一种音频功率放大器的制作方法

本实用新型涉及音频处理技术领域，尤其是一种音频功率放大器。

背景技术：

众所周知，声音处理是信号处理的一个重要应用领域，尤其是对于扩音系统或音响系统。在一定环境下，由麦克风等拾音装置所捕获的声音信号在经过相关处理后会通过扬声器在同一环境下进行回放，在声音回放的过程中，声音会不可避免地被反馈到拾音装置，从而形成一个闭环的声音回路，由于被反馈的声音会与原音进行叠加，进而形成声音的自激振荡效应(即：啸叫现象)，而啸叫现象的存在不但会造成声音处理系统的不稳定，而且会严重影响相应设备(如音响设备、扩音设备等等)的正常工作。

目前，行业内针对啸叫现象提出了诸多抑制啸叫现象的方案；然而，大多数的方案都存在啸叫抑制效果不显著、反应速度慢等问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种音频功率放大器。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种音频功率放大器，它包括用于捕获环境内的音频信号的拾音模块、用于对拾音模块输出的音频信号的增益幅度进行调控的程控放大模块、用于对程控放大模块输出的音频信号进行频率检测的啸叫频率检测模块、用于对程控放大模块输出的音频信号进行幅度检测的音频峰值检测模块、用于根据啸叫频率检测模块输出的信号频率值判断是否产生啸叫并根据音频峰值检测模块输出的信号幅度值确定功放输出功率的啸叫检测控制模块、用于在啸叫产生时对啸叫频率点所对应的信号幅度进行衰减处理或在啸叫未产生时对音频信号进行全通滤波处理的啸叫抑制模块以及用于根据啸叫检测控制模块确定的功放输出功率对啸叫抑制模块输出的音频信号进行功率放大处理并通过扬声器将放大后的音频信号对外输出的音频功率放大模块；

所述拾音模块的音频信号输出端通过程控放大模块分别与啸叫频率检测模块的音频信号输入端、音频峰值检测模块的音频信号输入端和啸叫抑制模块的音频信号输入端相连，所述啸叫频率检测模块的音频信号输出端和音频峰值检测模块的音频信号输出端分别与啸叫检测控制模块的音频信号输入端相连，所述啸叫抑制模块的控制信号输入端和音频功率放大模块的控制信号输入端分别与啸叫检测控制模块的控制信号输出端相连，所述音频功率放大模块的音频信号输入端与啸叫抑制模块的音频信号输出端相连。

优选地，所述拾音模块包括一麦克风和一OPA2134型第一音频放大器，所述麦克风的正极通过连接的第一电阻作为拾音模块的电源输入端并通过顺序串联的第一电容、第三电阻和第四电阻连接第一音频放大器的+inA引脚，所述麦克风的负极接地并同时通过第二电阻连接于第一电容与第三电阻之间，所述第一音频放大器的outB引脚和-inB引脚串接后作为拾音模块的音频信号输出端。

优选地，所述程控放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和一VCA824型压控增益放大器，所述第一运算放大器的同相输入端通过顺序地连接第五电阻、第六电阻和稳压二极管作为程控放大模块的电源输入端，所述第一运算放大器的反向输入端通过第七电阻连接于稳压二极管与第六电阻之间并通过第八电阻连接于第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端同时与压控增益放大器的VG引脚相连，所述压控增益放大器的+VIN引脚连接拾音模块的音频信号输出端、-VIN引脚通过顺序串联的第九电阻和第十电阻连接拾音模块的音频信号输出端、FB引脚和VOUT引脚串接后连接于第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的输出端作为程控放大模块的音频信号输出端。

优选地，所述啸叫检测控制模块包括一可编程逻辑控制器和一微控制器，所述啸叫频率检测模块的音频信号输出端通过可编程逻辑控制器与微控制器相连，所述音频峰值检测模块的音频信号输出端直接与微控制器相连，所述啸叫抑制模块的控制信号输入端和音频功率放大模块的控制信号输入端分别与微控制器相连。

优选地，所述啸叫频率检测模块包括一四路差动比较器，所述四路差动比较器的其中一路同相输入端与程控放大模块的音频信号输出端相连、输出端连接啸叫检测控制模块的音频信号输入端；所述音频峰值检测模块包括一AD637型均方根直流转换器，所述均方根直流转换器的VIN引脚连接程控放大模块的音频信号输出端，所述均方根直流转换器的RMSout引脚、Cav引脚和Den input引脚串接后作为音频峰值检测模块的音频信号输出端。

