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音頻信號�(fā)生器
閱讀�4546時間�2018-05-14 10:02:14

音響技�(shù)指標(biāo)的測�,在音響行業(yè)�(nèi)官方交流�(dāng)�,是尤為重要�,就自娛自樂而言,技�(shù)指標(biāo)的性能測量,遠(yuǎn)比耳朵�分辨�要高,對于電路的�(diào)整與�(shè)�,有著重要的積極指導(dǎo)意義�

簡介

  而音頻信號發(fā)生器在音響技�(shù)指標(biāo)方面顯得非常重要。音頻信號發(fā)生器實際就是一個三極管振蕩電路,有兩種原理,一種是LC振蕩器,一種是RC振蕩�。在�(fù)載電阻上面輸出矩形脈沖信號,可以推動一個喇叭發(fā)��

原理

  音頻信號�(fā)生器實際就是一個三極管振蕩電路,有兩種原理,一種是LC振蕩器,一種是RC振蕩�。下面以RC振蕩器為例介紹一��
  電路原理:BG1是NPN型小功率高頻管,BG2是PNP小功率低頻管。當(dāng)電源開關(guān)K剛剛接通時�2個三極管尚未�(dǎo)�,電源通過R1,R2,RL對電容C充電,C兩端電壓按照指數(shù)�(guī)律上�,當(dāng)這個電壓上升到管子�(dǎo)通的門限電壓時,BG1BG2開始�(dǎo)�。然后出�(xiàn)了正反饋過程:UC上升使IB1,使IC1上升,使UC1下降,使UB2下降,使UC2上升,使UB1上升,又使UC1下降。這個過程立即使BG1BG2飽和。然后電容器C�(jīng)由R2通過BG1�(fā)射結(jié)和BG2集電極發(fā)射極放電。隨著放電的�(jìn)�,又�(fā)生了下面的正反饋過程:UC下降使IB1下降,使UC1上升,使UB2上升,使UC2下降,使UC1上升,使UB1下降。從而使BG1BG2迅速恢�(fù)到原來的截止?fàn)顟B(tài)。如此周而復(fù)始,就在�(fù)載電阻上面得到了矩形脈沖信號,可以推動一個喇叭發(fā)�。調(diào)整R1的電阻值可以改變振蕩器的頻率�

作用

  除了極個別的技�(shù)參數(shù),如噪聲電壓之外,其它所有的音響技�(shù)指標(biāo)都離不開音頻信號�(fā)生器的使用。如輸出功率,總諧波失真(THD�,互�(diào)失真(IMD),瞬態(tài)互調(diào)失真(TIM�,瞬�(tài)響應(yīng),輸入靈敏度(民間也叫增益),通道增益�,通道分離�,頻響,信噪�,動�(tài)范圍......都需要信號發(fā)生器的配��

