專利名稱：信號處理設(shè)備和信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照預(yù)定目的對音頻信號進(jìn)行信號處理的信號處理設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
在聲學(xué)領(lǐng)域中，已知MFB(動反饋)。MFB是一種通過檢測揚(yáng)聲器單元的振動板的 運(yùn)動，和對輸入音頻信號施加負(fù)反饋，控制例如揚(yáng)聲器單元的振動板和輸入音頻信號以具 有相同運(yùn)動的技術(shù)。因此，例如低頻帶共振頻率f0附近的振動被衰減，從而對低頻帶的不 良影響，比如聽覺上的所謂“嗡嗡低音(boomy base)”被抑制。在JP-A-9-289699中公開了相關(guān)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，迄今為止實(shí)際使用的MFB信號處理系統(tǒng)是由模擬電路構(gòu)成的。為了有效地獲得MFB的優(yōu)點(diǎn)，需要把通過利用傳感器、電路等檢測揚(yáng)聲器振動板 的運(yùn)動而獲得的檢測信號與從按照被反饋檢測信號的音頻信號驅(qū)動的揚(yáng)聲器再現(xiàn)的聲音 之間的相差調(diào)整到預(yù)定值之內(nèi)。當(dāng)相差不符合該預(yù)定值，超出允許范圍時，例如，易于發(fā)生 振蕩等等，難以實(shí)際使用MFB信號處理系統(tǒng)。從而，通過用數(shù)字電路代替模擬電路，能夠容易地實(shí)現(xiàn)特性或操作模式之間的變 化或轉(zhuǎn)變，而不改變物理組件的常量，或者替換物理組件，從而能夠獲得顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是，為了利用數(shù)字電路構(gòu)成MFB信號處理系統(tǒng)，要在檢測信號的輸入級和反饋 后的音頻信號的輸出級中包括A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。考慮到目前情況下廣泛使用的A/ D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的處理時間，當(dāng)在MFB信號處理系統(tǒng)中使用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器時，延 遲相當(dāng)長。因此，難以獲得有效的控制優(yōu)點(diǎn)。例如，在軍事應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用之類領(lǐng)域中，存在 延遲很小，采樣頻率相當(dāng)高的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。不過，這種A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換 器相當(dāng)昂貴，用在民用設(shè)備中并不實(shí)際。因此，在目前的情況下，MFB信號處理系統(tǒng)不是由 數(shù)字電路構(gòu)成，而是由模擬電路構(gòu)成。于是，需要提供一種使用數(shù)字電路，并且具有足夠?qū)嵱眯缘腗FB信號處理電路。按照本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供一種信號處理設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述模 數(shù)轉(zhuǎn)換裝置接收通過檢測揚(yáng)聲器的振動板的運(yùn)動而獲得的模擬檢測信號作為輸入，通過進(jìn) 行第一 A-E (德爾塔-西格馬，delta-sigma)調(diào)制處理，把模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成具有預(yù) 定采樣頻率，和等于或大于1比特的預(yù)定量化比特率的數(shù)字信號，和輸出數(shù)字信號；信號處 理裝置，所述信號處理裝置接收從模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)字檢測信號作為輸入，產(chǎn)生數(shù)字 反饋信號，和輸出數(shù)字反饋信號；合成裝置，所述合成裝置把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成具 有與反饋信號相同的采樣頻率，隨后通過組合將由揚(yáng)聲器再現(xiàn)為聲音的輸入數(shù)字音頻信號 與作為負(fù)反饋的反饋信號，在合成階段組合輸入的數(shù)字音頻信號和反饋信號；和數(shù)模轉(zhuǎn)換 裝置，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置被配置成至少具有進(jìn)行第二 A - E調(diào)制處理，和進(jìn)行數(shù)字音頻信 號到模擬信號的轉(zhuǎn)換的部分，在所述第二 A- E調(diào)制處理中，通過接收從合成裝置輸出的，與反饋信號組合之后具有采樣頻率fl和量化比特率a的數(shù)字音頻信號，與反饋信號組合后 的數(shù)字音頻信號被輸入，并且數(shù)字音頻信號在預(yù)定的采樣頻率fl下被轉(zhuǎn)換成具有量化比 特率b(b<a)的數(shù)字信號。