专利名称：数码吉它音响设备的制作方法
技术领域：
本发明属音响技术领域，具体涉及一种采用SOC方式对电吉它信号进行数码处理并添加音响效果的吉它音响设备。
背景技术：
传统的吉它音响是使用模拟电子线路对吉它电信号进行处理和加工。为了达到需要的音响效果，必须对每一种预定音响效果使用一个专用模拟电路，有些效果还必须使用机电转换的方式来取得，这样的处理必然导致线路设计复杂，音响设备笨重。本发明将完全改变吉它音响笨重和技术陈旧的传统形象。
发明内容
本发明的目的在于将数字信息技术引入吉它音响领域，用高集成度的数码技术取代吉它音响中大部分的模拟电路和机电转换设备，让吉它音响象笔记本电脑一样，可以轻松携带，又具备比传统设备有过之而无不及的功能。
本发明根据数字信号处理原理，使用高集成度的数码技术和将数字化的吉它电信号根据预设程序进行加工处理，再转换成模拟信号，并经过信号放大处理后输出。
本发明提出的数码音响设备，其电路结构由前置放大器1、频率滤波器2、数字/模拟信号编码器3、模拟信号后期加工器4、5，双通道放大器6和7、电可编程只读存储器8、效果编码选择器9、中央处理器11、音频信号滤波算法专用处理器12、控制总线13、数据总线14、输出入/存储控制器15、随机存储器16、只读存储器17经电路连接构成，其结构框图见图1所示。其中，中央处理器11、音频信号滤波算法专用处理器12、输出入/存储控制器15、随机存储器16、只读存储器17的控制线和数据线分别接入控制总线13和数据总线14，并集成于专用芯片10。电可编程只读存储器8输出和控制线分别接入输出入/存储器15，效果编码选择器9接入控制总线13，数字/模拟信号编码器3的控制线和数据线分别接入控制总线13和数据总线14；前置放大器1接入频率滤波器2后连接于数字/模拟信号编码器3的输入线，编码器3的输出线分别连接于模拟信号后期加工器4和5，然后分别连接于双通道放大电路6和7。
下面结合电路框图1作进一步说明。
吉它电信号通过模拟信号高增益非线性前置放大器1进行放大后，将信号输入频率滤波器2进行信号均衡处理，然后输入有内置存储器的高速数字/模拟信号编码器3(CODEC)，将模拟音频信号转换成高精度数字信号后暂时存放在内置内存里。
接在过载控制级后面的，是三段衰减式频率均衡滤波器2，该电路具有较高的信噪比、恰当的控制曲线，可充分配合各种音色的电吉他对100Hz、800Hz、6kHz三个频段的信号电平进行精确的提升/衰减控制，以获取想要得到的任何音色。
均衡滤波器电路2之后的信号，被通过一块运放构成的预加重电路对即将进入DSP模块的信号高频部分进行提升，+3dB的转折频率点为7kHz，然后再输入有内置存储器的高速数字/模拟信号转换编码器3(CODEC)，将模拟音频信号转换成高精度数字信号后暂时存放在内置内存里；数字/模拟信号转换编码器3在内置内存的数据存量达到一定数值时，通过控制总线13，向输出入/存储控制器提15提出直接将这些数字信号通过数据/地址总线14存入随机存储器16的请求，输出入/存储控制器15在向中央处理器11请求中断处理成功后，将允许此请求，并在这些数据在随机内存器16内的指定区域内完成存储后，再此向中央处理器11请求中断处理。这样的处理方式保证了可以对输入信号进行实时处理。
中央处理器11在收到这些数据已经被存入随机存储器16的指定区域内的信息后，向音频信号滤波算法专用处理器12发出指令，根据效果编码选择器9动态设定的音响效果选择编码，加工处理这些数据。在加工处理完毕的数据被放入数字/模拟信号转换编码器3内，转换成双通道模拟信号后输入模拟信号后期加工器4、5，以及双通道放大电路6、7后，再输出至扬声器，完成电信号转换成声音的过程。
在本电路通电启动时，中央处理器11会根据只读存储器17内的程序，对系统进行初始化(包括随机存储器16内部区域的划分、输出入/存储控制器15和数字/模拟信号编码器3的初始化)，并从电可编程只读存储器8内取出预设的用来加工和生成特定音响效果的数据，通过输出入/存储控制器15的控制经由控制总线13、数据/地址总线14，存到随机存储器16内，以便在处理数字信号时快速读取和使用。
