低噪声音频渲染电路制造技术

公开了低噪声音频渲染电路。描述了用于降低音频渲染系统中的噪声的电路和方法。在某一时间间隔内对音频信号的频谱内容即音频信号含有的频率进行分析。然后通过改变滤波器中的可调阻抗元件的有效值来针对每个间隔调节使音频信号通过的高通滤波器和低通滤波器的截止频率，使得系统的带宽被调节成足以使在任何给定时间间隔期间所得到的模拟音频信号中的任何频率通过的带宽，而不需要整个20kHz音频频谱持续存在。

【技术实现步骤摘要】
低噪声音频渲染电路本申请要求2015年11月2日提交的第62/249,483号和第62/249,490号两个临时申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本专利技术一般涉及用于根据数字音频信号提供模拟音频信号的电路，并且更具体地涉及用于提供在运行时间可调节的这种音频信号的音频电路。
技术介绍
现在人们使用移动装置(例如智能电话或其他移动媒体播放器(统称为“智能电话”))收听音乐或其他音频或视频内容是很常见的。许多用户(如果不是大多数)通常通过头戴式耳机或入耳式耳塞收听音乐，尽管也可以通过智能电话中的小扬声器或将智能电话连接到外部扬声器来从智能电话播放音乐。耳机、耳塞和扬声器都是模拟输出装置，其包含一个或更多个换能器，换能器需要来自智能电话的模拟信号被激活并产生用户可听见的声音。由智能电话中的音频子系统将输出音频信号从智能电话发送到所选择的装置中的换能器以产生声音，使得用户可以听见音频输出。智能电话(像当今使用的大多数电子装置一样)以数字形式而不是模拟形式存储数据。因而，音乐或任何其他音频信号被存储为数字音频信号，并且在其可以由换能器转换成声音之前，必须被转换成模拟音频信号。(音频数据还可以经由蜂窝或wifi连接从另一源流送至智能电话；这通常也将为数字形式并且必须类似地被转换)。由于此原因，大多数或全部智能电话包含用于将数字音频数据转换为模拟音频信号的音频渲染系统。音频渲染系统通常将包含数模转换器(“DAC”)以及一个或更多个放大器(通常为运算放大器或“op-amp”)。也可以有用于将现在模拟放大信号驱动至换能器的线驱动部件。音频渲染系统获取表示音频信号的数字数据并将其转换至模拟域。用户通常想能听到具有高音质的音乐。然而，换能器将会再现存在于原始数字音频信号中的或在音频渲染系统进行处理的期间添加的并且由此也存在于模拟音频信号中的任何噪声。这会限制用户对声音质量的感知。因而，虽然通过将数字音频数据转换成模拟音频信号的过程在模拟域不可避免地产生不期望的噪声，但是期望音频渲染系统具有低噪声。音频渲染系统通常具有如下带宽：该带宽在被认为是人们听得见的频率的整个范围延伸，即从20赫兹(Hz)到20000Hz(即20千赫兹(kHz))。不期望的噪声被定义为该音频频带内的总噪声电压。例如，设计者可以指定从20Hz至20kHz的频带中的总噪声电压应当不大于1微伏(μV)。音频渲染系统的设计者将指定后转换元件(再次，在DAC之后)以尝试优化存在的总噪声电压的量。由于噪声能量均等地分布在频带中的频率频谱上，所以输出处的噪声取决于总带宽以及电压。因而，描述噪声的另一种方式是通过将噪声视作表现为频带中每单位赫兹的特定功率的能量。目前现有技术的低噪声音频渲染系统可以例如具有每根赫兹(带宽的平方根)的5纳伏(nV)的噪声，即：为了计算总噪声(均方根值，或RMS)，这仅与带宽的平方根相乘。由于音频通常具有上述20kHz带宽，所以具有每根赫兹的5nV的音频渲染系统的总噪声为：为了改善音频渲染系统中的噪声，必须降低电气元件中的噪声，然后使用总带宽进行以上计算。现有技术中降低噪声的一种尝试被称为自动静默。在自动静默中，当检测到静默时，关闭整个通道。当然，这无法准确地表示使用中的系统。为了在不存在音频信号时测试这种系统，使用相对于满量程(即，满音量)的-60分贝(dB)下的1kHz音调来防止自动静默屏蔽系统的真实噪声性能。在任何情况下，当存在任何音频信号时，自动静默都不会降低噪声。期望找到降低音频渲染系统中的噪声的方式。