按照上述結(jié)構(gòu)，在第一 A- E調(diào)制處理中，MFB的模擬檢測信號被轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定 采樣頻率和預(yù)定量化比特?cái)?shù)的數(shù)字信號。信號處理裝置接收這種信號格式的數(shù)字檢測信 號，并產(chǎn)生數(shù)字反饋信號，反饋信號與輸入的數(shù)字音頻信號組合，以實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。隨后，為了 以組合后的采樣頻率fl把預(yù)定量化比特?cái)?shù)的音頻信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，進(jìn)行其中以采樣 頻率fl把信號轉(zhuǎn)換成量化比特率b(b < a)的信號的A- E調(diào)制處理。這種信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可被看作其中省略了 A/D轉(zhuǎn)換處理中的抽取處理和D/A 轉(zhuǎn)換處理中的過采樣處理的結(jié)構(gòu)。這樣處理需要對應(yīng)的處理時間。于是，按照本發(fā)明的實(shí) 施例的信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由于不進(jìn)行這樣的處理，減小了信號傳播時間。通過如上所述減小信號傳播時間，能夠滿足對MFB信號處理系統(tǒng)的響應(yīng)速度的條 件。換句話說，能夠容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)際使用數(shù)字MFB。當(dāng)如上所述實(shí)際使用數(shù)字MFB時，能夠 獲得諸如可實(shí)現(xiàn)利用模擬電路難以實(shí)現(xiàn)的功能，高音質(zhì)之類的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是表示數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)例子的方框圖。圖2A-2C是表示DSP的符合MFB的數(shù)字信號處理單元的信號處理結(jié)構(gòu)的例子的示 圖。圖3是對應(yīng)于圖1中所示的基本結(jié)構(gòu)，在當(dāng)前情況下自然考慮的數(shù)字MFB信號處 理系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)例子的方框圖。圖4是表示按照第一實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的方框圖。圖5A和5B是表示包括在按照本發(fā)明的實(shí)施例的符合MFB的數(shù)字信號處理單元中 的數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖6是按照第二實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的方框圖。圖7是按照第三實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的方框圖。圖8是表示其中對耳機(jī)(頭戴式)應(yīng)用按照本發(fā)明實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)的例子的示圖。圖9是表示其中對耳機(jī)(耳塞式)應(yīng)用按照本發(fā)明實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)的例子的示圖。圖10是表示模擬MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的示圖。