本发明中，中央处理器11是一个40千赫兹，16比特的低成本中心处理器，与之配合的是一个专用的高速音频信号滤波算法专用处理器12。中央处理器11、音频信号滤波算法专用处理器12、控制总线13、数据/地址总线14、输出入/存储控制器15、随机存储器16和只读存储器17是一个被集成在同一个芯片上的系统(SOC)。
由于本发明引入了数字信息技术，使吉它的结构发生了革命性变化，可做成象笔记本电脑大小，给携带使用带来极大方便，而且音响效果更为理想，为音乐爱好者或旅行中的音乐家提供了具有专业水准便携音响设备。
图1为本发明的电路结构框图。
图2为本发请求中断处理流程框图。
图3为本发明外形结构图示。
图中标号1为高增益非线性前置放大器，2为三段衰减式频率均衡滤波器，3为数字/模拟信号转换编码器，4、5为模拟信号后期加工器，6、7为双通道放大电路，8为电可编程只读存储器，9为效果编码选择器，10为集成11-17的芯片，11为中央处理器，12为音频信号滤波算法专用处理器，13为控制总线，14为数据/地址总线，15为输出入/存储控制器，16为随机存储器，17为只读存储器，18为本音响设备前片盒体，19为本音响设备后片盒体，20为支撑脚。
具体实施例方式
下面进一步描述本发明的实施方式。
把中央处理器11、音频信号滤波算法专用处理器12、控制总线13、数据/地址总线14、输出入/存储控制器15、随机存储器16和只读存储器17集成于一个专门芯片10。芯片的外部连接的主要元件是数字/模拟信号转换编码器3、电可编程只读存储器8和效果编码选择器9。
音频信号滤波算法专用处理器12是一个具有36比特数学运算功能和内置存储缓冲器的乘法器，在设计上着重于对数字信号的自适性滤波算法的加速计算功能，是对中央处理器11在运算方面进行补充的一个功能性逻辑电路。它通过控制总线13(时钟信号、地址选择、芯片选择、ACK信号、GRANT信号、中断请求及GRANT信号、延迟信号等等)和24比特的数据/地址总线14与中央处理器11连接。
效果编码选择器9实际上是由1个1x5编码电位器、4个1x4编码电位器和电子开关电路组成；编码器组合起来根据正面面板上的DSP Preset Group旋钮的选择位置而产生不同的预置效果。其中1111、1110、1101、1100分别代表用户已经选择了第A组的VibraFlange 1、Funky 2、Rockabilly 3、Big Stage 4；1011、1010、1001、1000分别代表用户已经选择了第B组的Vibrato 1、Vibrato 2、Vibrato 3、Vibrato 4；0111、0110、0101、0100分别代表用户已经选择了第C组的Flanger 1、Flanger 2、Flanger 3、Flanger4；0011、0010、0001、0000分别代表用户已经选择了第D组的Chorus 1、Chorus 2、Chorus3和Chorus 4。这里A、B、C、D 4组标志都在控制面板上。
由编码电位器输出组成的4比特数字信号，连接到芯片内24比特的数据总线上效果选择数据总线部分(共8比特，可供未来选择256种效果)的低4位、而效果选择数据总线的高4位在芯片外接地置0。芯片内的中央处理器11会在中断处理时，通过效果选择数据总线读取用户选定的音响效果，将此信息传递给音频信号滤波算法专用处理器12，使得在对数字音频信号进行数码效果处理时，能够选择相对应的预置数据。
电可编程只读存储器8连接到芯片的控制总线13和24比特的数据/地址总线14上的音频数字信号数据总线部分(共16比特)，中央处理器11通过控制总线13(时钟信号、地址选择、芯片选择、ACK信号、GRANT信号、延迟信号等等)与电可编程只读存储器8进行数据读取。电可编程只读存储器8内部含有供中央处理器11使用的软件程序。
