，都会伴随着相位的偏移，造成相位响应失真，即为了调节扬声器的频率响应，往往就要牺牲扬声器的相位响应失真。

目前，在扩声领域形成了普遍的共识，两个频率响应完全相同的扬声器，在音质表现上却不一定完全相同，甚至相差极大，这说明了影响扬声器音质表现的因素不光只有扬声器的频率响应，其中相位响应也是一个很关键的因素，扬声器的频率响应，它表征的是扬声器在不同频率下的振幅还原。“平坦的”频率响应表明扬声器对不同频率下的振幅还原是相同的，但这是一个稳态参数，不能表现扬声器的瞬态特征，扬声器的相位响应，它表征的是扬声器在不同频率下震动的启动时间，“平坦的”相位响应，表明扬声器不同频率下的振动还原是同时的，没有提前也没有滞后。由于扬声器单元的特殊特征，不同频率的响应时间并不相同，往往高频先响应，低频迟响应，其特征完全表现在相位的响应中。一般扬声器高频和低频的相位响应相差2周，有的甚至4周，对于一个100Hz的信号和一个1000Hz的信号，即使它们之间的响应相差一周，由于100Hz的周期为0.01秒，1000Hz的周期为0.001秒，以340米/秒的声速计算，这两个信号在空间上就相差340×0.01-340×0.001＝3.06米，这样，对于一个乐器的声音信号，经扬声器还原后，不同频率的声音在空间上具有很长距离的分散，其音质表现当然和原乐器的表现不一样。因此，相同频率响应的两只扬声器，如果他们的相位响应不一致，其音质表现也不会相同。脉冲信号的还原能集中体现扬声器的瞬态特征，瞬态特征好，则扬声器对音乐还原的层次感、明晰度及力度感都会得到提升，因此，扬声器的相位响应也是音质表现的一个重要参数。

目前，国际上一些著名品牌的扬声器制造厂，也非常关注扬声器的相位响应，并采用多种方法进行调整。有的采用物理的方式，如修正扬声器箱体设计，优化高音号角结构等，这种方式调整困难，而且难以把握；有的采用优化扬声器处理电路的方式，如优化分频电路设计，这种方式调整相对简单些，但调整的范围幅度有限。

发明内容

根据以上的不足，本发明提供了一种对音频信号输入进行相位响应调整的BPPA数字音频处理器及使用该处理器的音箱处理器，它首先将输入的音频信号经过n个带通滤波器按照不同的频段分离为n路音频处理信号，然后将所述每一路音频处理信号分别输入n路延时器，再将n路延时器输出的信号同时经过n×1混音器进行混合输出，形成最后的音频信号输出，其中n为自然数。

所述每一路音频处理信号的中心频率为Fn，每一路延时器的延时量为Tn，对每一路音频信号调节的相位为Pn，Pn＝(Tn÷Fn)×360。

所述n的值大于64。

本发明的音箱处理器，它采用上述BPPA数字音频处理器。

所述音箱处理器为单扬声器的音箱处理器，输入的音频信号依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和单扬声器输出。

所述音箱处理器为两分频的音箱处理器，音频信号分两路输入，一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。

所述音箱处理器为三分频的音箱处理器，音频信号分三路输入，路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、高通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和高音扬声器输出；另一路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增益控制器、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、带通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和中音扬声器输出；第三路路依次通过用于调节扬声器的输出声压大小的增压、用于调整扬声器相位响应特性的数字音频处理器、低通滤波器、用于调整扬声器整体延时的延时器、用于调整扬声器的频率响应特性的参量均衡器以及用于保护扬声器和功率放大器的压缩限幅器，再经由功率放大器和低音扬声器输出。

本发明的有益效果：本发明基于DSP芯片设计，可以大范围大幅度调节，而且操作简单，而且适用于不同分频的音箱处理器，对音质的表现具有明显的大幅提升；另外，本发明利用多个分离的带通滤波器分离出不同频段的信号，对不同频段的信号进行延时，实现相位偏离，再将各个分离的不同频段的信号混合，校正扬声器本身的相位偏移，从而改善扬声器的频率响应和瞬态响应，减少了失真，极大提高了扬声器的音质表现。

附图说明

图1为本发明BPPA数字音频处理器的结构示意图；

图2为本发明单扬声器音箱处理器结构示意图；

图3为本发明数字音频处理器的调试与设置系统图；

图4为本发明两分频音箱处理器结构示意图；

图5为本发明三分频音箱处理器结构示意图；