具體實(shí)施例方式下面，按照下述順序說明本發(fā)明的模式(下面稱為實(shí)施例)。1.模擬MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子2.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)例子3.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)考慮當(dāng)前情況的實(shí)際結(jié)構(gòu)的例子4.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第一實(shí)施例5.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第二實(shí)施例
5
6.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第三實(shí)施例7.應(yīng)用于耳機(jī)的例子1.模擬MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子由于諸如揚(yáng)聲器之類的音響設(shè)備具有能夠按照信號移動的物理機(jī)械單元，因此與 只具有電路的系統(tǒng)相比，這些音響設(shè)備具有較大的失真。從而，作為系統(tǒng)，對輸入音頻信號 的追隨能力不足，這被看作音質(zhì)惡化的影響因素。從而，提出了通過建立把揚(yáng)聲器的實(shí)際驅(qū) 動狀態(tài)(比如揚(yáng)聲器的振動行為或者散發(fā)到空間中的聲壓)轉(zhuǎn)換成電信號，以便反饋給利 用揚(yáng)聲器再現(xiàn)音頻信號的系統(tǒng)，從而降低失真的系統(tǒng)，改善再現(xiàn)音頻的質(zhì)量的技術(shù)。這被稱 為MFB (動反饋)。更具體地說，通過應(yīng)用MFB，揚(yáng)聲器單元振動板的不必要振動，例如低頻 帶共振頻率f0附近的振動被抑制。因此，能夠獲得對低頻帶的不良影響(所謂的“嗡嗡低 音”)受到抑制的聲音。圖10表示其中用模擬電路構(gòu)成對應(yīng)于MFB的信號處理系統(tǒng)(MFB信號處理系統(tǒng)) 的情況的例子。如圖10中所示，首先，由低頻帶均衡器108對模擬音頻信號進(jìn)行后面說明 的低頻帶補(bǔ)償，模擬音頻信號被輸入合成器102。合成器102接收從低頻帶均衡器108傳送的音頻信號，和從信號處理電路107傳 送的信號，作為輸入。如后所述從信號處理電路107傳送的信號是根據(jù)揚(yáng)聲器單元104的 運(yùn)動的檢測而獲得的MFB的反饋信號。合成器102組合從低頻帶均衡器108傳送的音頻信 號和反相的反饋信號。換句話說，通過利用反饋信號施加負(fù)反饋，輸出音頻信號。從合成器102輸出的音頻信號在功率放大器103被放大，并輸出給揚(yáng)聲器單元 104。因此，按照音頻信號在揚(yáng)聲器單元104中再現(xiàn)聲音。按照MFB，在從功率放大器103延伸到揚(yáng)聲器單元104的驅(qū)動信號線中設(shè)置由電阻 器R1、R2和R3構(gòu)成的橋接電路105，橋接電路105的輸出被配置成輸入檢測器/放大器電 路 106。檢測器/放大器電路106放大通過檢測在揚(yáng)聲器單元104的音圈中產(chǎn)生的反電動 勢而獲得的信號，并把放大的信號輸出給低通濾波器(LPF)107。這里，橋接電路105檢測的 反電動勢對應(yīng)于與揚(yáng)聲器單元104的振動板的移動相應(yīng)的振動板的速度的檢測。信號處理電路107被配置成根據(jù)從檢測器/放大器電路106傳送的檢測信號，產(chǎn) 生反饋信號。例如，信號處理電路107由用于消除檢測信號的噪聲分量的濾波電路、和調(diào)整 反饋信號的增益的增益電路等構(gòu)成。信號處理電路107產(chǎn)生的反饋信號被輸出給合成器 102。因此，對輸入音頻信號施加與揚(yáng)聲器單元104的振動板的移動相應(yīng)的負(fù)反饋。從而，按照被施加負(fù)反饋的音頻信號的放大輸出，驅(qū)動揚(yáng)聲器單元104。因此，MFB 的控制系統(tǒng)控制揚(yáng)聲器單元104按照輸入音頻信號的波形精確振動。例如，這變成在低頻 帶共振頻率f0被用作中心的情況下施加阻尼的操作。從而，如上所述，抑制了對低頻帶的 不必要影響，從而改善了再現(xiàn)聲音。但是，由于如上所述，在低頻帶共振頻率f0被用作中心的情況下施加阻尼，因此 作為再現(xiàn)聲音的頻率特性，低頻帶的功率往往會降低。設(shè)置低頻帶均衡器108，以便補(bǔ)償?shù)皖l帶的功率的降低。換句話說，低頻帶均衡器 108進(jìn)行均衡，以致通過預(yù)先校正其中功率按照MFB降低的輸入音頻信號的低頻帶(頻帶補(bǔ)償)，能夠獲得以最終再現(xiàn)音頻為目標(biāo)的頻率特性。