控制音频信号电平的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于控制音频信号电平并将该信号传送到放大器（ＡＭＰ２）中的控制电路（２００）。该控制电路是基于具有若干电阻节点的Ｒ－２Ｒ电阻网络。若干开关（Ｓ１、Ｓ２）可替换地将若干电阻节点中的每一个连接到若干低阻抗节点和放大器相连的低阻抗输入节点中的一个上。开关控制电路（２０２）有选择地控制这些开关从而将该音频信号传送给低阻抗输入节点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于控制信号电平的技术。尤其是，本专利技术提供用于控制音频信号电平的方法和装置。实际上，所有音频放大系统都需要控制信号通道总增益的装置。这种增益控制使系统工程师能够使信号电平达到最佳以符合系统的动态范围，并使得最终用户可以调整被放大声音响度或音量从而有舒适程度或品位。通过包括位于模拟音频通道中的可变电阻元件例如分压器、模拟音频通道中的可变增益放大器(VGA)、以及将数字化音频信号乘以数字音量控制字的装置来获得音量控制。在诸如2-通道通用立体声或4-6通道环绕音频系统这样的多通道系统中，分压计(“pot”)通常被同轴连接在公共可旋转轴上以便于所有通道基本都能接收到相同程度的增益控制。另外，可以将多个VGA用于若干通道中，每个VGA都接收与所有其它信号相同的增益控制信号，从而可以获得统一的总增益设置。在数字领域中，每个音频通道都接收适当的数字增益参数值。在其中单个通道增益需要具有相对补偿但仍然遵循总的轨迹诸如左/右平衡(总)或通道内调整的情况中，可以将额外的分压器附加到与主要音量控制串联的基于分压器的系统中，或可以使用滑动离合器机械装置从而使单个分压器在同轴连接分压器结构中是可调整的。同样，可以将每通道补偿附加到基于VGA的系统的总增益控制信号中，并且在数字系统的通道增益参数间同样可以实现数值补偿。音频音量控制电路一般必须满足宽范围的需要。例如，这种电路应具有对数转移函数从而使之匹配人类声响感觉的特性。通过使用具有在其电阻中其对数变化作为轴旋转函数的“音频递减”分压器从而在以分压器为基础的系统中获得对数转移函数。该函数可工作于大多数应用中，但是不利之处在于，难于便宜地制造在同轴连接使用时可以精确地彼此匹配的分压器。其结果，在适当价格的音频系统中，通常可以容易地感觉到在低音量调整时通道音量间的差别。在基于VGA的系统中，通过将来自线性输入(例如，来自分压器或DAC的电压)的控制信号映射为合适的对数形式来实现对数音量变化。可选择地，可以从音频递减分压器中获得该控制电压。在数字音量控制系统中，可以用映射函数例如从简单的查询表来获得对数音量步骤。音频音量控制电路还必须显示出低噪声。由于分压器是无源器件，因此对于信号通道而言不会带来有效噪声，但是，由于电阻热噪声以及来自例如灰尘接触刷所带来的不连续噪声，它可以使音频信号变差。在一些情况中，由于没有充分屏蔽，分压器还使得电磁干扰进入音频通道。VGA是与运算放大器类似的有源器件，因此，其本质上要带来某种程度的噪声。可以使用适当的技术来减小该噪声，但是由于大信号处理晶体管或在增益级中增加的偏置电流将带来额外的成本。在数字音量控制系统中，如果仅在数字领域中实现，则由跟随在音量控制块之后的系统位分辨率来控制系统噪声。例如，如果具有带有仅仅数字音量控制的16位数字音频系统，这意味着全部输出响度与驱动功率放大器的DAC处的所有16位中的活动相关。如果随后设置音量为最大可用动态范围的1/4即2比特音量减小，则仅剩下在DAC中使用14位，从而产生分辨率的明显跳跃。同样地，当音量减小时，由DAC所产生的噪声和失真产物以及任何后面的EQ都不衰减。即使是在常规音量设置时，固有噪声电平可以因此变得显著。出于这个原因，通常不使用全部数字音量控制，如果该系统包括任何数字领域的音量控制，取而代之的是使用预先DAC数字控制和后DAC模拟控制的混合电路。音频音量控制电路必须还显示出低失真。无源、基于分压器的音量控制系统基本上是无失真的。除此之外可能有非常小的基于电压的电阻值相关性。VGA是有源放大器件并且因此符合任何有助于总失真的有源增益块中所固有的一组通常的非理想特性。所有数字音量控制都潜在地遭受由于乘法过程中的截断或环绕误差而造成的失真。