技术实现思路
描述了用于降低音频渲染系统中的噪声的电路和方法。所描述的电路允许在运行时间期间对系统的带宽进行调节，使得带宽对于在任何给定时刻存在的模拟音频信号是足够的，而不需要整个20kHz音频频谱持续存在。一个实施方式公开了用于根据数字音频信号提供输出模拟音频信号的音频渲染装置，包括：数模转换器，被配置成将数字音频信号转换成模拟音频信号；可调高通滤波器，被配置成使模拟音频信号的高于第一截止频率的部分通过，以及响应于第一控制信号来调节第一截止频率；可调低通滤波器，被配置成使模拟音频信号的低于第二截止频率的部分通过，以及响应于第二控制信号来调节第二截止频率；以及控制器，被配置成：在由数模转换器产生模拟音频信号的同时，确定在选择的时间间隔期间模拟音频信号中含有的任何频率；确定小于全20kHz音频范围带宽的模拟信号带宽，该模拟信号带宽将允许所确定的模拟音频信号中含有的频率通过高通滤波器和低通滤波器；确定用于高通滤波器的第一截止频率和用于低通滤波器的第二截止频率，使得截止频率限定所确定的带宽；以及生成第一控制信号和第二控制信号以调节高通滤波器中的第一截止频率和低通滤波器中的第二截止频率，从而将模拟音频信号限制于所确定的带宽。另一实施方式公开了一种将数字音频信号转换成模拟音频信号的方法，包括步骤：由控制器分析在指定时间间隔期间数字音频信号中含有的任何音频频率；由数模转换器将数字音频信号转换成模拟音频信号；由控制器确定模拟音频信号的带宽，以及足以允许所有被分析音频频率传递至输出的高通滤波器和低通滤波器的截止频率；由控制器确定用于高通滤波器和低通滤波器中的可调阻抗部件的、会产生所确定的截止频率的值；由控制器使可调阻抗部件中的开关断开或闭合，以使可调阻抗部件具有所确定的值；以及使模拟音频信号通过高通滤波器和低通滤波器传递至输出。又一实施方式公开了一种用于根据数字音频信号提供输出模拟音频信号的音频渲染装置，包括：数模转换器，被配置成将数字音频信号转换成模拟音频信号；第一可调高通滤波器，被配置成使模拟音频信号的高于第一截止频率的部分通过，以及响应于第一控制信号来调节第一截止频率；第一可调低通滤波器，被配置成使模拟音频信号的低于第二截止频率的部分通过，以及响应于第二控制信号来调节第二截止频率；第二可调高通滤波器，被配置成使模拟音频信号的高于第三截止频率的部分通过，以及响应于第三控制信号来调节第三截止频率；第二可调低通滤波器，被配置成使模拟音频信号的低于第四截止频率的部分通过，以及响应于第四控制信号来调节第二截止频率；以及控制器，被配置成：在由数模转换器产生模拟音频信号的同时，确定在选择的时间间隔期间模拟音频信号中含有的处于20kHz音频范围带宽的两个非交叠部分中的任何频率；确定小于全20kHz音频范围带宽的第一模拟信号带宽，该第一模拟信号带宽将允许所确定的模拟音频信号的第一部分中含有的频率通过第一高通滤波器和第一低通滤波器；确定小于全20kHz音频范围带宽且不与所确定的第一带宽交叠的第二模拟信号带宽，该第二模拟信号带宽将允许所确定的模拟音频信号的第二部分中含有的频率通过第二高通滤波器和第二低通滤波器；确定用于第一高通滤波器的第一截止频率和用于第一低通滤波器的第二截止频率，使得第一截止频率和第二截止频率限定所确定的第一带宽；确定用于第二高通滤波器的第三截止频率和用于第二低通滤波器的第四截止频率，使得第三截止频率和第四截止频率限定所确定的第二带宽；生成第一控制信号和第二控制信号以调节第一高通滤波器中的第一截止频率和第一低通滤波器中的第二截止频率，从而将模拟音频信号的一部分限制于所确定的第一带宽；以及生成第三控制信号和第四控制信号以调节第二高