2.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)例子圖10中所示的MFB信號處理系統(tǒng)是模擬系統(tǒng)。不過，通過把該系統(tǒng)配置成數(shù)字系 統(tǒng)，例如，能夠獲得如下所述的許多優(yōu)點(diǎn)。首先，在反饋處理中，通過利用數(shù)字濾波器等，進(jìn)行數(shù)字計(jì)算。因此，原則上，來自周邊或其外部的噪聲難以影響反饋處理，于是，能夠預(yù)期具有 高精度的處理結(jié)果。另外，在使用模擬電路的情況下，由于電子組件器件的制造差異，難以 獲得足夠高的精度。但是，通過進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果中難以產(chǎn)生歸因于這種差異的 誤差。因此，例如，能夠預(yù)期對初始設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能的控制。另外，不需要考慮所述差異 設(shè)定對振幅、相位等的控制設(shè)計(jì)余量，能夠嚴(yán)格設(shè)定控制設(shè)計(jì)余量。于是，能夠獲得較大的 反饋，可期待較高的性能。另外，通過使用數(shù)字濾波器進(jìn)行計(jì)算，能夠獲得使用模擬濾波器 難以設(shè)計(jì)的復(fù)雜濾波器特性。因此，例如，能夠進(jìn)行更精細(xì)的控制處理。另外，在其中諸如 DSP之類計(jì)算處理單元的資源并非不足的范圍中，能夠用軟件設(shè)定復(fù)雜特性，而不會導(dǎo)致任 何成本增加。此外，由于能夠用軟件控制數(shù)字電路，因此易于恰當(dāng)?shù)馗淖兪┘臃答?例如改變 反饋量)的方法。因此，通過改變控制處理，以便與連接的揚(yáng)聲器等的特性匹配，能夠進(jìn)行具有較寬 應(yīng)用范圍的控制處理。從而，將說明其中在MFB信號處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)。圖1表示利用 數(shù)字電路構(gòu)成MFB信號處理系統(tǒng)的情況的基本結(jié)構(gòu)例子。圖1中所示的MFB信號處理系統(tǒng) 主要由DSP 11, DAC 12，功率放大器13，揚(yáng)聲器單元14，橋接電路15，檢測器/放大器電路 16禾口 ADC 17構(gòu)成。這種情況下的輸入音頻信號是從數(shù)字音頻源再現(xiàn)的數(shù)字音頻信號。該數(shù)字音頻信 號被輸入DSP (數(shù)字信號處理器)11。在DSP 11中，形成數(shù)字均衡器11a，合成器lib和符合MFB的數(shù)字信號處理單元 11c的信號處理單元。另外，DSP 11的信號處理功能由程序，例如分配給DSP 11的調(diào)用指 令等實(shí)現(xiàn)。輸入DSP 11的數(shù)字音頻信號首先被輸入數(shù)字均衡器11a。數(shù)字均衡器11a對應(yīng)于 圖10中所示的低頻帶均衡器108，按照預(yù)定的均衡特性均衡數(shù)字音頻信號。因此，數(shù)字均 衡器11a補(bǔ)償從揚(yáng)聲器單元16傳送的被施加MFB的再現(xiàn)聲音的頻帶，以致獲得目標(biāo)頻率特 性。從數(shù)字均衡器11a輸出的數(shù)字音頻信號被輸出給合成器lib。合成器lib是對輸 入音頻信號施加負(fù)反饋的部分。合成器lib使從符合MFB的數(shù)字信號處理單元11c輸出的 反饋信號反相，并組合輸入的數(shù)字音頻信號和反相的反饋信號。在這種情況下，作為合成器lib的輸出的數(shù)字音頻信號被配置成作為DSP 11的輸 出，被輸入DAC(D/A轉(zhuǎn)換器)12。DAC 12把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號。功率放大器13放大從DAC 12傳來的模擬音頻信號，并把放大的模擬音頻信號作 為驅(qū)動信號提供給揚(yáng)聲器單元14的音圈。因此，從揚(yáng)聲器單元14再現(xiàn)數(shù)字音頻源的聲音。類似于圖10中所示的橋接電路105，如圖1中所示，通過連接電阻器Rl、R2和R3與從功率放大器13延伸到揚(yáng)聲器單元14的驅(qū)動信號線，構(gòu)成橋接電路15。類似于圖10中 所示的檢測器/放大器電路106，檢測器/放大器電路16從橋接電路15的傳感器部分接收 信號，并產(chǎn)生與揚(yáng)聲器單元14的運(yùn)動速度對應(yīng)的檢測信號。在這種情況下，從檢測器/放大器電路16輸出的模擬檢測信號由ADC(A/D轉(zhuǎn)換 器)17轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并被輸入DSP 11的符合MFB的信號處理單元11c中。