選購

  音響技�(shù)指標(biāo)的測�,在音響行業(yè)�(nèi)官方交流�(dāng)�,是尤為重要�,就自娛自樂而言,技�(shù)指標(biāo)的性能測量,遠(yuǎn)比耳朵的分辨率要高,對于電路的�(diào)整與�(shè)�,有著重要的積極指導(dǎo)意義�
  附注:以耳朵收貨為主�,可作參考之�,也可選擇略過,因為主觀派與技�(shù)派的意見分歧�(yuǎn)非這個貼子可以解�。噴了幾十年的口�,目前并未見有啥�(jié)��
  �(jìn)入主題,如果有研究電路設(shè)計的愛好,必不可少手頭上備一些相�(guān)的測量儀�,用來測量相�(guān)電路的關(guān)鍵點�(shù)�(jù)與相�(guān)的音響技�(shù)指標(biāo)。本文將與大家共同探討用來測量音響技�(shù)指標(biāo)之一的音頻信號發(fā)生器的選��
  一、為什么要用音頻信號發(fā)生器?其它的信號�(fā)生器不行��
  答案�,一定要用音頻信號發(fā)生器,越的越�,其它的信號�(fā)生器肯定不如音頻信號�(fā)生器。如果你只是用來�(dān)�(fù)維修的工作,或者只是有時興趣來�,沒事測波形�,好比沒事撕報紙�,打打麻將啥�,當(dāng)然用一些如函數(shù)信號�(fā)生器也可;如果打算在音響電路�(shè)計方面�(jìn)行深層次的研�,或者總把事情往好的方面�,建議扔到一邊(不準(zhǔn)高空拋物�,免得把思路引入歧�。至于原因請繼續(xù)往下看�
  �、音頻信號發(fā)生器的作�
  目前在市場上也流傳了不少的音頻信號發(fā)生器的軟�,可以裝在電腦上運行�。本人也曾嘗試使用過,個人意見,如果手頭上寬裕,還是配置一臺信號發(fā)生器為宜,價錢也不貴。軟件信號發(fā)生器本屬于非用途的,發(fā)送的信號�(zhì)量與聲卡有著很大的關(guān)�(lián),而且�(yè)余條件下也不可能會有其它的儀器設(shè)備與之�(jìn)地比�,校�(zhǔn)。也就比較難保證�(fā)送的信號是否能滿足要求�
  �、對信號�(fā)生器的要�
  如果是手頭上的錢多得過分,多到令人發(fā)指的程度,直接抱臺的音頻信號�(fā)生器回去,一招搞�,無后顧之憂,此節(jié)略過。如果想以有效的資金開展無限的音響事�(yè),請完整地看完此段內(nèi)容:
  1、信號輸出幅度要求信號發(fā)生器只需超過2V(RMS)電壓,在測量音頻功�2V高輸入過載能力時要用�,一般的音頻信號�(fā)生器的峰值(P-P)值可以去�7V左右,此項就不詳述了�
  2、信號波形要求一般對于電子愛好�,這項最容易迷糊,有三角�,方�,正弦波,階次波是不是越多越�?答案是非也,在音頻功放測量�,真正用到的只有方波與正弦波。所�,目前音頻專用的信號�(fā)生器也只能輸出這兩種波�,都可以滿足使用。所�,此項也不再詳述�
  3、信號輸出失真度這項參數(shù)是關(guān)�,需要長篇大��
  1�、測量功率輸出對于失真度的要求此項參�(shù)將直接與音質(zhì)效果相對�(yīng),也是大家最�(guān)�,最有興趣的部分,就算是測量輸出功率的大�,也與失真有�(guān)�。�??吹接行﹤€別功放廠家說明書上就直接�(biāo)�50W或是多少,這是種很不負(fù)�(zé)及很不的做法(有時有種想問候他全家女性的沖動�。當(dāng)�,大多數(shù)廠家還是好的,尤其是大品牌的音響廠家,正確標(biāo)注如TDH=1%10W,以供消費者參�。為什么之前罵臟口�?有些氣不過。打過比方說,都�(biāo)�10W的功�,但THD=0�1%與THD=10%的條件是不一樣的,如果標(biāo)注為THD=0�1%能夠輸出10W,那么THD=10%�,對于同一臺石�(jī)來講,起碼可以去�15W以上,甚至于20W。人家老實�(biāo)注為THD=0�1%10W的廠家不是吃了啞巴虧了么?言歸正�,那么對于功率這項參數(shù)的測�,信號發(fā)生器的失真起碼得小于0�1%才可能發(fā)揮作�??梢?,不�(biāo)注失真率(THD)值的功率是沒有意義的�
  2�、測量失真度對于某臺音頻功放的最小失真度,根�(jù)國際電工�(lián)盟IEC科學(xué)論證后(一般牛人論證帶有權(quán)威性,何況是全世界一大堆級牛人的論證,可以不�?fù)?dān)心其科學(xué)與合理性),規(guī)定在1W的輸出功率條件下�(jìn)�,此時用失真儀測得的失真讀�(shù)就是音頻功放的失真度。需要指出的�,膽�(jī)對于信號�(fā)生器的要求會低于石機(jī),膽�(jī)通常的失真率�0�1-3%左右,所以失真率只要低于0�1%的信號發(fā)生器即可滿足測量要求。而石�(jī)的失真率通常都比較低,至少會去到0�1%以下,如LM3886�30W�,失真也�0�03%,LM3886�1W輸出時的失真率更�。如果玩石機(jī),想測測LM3886之類的功�,信號發(fā)生器的失真率起碼要求�0�02%以下。測試高保真功放,對于信號發(fā)生器的要求會更高�
  附注:一般函�(shù)信號�(fā)生器的失真標(biāo)注值通常都是1%,甚至于2%,請�(jǐn)慎選��
  4、諧波測量此項測試對于信號發(fā)生器的要求更�,需要頻譜儀配合使用,就不詳述了�
  5、信號平坦度與穩(wěn)定度一般測試用�,可以不用關(guān)注,平坦度的誤差基本上都�0�2dB左右,就算再大點,也可以滿足頻響-1dB的要�;穩(wěn)定度�,起碼也可以做到+(3%+1Hz),所以此項也不必要特別關(guān)�。在所有的測試�(dāng)中,不會因這這兩項參�(shù)延誤到測量工��
  四、市場上多數(shù)型號的信號發(fā)生器選購
  綜上所�,相信大家也知道,信號發(fā)生器性能�(yōu)劣主要是體現(xiàn)在失真這項指標(biāo)�,而失真越低的信號�(fā)生器,價錢越�,可以說是直線上升,而且大部分被�(yù)為神器級別超低失真型�,其二手信號�(fā)生器是有價無�,基本上絕種�。目前市場上全新�,失真小�0�1%,大約要100多人民幣,相對來�,二手的價錢比較有性價比,如健�,利�(dá),黑�,松下等等,其制造工�,儀器實際儀�,都比國�(nèi)小品牌的信號�(fā)生器,要好用得多,總體說來,比較超值�

音頻信號�(shù)字化

  綜述
  普通的CD采用了數(shù)字技�(shù),不過它只是簡單地把模擬信號加以�(shù)字化。為了把模擬信號�(shù)字化,首先要對模擬信號�(jìn)行采�。根�(jù)Nyquest采樣定律,通常其采樣頻率至少是信號中的頻率分量的兩�。對于高�(zhì)量的音頻信號,其頻率范圍是從20Hz-20kHz。所以其采樣頻率必須�40kHz以上。在CD中采用了44.1kHz的采樣頻�。在對模擬信號采樣以�,還必須對其幅度上加以分�。在CD�,其分層以后的幅度信號用16比特的二�(jìn)制信號來表示,也就是把模擬的音頻信號在幅度上分為65,536�。這樣,它的動�(tài)范圍就可以達(dá)�96分貝=20Log65536(6分貝/比特)。這種直接模數(shù)(A/D)變換的方法也稱為PCM編碼。直接數(shù)字化的缺點是比特率非常高。達(dá)�44.1x16=705.6kbps,或�88.2kBbps。比特率高就意味著要求的存儲容量很大。要記錄1分鐘的音�,就需�5.292MB的存儲容�。對于兩路立體聲,就需�10.584MB。而要記錄幾十分鐘的音樂就需要幾百兆的存儲容��
  PCM編碼原理
  把模擬信號轉(zhuǎn)換成�(shù)字信號的過程稱為�/�(shù)�(zhuǎn)�,它主要包括�
  采樣:在時間軸上對信號數(shù)字化�
  量化:在幅度軸上對信號數(shù)字化�
  編碼:按一定格式記錄采樣和量化后的�(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)�
  脈沖編碼�(diào)制PCM(PulseCodeModulation)是一種模�(shù)�(zhuǎn)換的最基本編碼方法,CD-DA就是采用的這種編碼方式�
  采樣頻率
  采樣頻率是指一秒鐘�(nèi)采樣的次�(shù)。奈奎斯特(HarryNyquist�
  采樣理論
  如果對某一模擬信號�(jìn)行采�,則采樣后可還原的信號頻率只有采樣頻率的一�,或者說只要采樣頻率高于輸入信號頻率的兩�,就能從采樣信號系列重構(gòu)原始信號�
  根據(jù)該采樣理�,CD激光唱盤采樣頻率為44KHz,可記錄的音頻為22KHz,這樣的音�(zhì)與原始聲音相差無�,也就是我們常說的超級高保真音�(zhì)(SuperHighFidelity-HiFi��
  采樣的三個標(biāo)�(zhǔn)頻率
  采樣的三個標(biāo)�(zhǔn)頻率分別為:44.1KHz�22.05KHz�11.025KHz�
  量化位數(shù)
  量化位是對模擬音頻信號的幅度軸�(jìn)行數(shù)字化,它決定了模擬信號數(shù)字化以后的動�(tài)范圍。由于計算機(jī)按字節(jié)運算,一般的量化位數(shù)�8位和16�。量化位越高,信號的動態(tài)范圍越大,數(shù)字化后的音頻信號就越可能接近原始信號,但所需要的存貯空間也越��
  量化位等份動�(tài)范圍(dB)應(yīng)用 825648-50�(shù)字電話 166553696-100CD-DA 聲道�(shù) 有單聲道和雙聲道之分。雙聲道又稱為立體聲,在硬件中要占兩條線路,音質(zhì)、音色好,但立體聲數(shù)字化后所占空間比單聲道多一��
  編碼算法
  編碼的作用一是采用一定的格式來記錄數(shù)�?jǐn)?shù)�(jù),二是采用一定的算法來壓縮數(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)�
  壓縮�
  壓縮編碼的基本指�(biāo)之一就是壓縮比:壓縮比通常小于1。壓縮算法包括有損壓縮和無損壓縮;有損壓縮指解壓后數(shù)�(jù)不能完全�(fù)�,要丟失一部分信息。壓縮比越小,丟掉的信息越多、信號還原后失真越大。根�(jù)不同的應(yīng)�,可以選用不同的壓縮編碼算法,如PCM,ADPC,MP3,RA等等�
  �(shù)�(jù)率及�(shù)�(jù)文件格式
  �(shù)�(jù)率為每秒bit�(shù),它與信息在計算�(jī)中的實時傳輸有直接關(guān)�,而其總數(shù)�(jù)量又與計算機(jī)的存儲空間有直接�(guān)�。因�,數(shù)�(jù)率是計算�(jī)處理時要掌握的基本技�(shù)參數(shù),未�(jīng)壓縮的數(shù)字音頻數(shù)�(jù)率可按下式計算:
  �(shù)�(jù)�=采樣頻率(Hz)×量化位�(shù)(bit)×聲道數(shù)(bit/s�
  用數(shù)字音頻產(chǎn)生的�(shù)�(jù)一般以WAVE的文件格式存�,以�.WAV”作為文件擴(kuò)展名。WAV文件由三部分組成:文件頭,標(biāo)明是WAVE文件、文件結(jié)�(gòu)和數(shù)�(jù)的總字節(jié);數(shù)字化參數(shù)如采樣率、聲道數(shù)、編碼算法等�;是實際波形�(shù)�(jù)。WAVE格式是一種Windows下通用的數(shù)字音頻標(biāo)�(zhǔn),用Windows自帶的媒體播放器可以播放WAV文件。MP3的應(yīng)用雖然很看好,但目前還需專門的播放軟�,其中較成熟的為RealPlayer�
  為了存儲�(shù)字化了的音樂,就只能盡量開發(fā)高容量的存儲系統(tǒng)。在70年代�,終于開�(fā)出了利用激光讀寫的光盤存儲系統(tǒng)。因為這種光盤比起密紋唱片,無論在體積和重量上都要小得�,輕得多,所以稱它為CD(CompactDisk)。意思為輕便的碟片。而一張CD的容量大約為650MB,也就只能存�61.4分鐘音樂�
  純粹音樂CD通常也稱為CD-DA。DA就是�(shù)字音�(DigitalAudio)的縮寫。它的技�(shù)指標(biāo)是由一本所謂的“紅皮書”所定義。這本紅皮書是菲立普公司和索尼公司�1980年公布的。以后,�1987�,又由國際電工委員會(IEC)制定為IEC908�(biāo)�(zhǔn)。根�(jù)這些�(biāo)�(zhǔn)可以比較精確地計算一張CD所能存儲的音樂時間。實際上在CD碟片中是以扇區(qū)為單位的,每個扇區(qū)中所包含的字節(jié)�(shù)�2352個字節(jié)??偣�?45k個扇區(qū)。因此總的字節(jié)�(shù)�345kx2352=811440kB??梢源娣?6.92分鐘的立體聲音樂。還有一種方法來計算播放的時�,CD在播放時,其播放的速度為每秒鐘75個扇區(qū)。一張CD�345k個扇區(qū),因而可以播放的時間�345k/75=4600�=76�40�。兩種方法計算的�(jié)果是一樣的�
  �(shù)字音頻信號的壓縮
  因為音頻信號�(shù)字化以后需要很大的存儲容量來存�,所以很早就有人開始研究音頻信號的壓縮問�。音頻信號的壓縮不同于計算機(jī)中二�(jìn)制信號的壓縮,在計算�(jī)�,二�(jìn)制信號的壓縮必須是無損的,也就是說,信號�(jīng)過壓縮和解壓縮以�,必須和原來的信號完全一樣,不能有一個比特的錯誤。這種壓縮稱為無損壓縮。但是音頻信號的壓縮就不一�,它的壓縮可以是有損的只要壓縮以后的聲音和原來的聲音聽上去和原來的聲音一樣就可以�。因為人的耳朵對某些失真并不靈�,所以,壓縮時的潛力就比較大,也就是壓縮的比例可以很�。音頻信號在采用各種�(biāo)�(zhǔn)的無損壓縮時,其壓縮比頂多可以達(dá)�1.4倍。但在采用有損壓縮時其壓縮比就可以很�。下面是幾種�(biāo)�(zhǔn)的壓縮方法的性能。按�(zhì)量由高往低排列�
  需要注意的�,其中的Mbyte不是正好1兆比�,而是1024x1024=1048576Byte。必須指�,這些壓縮都是以犧牲音�(zhì)作為代價�,尤其是兩種方法,完全靠降低采樣率和降低分辨率來取得�。這對音質(zhì)的損失太�,所以這些方法并不可取�

AGC算法

  使放大電路的增益隨信號強(qiáng)度的變化而自動調(diào)整的控制方法,就是AGC-自動增益控制。實�(xiàn)AGC可以是硬件電路,即AGC閉環(huán)電子電路,也可以是軟件算法。本文主要討論用軟件算法來實�(xiàn)音頻信號的AGC�
  音頻AGC是音頻自動增益控制算法,更為�(zhǔn)確的說是峰值自動增益控制算�,是一種根�(jù)輸入音頻信號水平自動動態(tài)地調(diào)整增益的�(jī)�。當(dāng)音量(無論是捕捉到的音量還是再�(xiàn)的音�)超過某一門限�,信號就會被限幅。限幅指的是音頻�(shè)備的輸出不再隨著輸入而變�,輸出實�(zhì)上變成了音量位置上的一條水平線;當(dāng)檢測到音頻增益達(dá)到了某一門限時,它會自動減小增益來避免限幅的發(fā)�。另一方面,如果捕捉到的音量太低時,系�(tǒng)將自動提高增益。當(dāng)�,增益的�(diào)整不會使音量超過用戶在調(diào)節(jié)�?qū)е性O(shè)置的��
  AGC算法的實�(xiàn)過程:首先從串口獲取音頻�(shù)�(jù),它�16位的整型�(shù),一般來�,這些�(shù)都是比較小的,通過AGC算法將輸入的音頻�(shù)�(jù)投影在一個固定區(qū)間內(nèi),從而使得不論輸入的�(shù)�(jù)點數(shù)值大小都會等比例地向這個空間映�。一方面將獲得的音頻�(shù)�(jù)值與原來的峰值�(jìn)行比較,如果有新的峰值出�(xiàn)就計算新的增益系�(shù);另一方面在一定的時間周期�(nèi)獲取一個新的峰�,這個峰值就具有檢測性能,又與原峰值比�,然后就計算新的增益系數(shù)。這個增益系�(shù)是相對穩(wěn)定的。當(dāng)音量加大時,信號峰值會自動增加,從而增益系�(shù)自動下降;當(dāng)音量減小�,新的峰值會減小并且取代原來的峰�,從而使峰值下�,使增益系數(shù)上升。輸出的�(shù)�(jù)乘以新增益系�(shù)后映射到音頻信號輸入的投影區(qū)間內(nèi)。AGC_Coff是初始增益系�(shù),初始值為1;maxAGC_in是增益峰�,初始值為0;time是采樣點計數(shù),門限值為4096;AGC_in是新的音頻數(shù)�(jù),MAXArrIn是新的音頻增益峰�;映射區(qū)間�-20000�20000��
  整個系�(tǒng)的軟件部分為5人模塊。系�(tǒng)主函�(shù)main()、CMD文件、中斷向量表、DSP5402頭文件和專為C語言開發(fā)的庫函數(shù)rtdx.lib。其中主函數(shù)部分是核�,主要包括:DSP器件初始化、MCBSP1初始�、MCBSP0初始化、AIC23初始�(�(nèi)�12個可編程寄存器設(shè)�)及算法程序等�
  在CCS2.0集成開發(fā)�(huán)境下,采�*.c語言�*.asm語言相結(jié)合的方式編寫程序。將編寫的程�*.c�*.asm和鏈接程�*.cmd文件編譯鏈接后生成執(zhí)行目�(biāo)文件*.out,通過仿真器將�(zhí)行目�(biāo)文件*.out下載到系�(tǒng)板上,經(jīng)過調(diào)�、編譯并運行,以音樂作為音頻信號源輸入到系統(tǒng)板上�

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