基于DSP的室內擴聲系統(tǒng)設計

本設計中，首先對傳聲器感應到的信號作低通濾波，由于室內擴聲系統(tǒng)一般的期望信號均為語音信號，經過低通濾波后，使輸出信號的頻率限定在 3400Hz以內，然后對各路信號進行模數(shù)變換，便于后面的數(shù)字信號處理器進行處理，各路信號經過加權求和后，輸出的信號送入后續(xù)的功率放大器進行放大，進而送入音箱放音。這里關鍵就是權值的自動更新，只要采用有效的算法，DSP會自動將權值進行修正，使得期望信號得以正確輸出，而將無用信號盡可能抑制。
3.2器件選擇
本方案中，傳聲器選用一般的全向傳聲器即可，低通濾波器選用普通低通濾波器即可，在此增加濾波器的目的是將聲信號的頻率限定在 3400Hz以內。經過濾波后的模擬音頻信號，要進行數(shù)字化處理過程即 A/D變換，即通過抽樣、量化、編碼，將模擬信號轉化為數(shù)字信號。在此過程中，由于量化存在量化誤差（噪聲），因此不可避免地產生信號損失，特別是對于小信號來講，有可能完全丟失，因此，如果 A/D變換器件動態(tài)范圍不足，就會造成很多有用的小信號被量化為零。因此，在滿足采樣頻率條件下，應該選擇采樣精度較高的 A/D變換器，使得量化失真盡可能小（這也是器件選擇的一個原則）。當然，在本方案中，由于直接處理的模擬信號頻率較低，市場上的 AD7870、AD7870A是不錯的 A/D變換器，其精度均為 12bit。
經過模數(shù)轉換后，將各路數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理模塊進行處理，對于擴聲系統(tǒng)來講，在有效抑制各種無用信號（取決于算法的有效性）的前提下，對實時性要求很高，這對數(shù)字信號處理器的選擇就有一定的要求，對于數(shù)字信號處理器件來講，選擇時要考慮其運算的速度、精度，以及存儲器的大小等。
本設計方案中， DSP芯片選用 Ti公司的 TMS320VC5509A,內部集成了一個 C54x內核， 128KBΧ16位片上 RAM存儲器，具有最大 8MB Χ16位的外部存儲空間。其主要特點有 [4]：
CPU：兩個乘法累加單元（ MAC）；40位的算術邏輯單元和一個 16位的算術邏輯單元；多總線結構等。
存儲器：128KBΧ16位片上 RAM存儲器；8MB Χ16位的外部存儲空間等。
片上外設：2個 20位定時器；6通道直接存儲器存取控制器（DMA）等。

3.3仿真結果
本仿真假設傳聲器陣列由 4個傳聲器組成線陣，采用 MUSIC算法[5][6]，相鄰傳聲器之間的距離為 8cm，頻率為 2kHz，仿真分為兩種情況，圖 4假定有兩個我們需要的信號，其輸入信噪比為 34dB（實際擴聲系統(tǒng)中可以達到），兩個期望望信號入射角分別為 30度和 70度時的仿真結果，可見，在兩個有用信號方向上，傳聲器陣列有較大的功率譜輸出，而在其余方向上（對應無用信號），功率譜很小 [4]。（圖中橫軸表示入射角度，縱軸表示陣列輸出功率譜密度。）
圖 5是在輸入信噪比為 25dB，期望信號入射角分別為 15度時的仿真結果。

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