优选地，所述啸叫抑制模块包括两个MAX262型且顺序串接的可编程滤波器，位于前级的所述可编程滤波器的INA引脚连接程控放大模块的音频信号输出端，位于后级的所述可编程滤波器的HBP引脚连接音频功率放大模块的音频信号输入端，且两个所述可编程滤波器的编程接口和时钟接口同时与啸叫检测控制模块的控制信号输出端相连。

由于采用了上述方案，本实用新型通过对各个模块的功能选择以及设置可使得整个放大器具有啸叫检测、啸叫抑制以及音频放大输出的效果，为提高音频信号的保真度、提高信号处理的速度等提供了有利条件。

附图说明

图1是本实用新型实施例的控制系统原理框图；

图2是本实用新型实施例的拾音模块与程控放大模块之间的电路结构关系示意图；

图3是本实用新型实施例的啸叫频率检测模块的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例的音频峰值检测模块的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例的啸叫抑制模块的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1至图5所示，本实施例提供的一种音频功率放大器，它包括：

拾音模块a，其主要用于捕获环境内的音频信号；

程控放大模块b，其音频信号输入端与拾音模块a的音频信号输出端相连，主要用于对拾音模块a输出的音频信号的增益幅度进行调控；

啸叫频率检测模块c，其音频信号输入端与程控放大模块b的音频信号输出端相连，主要用于对程控放大模块b输出的音频信号进行频率检测；

音频峰值检测模块d，其音频信号输入端与程控放大模块b的音频信号输出端相连，主要用于对程控放大模块b输出的音频信号进行幅度检测；

啸叫检测控制模块e，其音频信号输入端分别与啸叫频率检测模块c的音频信号输出端和音频峰值检测模块d的音频信号输出端相连，主要用于根据啸叫频率检测模块c输出的信号频率值判断是否产生啸叫，并且能够同时根据音频峰值检测模块d输出的信号幅度值确定功放输出功率；

啸叫抑制模块f，其音频信号输入端与程控放大模块b的音频信号输出端相连、控制信号输入端则与啸叫检测控制模块e的控制信号输出端相连，主要用于在产生啸叫时对啸叫频率点所对应的信号幅度进行衰减处理，或者在啸叫未产生时对音频信号进行全通滤波处理；

以及

音频功率放大模块g(其具体电路可采用目前市面上主流的音频功率放大电路的结构)，其音频信号输入端与啸叫抑制模块f的音频信号输出端相连、控制信号输入端则与啸叫检测控制模块e的控制信号输出端相连，主要用于根据啸叫检测控制模块e确定的功放输出功率对啸叫抑制模块f输出的音频信号进行功率放大处理并通过扬声器h将放大后的音频信号对外输出。

由此，由拾音模块a所来的音频信号在经过程控放大模块b的增益放大处理后分为两路：一路通过音频峰值检测模块d进行音频信号的幅度检测，另一路同时通过啸叫频率检测模块c进行信号频率值的检测；而啸叫检测控制模块c则通过读取的频率值来判断由程控放大模块b所输出的音频信号是否出现啸叫(如频率数值在特定的时间段内或者特定的次数范围内是否具有一定的稳定性，如果不稳定则判断为存在啸叫，反之，则没有啸叫)；当检测到啸叫后，通过对啸叫抑制模块f的控制使其能够对啸叫频率点所对应的信号幅度进行衰减从而实现对啸叫的抑制，同时利用音频峰值检测模块c对音频信号的幅度值进行检测以在其读取幅度值后控制音频功率放大模块g进行最终的且确定的功放输出功率；当没有检测到啸叫时，则可直接控制啸叫抑制模块f对由程控放大模块b输出的音频信号进行全通滤波处理后再依据确定的功放输出功率通过音频功率放大模块g对音频信号进行放大及输出。基于此，通过对各个模块的功能选择以及设置，可使得整个放大器具有啸叫检测、啸叫抑制以及音频放大输出的效果，为提高音频信号的保真度、提高信号处理的速度等提供了有利条件。