符合MFB的信號處理單元11c對應(yīng)于作為所謂的反饋電路的信號處理系統(tǒng)，并根 據(jù)輸入的數(shù)字檢測信號產(chǎn)生反饋信號。圖2A-2C表示橋接電路15獲得與速度成比例的檢 測信號的前提下，符合MFB的信號處理單元11c的結(jié)構(gòu)的三個例子。作為MFB的反饋控制 方法，已知的有速度控制，加速度控制，位移控制等。不過在這里，圖2A、2B和2C表示與其 中按照橋接電路15的具備，采用速度控制，加速度控制，以及組合式速度控制和加速度控 制的情況對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。首先，圖2A表示其中作為與速度控制對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，提供數(shù)字濾波器34a的結(jié)構(gòu)。例 如，數(shù)字濾波器34a被配置成FIR(有限脈沖響應(yīng))式或IIR(無限脈沖響應(yīng))式數(shù)字濾波 器。數(shù)字濾波器34a的信號處理功能例如由從對應(yīng)于速度的檢測信號中除去與噪聲對應(yīng)的 不必要頻帶分量的LPF，和設(shè)定反饋信號的輸出增益的增益電路等實(shí)現(xiàn)。通過利用與速度對 應(yīng)的反饋信號，對輸入音頻信號施加反饋，能夠獲得按照檢測的速度制動揚(yáng)聲器單元14的 振動板的操作，作為MFB。換句話說，能夠獲得利用速度控制的MFB操作。圖2B是與加速度控制對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括微分處理部分34b和數(shù)字濾波器 34c，如圖中所示。微分處理部分34b計(jì)算輸入檢測信號的微分，并輸出結(jié)果信號。如上所 述，從橋接電路15獲得的檢測信號表示揚(yáng)聲器振動板的速度。因此，通過計(jì)算與速度對應(yīng) 的檢測信號的微分，計(jì)算表示揚(yáng)聲器振動板的加速度的信號。換句話說，微分處理部分34b 能夠根據(jù)對應(yīng)于速度的檢測信號，獲得對應(yīng)于加速度的檢測信號。例如，如圖2A中所示，數(shù) 字濾波器34c對從微分處理部分34b輸出的信號進(jìn)行信號處理，并輸出結(jié)果信號，作為與加 速度控制對應(yīng)的反饋信號。通過利用反饋信號對輸入音頻信號施加反饋，能夠獲得作為加 速度控制的MFB操作。圖2C是其中一起使用速度控制和加速度控制的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括數(shù)字濾波器 34a，微分處理部分34b，數(shù)字濾波器34c和合成器34d。與如圖2A中所示的速度控制相應(yīng) 地布置數(shù)字濾波器34a，微分處理部分34b和數(shù)字濾波器34c對應(yīng)于如圖2B中所示的加速 度控制。這種情況下，使檢測信號分支，從而被輸入由數(shù)字濾波器34a構(gòu)成的系統(tǒng)，及由微 分處理部分34b和數(shù)字濾波器34c構(gòu)成的系統(tǒng)中。從數(shù)字濾波器34a輸出對應(yīng)于速度控制 的反饋信號，按照由微分處理部分34b和數(shù)字濾波器34c進(jìn)行的信號處理，輸出與加速度 控制對應(yīng)的反饋信號。合成器34d組合與上述速度控制和加速度控制對應(yīng)的反饋信號，并 輸出結(jié)果信號。換句話說，在這種情況下，通過把速度控制分量和加速度控制分量組合在一 起，獲得從符合MFB的數(shù)字信號處理單元11c輸出的反饋信號。通過利用反饋信號對輸入 音頻信號施加反饋，作為MFB的操作，一起獲得對應(yīng)于速度的控制和對應(yīng)于加速度的控制。另外，如圖1中所示，通過布置橋接電路15作為檢測揚(yáng)聲器振動板的運(yùn)動的傳感 器，首先，根據(jù)揚(yáng)聲器振動板的運(yùn)動檢測速度?？梢钥紤]MFB用傳感器的其它結(jié)構(gòu)。例如，作 為檢測速度的傳感器，可以布置與揚(yáng)聲器單元的音圈分離的傳感線圈，以便檢測在傳感線圈中獲得的電流。另外，通過利用麥克風(fēng)檢測從揚(yáng)聲器單元施加的聲壓，與所檢測的聲壓對 應(yīng)的檢測信號可被視為揚(yáng)聲器單元的振動板的加速度。此外，通過在揚(yáng)聲器單元的振動板 中布置物理加速度傳感器，可檢測加速度。另外，可以考慮其中通過根據(jù)靜電電容的變化， 檢測揚(yáng)聲器單元的振動板的運(yùn)動，獲得與揚(yáng)聲器單元的振動板的位移對應(yīng)的檢測信號的情 況。