数字/模拟信号转换编码器3的功能是将模拟信号转换成16比特的数字信号，或将16比特的数字信号转换成模拟信号，芯片内含有存储缓冲器，可以双向各储存4K数据。此芯片通过控制总线13(时钟信号、地址选择、芯片选择、ACK信号、GRANT信号、中断请求及GRANT信号、延迟信号等等)，在模拟信号被转换成数字信号并存储到一定量后，将向中央处理器11发出要求进行DMA的中断请求，在中央处理器11发出允许信号后，通过控制总线13，向输出入/存储控制器15提出要求将数据直接转存到随机存储器16内的请求，并在随机存储器16直接管理下(包括在随机存储器16内的地址及其地址递增)，通过16比特数据/地址总线14，一般可以在每一个时钟内，向随机存储器16快速输入16比特的数据。在数据转存完成之后，中央处理器11将再次收到中断请求，并可以安排进行数据处理。
另外要说明的是，在系统的安排上，输出入/存储控制器15会根据中央处理器11在进行通电时对系统所做的初始化，定时向中央处理器11进行中断请求，以便中央处理器11在软件的编程应用上，具有极大的灵活性。
数字/模拟信号转换编码器3的另一个功能是接受中央处理器11通过控制总线13(时钟信号、地址选择、芯片选择、ACK信号、GRANT信号、延迟信号等等)，将经过数字信号处理、添加了数码效果的数据，输入到数字/模拟信号转换编码器3内部的一个4K存储器内，在时钟的驱动下，数字/模拟信号转换编码器3将这些经过处理的数据转换成模拟信号输出，并清空存储器。
数字/模拟信号转换编码器3将数字信号转换为Reverb和Effect两路模拟信号输出，经可调比例混合电路混合后再与前面三段衰减式频率均衡电路的输出信号共同混合为同一路信号；最终进入功放级(TDA7240)进行BTL(并联推挽式)功率放大并输出到两个串联的经特别设计的扬声器上转换为声音输出。
在混合信号到功放级之间，还加入了产生延时混响效果的数字延时电路PT2399，延时时间可从50ms直至350ms连续可调，并且效果电平也可调节。
PT2399是一块高性能、低成本的延时专用芯片，内部包含了A/D、D/A转换，为44K数字处理而设的高采样率内存，VCO控制模式的系统时钟。这些电路的采用使之具有极低的失真(THD＜0.5％)、极低的噪声输出(No＜-90dBV)、简单方便的系统时钟调节。
电路还具有AUX IN/OUT辅助输入/输出功能，可将该机器强大的信号处理连接到其它更大功率的扩音设备或记录设备上以扩展使用，也可以在对吉他输入信号进行处理的同时添加其它播放设备插入的音乐信号作为背景音乐，以更好的烘托气氛。
本发明中，中央处理器11中使用的软件程序执行流程如下(1)通电开机(芯片10内的所有模块进入默认逻辑状态)(2)中央处理器11在默认的地址(设定为只读存储器11的第一个指令地址)开始执行指令。
(3)中央处理器11关闭所有中断请求，并从只读存储器11读取软件程序，转存到随机存储器16的固定程序区域内。
(4)中央处理器11使用jump指令，开始执行随机存储器16内的程序。
(5)中央处理器11将数码效果数据从只读存储器11中读出，并转存到音频信号滤波算法专用处理器12的内置存储缓冲器内。
(6)中央处理器11初始化芯片内的所有逻辑模块，清除数字/模拟信号转换编码器3里面的所有内容，并根据程序设定，重新初始化音频信号滤波算法专用处理器12和输出入/存储控制器15(包括中断逻辑逻辑电路)。
(7)等待进行中断请求。
中断处理流程见图2所示。
本吉它音响设备的外壳设计为扁体形状，它由前片盒体18、后片盒体19和支撑脚20组成，见图3所示。其中，前片盒体的上方为控制面板，设置电源开关、各种控制旋钮，下方为网孔状金属板，对应于内部的放音喇叭位置。支撑脚可收拢嵌合于后片盒体的凹槽内。
权利要求