为整个放大器对环境内的音频信号的捕获效果，如图2所示，本实施例的拾音模块a包括一用于将声音信号转换为电信号的麦克风T和一OPA2134型第一音频放大器U1；其中，麦克风T的正极通过连接的第一电阻R1作为拾音模块a的电源输入端(如连接5V直流电)并通过顺序串联的第一电容C1、第三电阻R3和第四电阻R4连接第一音频放大器U1的+inA引脚，麦克风T的负极接地并同时通过第二电阻R2连接于第一电容C1与第三电阻R3之间，第一音频放大器U1的outB引脚和-inB引脚串接后作为拾音模块a的音频信号输出端。由此利用OPA2134型的第一音频放大器U1本身所具有的两个内置的音频功放的性能特点，可将其其中一个音频运放作为同向放大器来使用、另一个作为电压跟随器来使用，而由麦克风T输出的电信号可经过第一电容C1的滤除偏置杂波以及第三电阻R3的限流后送入第一音频放大器U1，从而实现对音频信号的双倍放大效果的同时能够将高频杂波进行滤除，从而为信号的高保真度提供条件。

为能够对音频信号进行有效的增益调整，作为一个优选方案，如图2所示，本实施例的程控放大模块b包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和一VCA824型压控增益放大器U2；其中，第一运算放大器A1的同相输入端通过顺序地连接第五电阻R5、第六电阻R6和稳压二极管D1作为程控放大模块b的电源输入端，第一运算放大器A1的反向输入端通过第七电阻R7连接于稳压二极管D1与第六电阻R6之间并通过第八电阻R8连接于第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端同时与压控增益放大器U2的VG引脚相连，压控增益放大器U2的+VIN引脚连接拾音模块a的音频信号输出端、-VIN引脚通过顺序串联的第九电阻R9和第十电阻R10连接拾音模块a的音频信号输出端、FB引脚和VOUT引脚串接后连接于第二运算放大器A2的同相输入端，而第二运算放大器A2的输出端则作为程控放大模块b的音频信号输出端。

作为一个优选方案，本实施例的啸叫检测控制模块e包括一可编程逻辑控制器(图中未示出，其可根据具体情况采用诸如CPLD复杂可编程逻辑器件)和一微控制器(图中未示出，其可根据具体情况采用诸如MSP430系列的低功耗16位单片机)，其中，啸叫频率检测模块c的音频信号输出端通过可编程逻辑控制器与微控制器相连，而音频峰值检测模块d的音频信号输出端则直接与微控制器相连，啸叫抑制模块f的控制信号输入端和音频功率放大模块g的控制信号输入端分别与微控制器相连。由此，当发生啸叫时，在扬声器h与拾音模块a自检会形成信号的正反馈，信号经过程控放大模块b后会形成幅度增大的正弦波，此时利用可编程逻辑控制器可侦测由啸叫频率检测模块c所检测到的频率数值，通过判断频率数值是否稳定来判断是否产生啸叫，从而最终通过微控制器下发相应的控制指令以便啸叫抑制模块f执行相应的模式。

为保证对音频信号的频率以及幅度的有效检测，如图3所示，本实施例的啸叫频率检测模块c包括一四路差动比较器A3(其可根据具体情况采用诸如LM339型比较器)，四路差动比较器A3的其中一路同相输入端与程控放大模块b的音频信号输出端相连、输出端连接啸叫检测控制模块e的音频信号输入端；如图4所示，音频峰值检测模块d包括一AD637型均方根直流转换器U4，均方根直流转换器U4的VIN引脚连接程控放大模块b的音频信号输出端，均方根直流转换器U4的RMSout引脚、Cav引脚和Den input引脚串接后作为音频峰值检测模块d的音频信号输出端。以此，可通过四路差动比较器A3输出与啸叫频率的正弦波相对应的方波，以便于可编程逻辑控制器能够侦测到准确的频率数值，而利用均方根直流转换器U4可准确地检测到的输入信号中的有效信息从而通过输出模拟电压量来为微控制器提供准确数据，以保证微控制器通过获取的幅度数值来计算出相应的功放输出功率。

为实现对对啸叫频率点所对应的信号幅度进行衰减处理或者对音频信号进行全通滤波处理，如图5所示，本实施例的啸叫抑制模块f主要由两个MAX262型且顺序串接的可编程滤波器(为便于描述，将其分别标注为U5和U6)，位于前级的可编程滤波器U5的INA引脚连接程控放大模块b的音频信号输出端，位于后级的可编程滤波器U6的HBP引脚连接音频功率放大模块g的音频信号输入端，且两个可编程滤波器的编程接口和时钟接口同时与啸叫检测控制模块e(具体为：微控制器)的控制信号输出端对应相连。由此，由于每个可编程滤波器中均有四个滤波通道，再将两个可编程滤波器四个滤波通道作串联配置后即可使整个啸叫抑制模块f形成一类似于四级八阶陷波滤波器的结构，从而保证其能够具有信号幅度衰减及全通滤波的处理功能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。