音频音量控制电路也必须显示出平滑的变换。从一种增益设置到另一种设置的改变应该是基于渐变标准从而可以防止在音频中引入可听见的产物。毕竟，增益控制实际上是高保真音频信号与准静态控制信号相乘，并且该控制信号中的任何异常情况都将在该音频信号中产生调制产物。“技巧”是将增益控制信号中的所有变化保持得充分渐变，例如，带有低于10Hz的频率分量，和/或保持小的幅度，以便于调制产物保持得不被发觉或不显著。手动分压器本质上能根据人工可以转动控制旋纽的有限速度来提供从一种增益设置到下一个增益设置的相对慢以及平滑的改变。但是，如果由一个步进电机来操作该分压器(如同远程控制的情况)，则就存在更多的风险，根据伺服电机的设计，音量变化的各个台阶变化都将被注意到。在VGA系统中，即使使其改变的指令是一个阶跃函数也必须使增益控制信号在增益设置之间平滑倾斜。如果从诸如分压器这样的连续源中获得该信号则可以容易地获得以上所述的，但是如果从诸如DAC这样的粗略信源中获得控制信号则就需要更多的关注。在数字音量控制系统中，可以在允许音量设置增量间附加小的中间增益步骤，从而在音量改变过程中使得控制算法更接近于平滑倾斜。例如，如果仅允许将音量控制定位在诸如0dB、-1dB、-2dB等等整数dB位置上，则应该在1/4dB增量中的这些阶梯之间设置微阶梯从而减少1dB阶梯的可听性。音频音量控制电路还必须可以在多通道系统的各个通道间精确跟踪。也就是，在其中包括两个或多个通道的系统中，通常希望在整个增益控制范围内对于每个通道的音量控制功能都彼此基本匹配。出于左/右平衡或前/后通道间调整的目的，可以在通道增益间试图引入一些补偿，但是，一旦确定了这些补偿，对于所有通道而言就有必要以合适的比例忠实地跟踪主增益控制信号。在基于分压器的系统中，如上所述，这些分压器通常都实际同轴连接在单个旋转轴上从而实现跟踪。可以通过下面两种方式来获得左/右平衡或通道间调整或是通过使用用滑动离合器机械装置来控制单个分压器从而获得带有相对可调同轴功能的同心轴，或是通过使用与每个通道串联以用于平衡/调整目的的附加分压器。前一种方法其缺陷是机械装置复杂并且由于一个补偿通道在其它通道之前将会干扰末端的停止点因此该方法不能很好地工作于非常低或非常高的音量设置情况。后种方法其缺陷是需要更多分压器。在VGA系统中，有必要使用具有基本匹配的增益控制功能的一些VGA。在数字域中，给定所包括的数字计算就可以容易地实现精确的跟踪。音频音量控制电路还必须显示出宽的动态范围。用于音量控制系统的一个典型工作范围是80-100dB增益变化。理想地，音量控制系统最好能够通过包括在商用CD记录中的全部96dB的动态范围，即使是处于其最小增益设置之时，这意味着单个通道动态范围接近于196dB。当然，在最小增益设置时(在静噪抑制之前)，音量低得多数或大多数CD记录的96dB都不被人们所听见，因此，在实用时196dB图形是没有必要的。虽然如此，可以理解的是，一个好的音量控制电路所需的动态范围是超过它所经过的音频节目自身。对于基于分压器的音量控制，这通常是没有问题的，这是由于电阻的无源特性通常附加有小的噪声(如果电阻值低并且使用合适的材料)以及实际上没有失真。由于增益控制放大器电路的有源特性，因此，低失真对于GVA系统而言具有更大的挑战。VGA将附加一些有限的失真，该失真通常在较低增益设置时增加。如上所述，还可以附加某些程度的噪声。在全数字音量控制系统中，音量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制电路，用于控制信号电平以及将该信号发送到第一放大器中，该电路包括：第一Ｒ－２Ｒ电阻网络，用于接收该信号，该第一Ｒ－２Ｒ电阻网络具有第一若干电阻节点；与第一若干电阻节点耦合的第一若干开关，用于可替换地将第一若干电阻节点中的每一 个连接到若干低阻抗节点以及与第一放大器相连的第一低阻抗输入节点中的一个上；以及开关控制电路，用于选择地控制第一若干开关来将信号传送到第一低阻抗输入节点上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉D刘林，卡里L德拉诺，
申请(专利权)人：特里帕斯科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]