1.一种数码音响设备，其特征在于由前置放大器(1)、频率滤波器(2)、数字/模拟信号编码器(3)、模拟信号后期加工器(4)、(5)，双通道放大器(6)和(7)、电可编程只读存储器(8)、效果编码选择器(9)、中央处理器(11)、音频信号滤波算法专用处理器(12)、控制总线(13)、数据总线(14)、输出入/存储控制器(15)、随机存储器(16)、只读存储器(17)经电路连接构成，其中，中央处理器(11)、音频信号滤波算法专用处理器(12)、输出入/存储控制器(15(、随机存储器(16)、只读存储器(17)的控制线和数据线分别接入控制总线(13)和数据总线(14)，并集成于专用芯片(10)；电可编程器只读存储器(8)输出和控制线分别接入输出入/存储器(15)，效果编码选择器(9)接入控制总线(13)，数字/模拟信号编码器(3)的控制线和数据线分别接入控制总线(13)和数据总线(14)；前置放大器(1)接入频率滤波器(2)后连接于数字/模拟信号编码器(3)的输入线，编码器(3)的输出线分别连接于模拟信号后期加工器(4)和(5)，然后分别连接于双通道放大电路(6)和(7)。
2.根据权利要求1所述的数码音响设备，其特征在于频率滤波器电路(2)之后的信号，被通过一块运放构成的预加重电路对即将进入DSP模块的信号高频部分进行提升，然后再输入有内置存储器的高速数字/模拟信号转换编码器(3)，将模拟音频信号转换成高精度数字信号后暂时存放在内置内存里；数字/模拟信号转换编码器(3)在内置内存的数据存量达到一定数值时，通过控制总线(13)，向输出入/存储控制器(15)提出直接将这些数字信号通过数据/地址总线(14)存入随机存储器(16)的请求，输出入/存储控制器(15)在向中央处理器(11)请求中断处理成功后，将允许此请求，并在这些数据在随机内存器(16)内的指定区域内完成存储后，再此向中央处理器(11)请求中断处理。
3.根据权利要求2所述的数码音响设备，其特征在于中央处理器(11)在收到数据已经被存入随机存储器(16)的指定区域内的信息后，向音频信号滤波算法专用处理器(12)发出指令，根据效果编码选择器(9)动态设定的音响效果选择编码，加工处理这些数据。在加工处理完毕的数据被放入数字/模拟信号转换编码器(3)内，转换成双通道模拟信号后输入模拟信号后期加工器(4)、(5)，以及双通道放大电路(6)、(7)后，再输出至扬声器，完成电信号转换成声音的过程。
4.根据权利要求1所述的数码音响设备，其特征在于音频信号滤波算法专用处理器(12)是一个具有36比特数学运算功能和内置存储缓冲器的乘法器，它通过控制总线(13)和24比特的数据/地址总线(14)与中央处理器(11)连接。
5.根据权利要求1所述的数码音响设备，其特征在于效果编码选择器9是由1个1×5编码电位器、4个1×4编码电位器和电子开关电路组成；编码器组合起来根据正面面板上的DSP Preset Group旋钮的选择位置而产生不同的预置效果。
6.根据权利要求1所述的数码音响设备，其特征在于由编码电位器输出组成的4比特数字信号，连接到芯片内24比特的数据总线上效果选择数据总线部分的低4位，而效果选择数据总线的高4位在芯片外接地置0。
7.根据权利要求2所述的数码音响设备，其特征在于数字/模拟信号转换编码器3将数字信号转换为Reverb和Effect两路模拟信号输出，经可调比例混合电路混合后再与前面三段衰减式频率均衡电路的输出信号共同混合为同一路信号；最终进入功放级进行BTL功率放大并输出到两个串联的经特别设计的扬声器上转换为声音输出。
8.根据权利要求1所述的数码音响设备，其特征在于在混合信号到功放级之间，还加入了产生延时混响效果的数字延时电路PT2399，延时时间从50ms直至350ms连续可调，并且效果电平也可调节。
全文摘要
本发明为一种数码吉它音响设备。它对吉它电信号进行全数码式处理的方式，在性能上取代和超越了目前市场上的吉它音响设备所使用的传统模拟电路和机电设备。它将数字信号处理器和微机系统集成在一个芯片上(SOC－System On Chip)，芯片的外围配以模拟信号线路界面；外形为超薄型设计，开创了便携式吉它音响的一个时代，给音乐爱好者或旅行中的音乐家，提供了具备专业水准的便携设备。
文档编号G10H3/00GK1584973SQ20041002506
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月10日 优先权日2004年6月10日
发明者刘祥德, 李其新, 李祎 申请人:上海超拨实业有限公司, 超拨音响技术研发(上海)有限公司