器件选择 - 基于DSP的室内扩声系统的研究

　　3.2 器件选择

　　本方案中，传声器选用一般的全向传声器即可，低通滤波器选用普通低通滤波器即可，在此增加滤波器的目的是将声信号的频率限定在 3400Hz以内。经过滤波后的模拟音频信号，要进行数字化处理过程即 A/D变换，即通过抽样、量化、编码，将模拟信号转化为数字信号。在此过程中，由于量化存在量化误差（噪声），因此不可避免地产生信号损失，特别是对于小信号来讲，有可能完全丢失，因此，如果 A/D变换器件动态范围不足，就会造成很多有用的小信号被量化为零。因此，在满足采样频率条件下，应该选择采样精度较高的 A/D变换器，使得量化失真尽可能小（这也是器件选择的一个原则）。当然，在本方案中，由于直接处理的模拟信号频率较低，市场上的 AD7870、AD7870A是不错的 A/D变换器，其精度均为 12bit。

　　经过模数转换后，将各路数字信号送入数字信号处理模块进行处理，对于扩声系统来讲，在有效抑制各种无用信号（取决于算法的有效性）的前提下，对实时性要求很高，这对数字信号处理器的选择就有一定的要求，对于数字信号处理器件来讲，选择时要考虑其运算的速度、精度，以及存储器的大小等。

　　本设计方案中， DSP芯片选用 Ti公司的 TMS320VC5509,内部集成了一个 C54x内核， 128KBΧ16位片上 RAM存储器，具有最大 8MB Χ16位的外部存储空间。其主要特点有 [4]：

　　CPU：两个乘法累加单元（ MAC）；40位的算术逻辑单元和一个 16位的算术逻辑单元；多总线结构等。

　　存储器：128KBΧ16位片上 RAM存储器；8MB Χ16位的外部存储空间等。

　　片上外设：2个 20位定时器；6通道直接存储器存取控制器（DMA）等。

　　3.3仿真结果

　　本仿真假设传声器阵列由 4个传声器组成线阵，采用 MUSIC算法[5][6]，相邻传声器之间的距离为 8cm，频率为 2kHz，仿真分为两种情况，图 4假定有两个我们需要的信号，其输入信噪比为 34dB（实际扩声系统中可以达到），两个期望望信号入射角分别为 30度和 70度时的仿真结果，可见，在两个有用信号方向上，传声器阵列有较大的功率谱输出，而在其余方向上（对应无用信号），功率谱很小 [4]。（图中横轴表示入射角度，纵轴表示阵列输出功率谱密度。）

 

 

　　图 5是在输入信噪比为 25dB，期望信号入射角分别为 15度时的仿真结果。

 

 

　　从仿真结果来看，对于有用信号来讲，有较大的输出结果（也可理解为有较大的信噪比），而对无用信号来讲，均被衰减到很小的结果，可见算法的有效性。

　　4结束语

　　对室内扩声系统性能的改善，可以采用的方法很多，比如，建筑声学方法，电声方法等，本文提出的基于 DSP技术的扩声系统，理论上来讲，确实也可以起到改善性能的目的，同时，系统也不是非常复杂，只要在扩声系统中增加阵列处理部分（可以集成到功放中），然后经过相反的处理过程即可。当然，如何更有效地改善系统性能，还有待科研工作者继续努力。本文作者创新点：现代信号处理技术应用于室内扩声系统中，在扩声系统中增加阵列信号处理部分，利用高效有效的算法，结合数字信号处理技术，利用数字信号处理器件，使室内声场的无用信号得到很好的抑制。