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根据数字音频信号提供输出模拟音频信号的音频渲染装置，包括：数模转换器，被配置成将所述数字音频信号转换成模拟音频信号；可调高通滤波器，被配置成使所述模拟音频信号的高于第一截止频率的部分通过，以及响应于第一控制信号来调节所述第一截止频率；可调低通滤波器，被配置成使所述模拟音频信号的低于第二截止频率的部分通过，以及响应于第二控制信号来调节所述第二截止频率；以及控制器，被配置成：在由所述数模转换器产生所述模拟音频信号的同时，确定在选择的时间间隔期间所述模拟音频信号中含有的任何频率；确定小于全20kHz音频范围带宽的模拟信号带宽，所述模拟信号带宽将允许所确定的所述模拟音频信号中含有的频率通过所述高通滤波器和所述低通滤波器；确定用于所述高通滤波器的所述第一截止频率和用于所述低通滤波器的所述第二截止频率，使得所述截止频率限定所确定的带宽；以及生成所述第一控制信号和所述第二控制信号以调节所述高通滤波器中的所述第一截止频率和所述低通滤波器中的所述第二截止频率，从而将所述模拟音频信号限制于所确定的带宽。

【技术特征摘要】
2015.11.02 US 62/249,490;2015.11.02 US 62/249,483;1.一种用于根据数字音频信号提供输出模拟音频信号的音频渲染装置，包括：数模转换器，被配置成将所述数字音频信号转换成模拟音频信号；可调高通滤波器，被配置成使所述模拟音频信号的高于第一截止频率的部分通过，以及响应于第一控制信号来调节所述第一截止频率；可调低通滤波器，被配置成使所述模拟音频信号的低于第二截止频率的部分通过，以及响应于第二控制信号来调节所述第二截止频率；以及控制器，被配置成：在由所述数模转换器产生所述模拟音频信号的同时，确定在选择的时间间隔期间所述模拟音频信号中含有的任何频率；确定小于全20kHz音频范围带宽的模拟信号带宽，所述模拟信号带宽将允许所确定的所述模拟音频信号中含有的频率通过所述高通滤波器和所述低通滤波器；确定用于所述高通滤波器的所述第一截止频率和用于所述低通滤波器的所述第二截止频率，使得所述截止频率限定所确定的带宽；以及生成所述第一控制信号和所述第二控制信号以调节所述高通滤波器中的所述第一截止频率和所述低通滤波器中的所述第二截止频率，从而将所述模拟音频信号限制于所确定的带宽。2.根据权利要求1所述的音频渲染装置，其中，所述可调高通滤波器和所述可调低通滤波器还包括可调阻抗部件，所述可调阻抗部件被配置成响应于所述第一控制信号和所述控制信号来改变其有效阻抗，并且所述控制器还被配置成生成所述第一控制信号和所述第二控制信号以调节所述可调部件的有效阻抗，从而调节所述第一截止频率和所述第二截止频率。3.根据权利要求2所述的音频渲染装置，其中，每个所述可调阻抗部件还包括多个固定阻抗元件和开关，所述开关允许所述多个元件串联和/或并联连接以允许不同的有效阻抗值，并且所述控制器还被配置成生成所述第一控制信号和所述第二控制信号以断开和闭合开关，从而使所述可调阻抗部件具有产生所确定的第一截止频率和第二截止频率的阻抗。4.根据权利要求3所述的音频渲染装置，还包括存储器，用于存储所有可能开关位置与所得到的所述可调阻抗部件的阻抗值的映射。5.一种用于将数字音频信号转换成模拟音频信号的方法，包括步骤：由控制器分析在指定时间间隔期间所述数字音频信号中含有的任何音频频率；由数模转换器将所述数字音频信号转换成模拟音频信号；由所述控制器确定所述模拟音频信号的带宽，以及足以允许所有被分析音频频率传递至...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·林恩·布莱尔，A·马丁·马林森，
申请(专利权)人：ESS技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US