[發明專利]利用數字化實時音頻信號驅動熱致發聲裝置的方法及系統

有效

• 申請號: 202010857180.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112055295B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 任天令;田禾;喻國芳;王雪峰;韋雨宏;李驍時;楊軼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04R23/00
• 分類號: H04R23/00;G10L19/26;G10L21/0208
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種利用數字化實時音頻信號驅動熱致發聲裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對輸入熱致發聲裝置前的模擬音頻信號進行格式轉換和濾波降噪處理，將信號格式轉換為后級所需格式并消除模擬音頻信號傳輸過程中引入的噪聲；

2)將經過格式轉換和濾波降噪后的模擬音頻信號通過過采樣的方式轉換為10～16位高精度的數字信號流；

3)對獲得的數字信號流進行數字濾波，然后通過信號的兩級數字化調制得到能夠隨時鐘信號變化的數字化的音頻信號流；所述兩級數字化調制是利用根據輸入音頻信號的特征隨著時鐘信號變化而變化的數字化信號來表示音頻信號的特征，在每個時鐘周期內，信號保持固定特征，并將采樣得到的信號幅度通過調制運算并與參考值進行比較，從而輸出0或1的數字脈沖信號；

4)對調制得到的數字化的音頻信號流進行整形和功率放大，得到用于驅動熱致發聲裝置播放音頻的數字化的音頻信號流。

2.一種利用數字化實時音頻信號驅動熱致發聲裝置的系統，其特征在于，包括：

輸入模塊，包括相互連接的信號格式轉換器和兩級模擬濾波器，通過音頻接口輸入音頻信號，所述信號格式轉換器和兩級模擬濾波器依次對輸入的音頻信號進行信號的格式轉換和濾波處理得到差分模擬信號；

模數轉換模塊，與所述輸入模塊相連，用于將輸入模塊得到的模擬信號轉換為10～16位高精度數字信號；

調制模塊，與所述模數轉換模塊相連，包括相連接的數字濾波器和信號數字化調制器；模數轉換模塊輸出的數字信號輸入到調制模塊中，通過數字濾波器和信號的數字化調制模塊分別進行濾波和信號的數字化調制；

輸出模塊，包括相連接的波形整形器，和功率放大電路；由所述調制模塊調制得到的數字化的音頻信號輸入到輸出模塊中，通過波形整形器和功率放大電路提升驅動信號的質量和功率，以此驅動熱致發聲裝置播放音頻；

電源管理模塊，與輸入模塊、模數轉換模塊、調制模塊和輸出模塊相連，用于為各模塊供電。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述輸入模塊中，信號格式轉換器采用AC耦合的方式將輸入音頻信號轉換為差分信號，所述兩級模擬濾波器采用無源RC低通濾波器以及LC低通濾波器對差分信號進行濾波，得到所述調制模塊所需的差分輸入信號。

4.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述輸入模塊包括七個電阻R1～R7、九個電容C1～C9和兩個電抗L1～L2，其中，由電阻R1、R2、R5、R6、R7和電容C1、C2、C7、C8、C9組成所述信號格式轉換器；由電阻R3、電容C3、C4和電抗L1組成正差分信號的兩級模擬濾波器，由電阻R4、電容C5、C6和電抗L2組成負差分信號的兩級模擬濾波器；電容C1、C2的一端分別與音頻接口的正極端Vin+、負極端Vin-連接，電容C1的另一端接入正差分信號的兩級模擬濾波器，并從輸入模塊的正極輸出端V+輸出正差分信號，電容C2的另一端接入負差分信號的兩級模擬濾波器，并從輸入模塊的負極輸出端V-輸出負差分信號；正差分信號的兩級模擬濾波器中，電阻R3與電抗L1串聯，在電抗L1與電阻R3及正極輸出端V+的連線與地之間分別并聯接入電容C3和電容C4；負差分信號的兩級模擬濾波器中，電阻R4與電抗L2串聯，在電抗L2和電阻R4及負極輸出端V-的連線與地之間分別并聯接入電容C5和電容C6；信號格式轉換器的高位參考電壓端V_{ref_H}、電阻R6、電阻R7和信號格式轉換器的低位參考電壓端V_{ref_L}依次串聯，在電阻R6和高位參考電壓端V_{ref_H}的連線與地之間并聯接入電容C8，在電阻R7和低位參考電壓端V_{ref_L}的連線與地之間并聯接入電容C9；電阻R1和R2的一端串聯，電阻R1的另一端并聯接入電容C1與電阻R3的連線，電阻R2的另一端并聯接入電容C2與電阻R4的連線，電阻R5的一端并聯接入電阻R1和R2的連線，電阻R5的另一端并聯接入電阻R6與電阻R7的連線。