即使在如圖1中所示，用數(shù)字電路構(gòu)成MFB信號處理系統(tǒng)的情況下，傳感器的結(jié)構(gòu)也并 不特別受限，而可以使用任意結(jié)構(gòu)。這點(diǎn)也適用于其中構(gòu)成按照后面說明的本發(fā)明實(shí)施例 的MFB信號處理系統(tǒng)的情況。3.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)考慮當(dāng)前情況的實(shí)際結(jié)構(gòu)的例子圖3表示對于其中按照圖1和圖2A-2C中表示的基本結(jié)構(gòu)，利用目前已知的數(shù)字 器件實(shí)際建立MFB信號處理系統(tǒng)的情況，自然考慮的實(shí)際結(jié)構(gòu)例子。在下面的說明中，假定 用Fs表示的基準(zhǔn)采樣頻率(IFs)代表當(dāng)利用耳機(jī)設(shè)備最初收聽數(shù)字音頻源時，數(shù)字音頻信 號的采樣頻率。數(shù)字音頻源的一個實(shí)際例子是類似于記錄在CD (光盤)中的數(shù)字音頻信號 的、具有Fs = 44. IkHz和16比特量化比特?cái)?shù)的音頻源。在圖3中，與圖1中所示相同的每 個部分被賦予相同的附圖標(biāo)記。圖3中所示的整體結(jié)構(gòu)和用模擬器件構(gòu)成的部分與參考圖 1所述的相同，從而這里省略對其的說明。首先，說明ADC 17。這種情況下，ADC 17例如實(shí)際上由一個組件或器件構(gòu)成。ADC 17接收從檢測器/放大器電路16輸出的模擬檢測信號作為輸入，把檢測信號轉(zhuǎn)換成用與后 面說明的數(shù)字音頻源的采樣頻率和量化比特?cái)?shù)相同的IFs采樣頻率和16比特量化比特?cái)?shù) ([IFs和16比特)]數(shù)字化(量化)的數(shù)字信號(PCM信號)，并輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。作為實(shí)現(xiàn)這種功能的一種結(jié)構(gòu)，如圖3中所示，這種情況的ADC17包括Δ- Σ調(diào)制 器17a，抽取濾波器17b和輸出緩沖器17c。首先，輸入ADC 17的模擬音頻信號由Δ-Σ調(diào) 制器17a轉(zhuǎn)換成[64Fs( = 2. 8224MHz)和1比特]的數(shù)字信號。通過使該數(shù)字信號經(jīng)過 FIR(有限脈沖響應(yīng))抽取濾波器17b，[64Fs和1比特]的數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成[IFs和16比 特]的數(shù)字信號，并用輸出緩沖器17c在數(shù)字信號階段進(jìn)一步放大。這種情況下，作為ADC 17的輸出，輸出緩沖器17c的輸出被輸入DSPll的符合MFB的數(shù)字信號處理單元Ilc中。本例的DSP 11是以例如單芯片組件的形式提供的。類似于圖1，DSP 11具有數(shù)字 均衡器11a、合成器lib和符合MFB的數(shù)字信號處理單元11c，用于按照指令(程序)實(shí)現(xiàn) 信號處理功能。這種情況的符合MFB的數(shù)字信號處理單元1 Ic具有FIR濾波器的結(jié)構(gòu)。符合MFB 的數(shù)字信號處理單元Ilc被配置成接收16比特量化比特?cái)?shù)的信號作為輸入，并把該信號乘 以16比特系數(shù)。因此，從符合MFB的數(shù)字信號處理單元Ilc輸出的反饋信號的格式為[IFs 和16比特]，與輸入檢測信號的格式相同。另外，在數(shù)字音頻源信號被輸入DSP 11的時候，數(shù)字音頻源的信號是[IFs和16 比特]格式的數(shù)字音頻信號。類似于接收數(shù)字音頻源信號作為輸入的數(shù)字均衡器Ila或者 符合MFB的數(shù)字信號處理單元11c，DSP 11被配置為FIR濾波器。DSP 11被配置為接收16 比特量化比特?cái)?shù)的信號作為輸入、并把輸入信號乘以16比特系數(shù)的計(jì)算電路。因此，從數(shù) 字均衡器Ila輸出的校正頻率特性之后的數(shù)字音頻信號呈[IFs和16比特]的格式。作為施加負(fù)反饋的處理，合成器lib把呈[IFs和16比特]格式的數(shù)字音頻信號和 反相的反饋信號組合在一起。因此，從合成器lib輸出給DAC 12的數(shù)字音頻信號也呈[IFs和16比特]的格式。例如，以單芯片組件的形式提供DAC 12。DAC 12把由上述ADC17轉(zhuǎn)換格式的數(shù)字 信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。作為DAC 12的內(nèi)部構(gòu)成，例如如圖中所示，包括過采樣濾波器12a、 Δ - Σ調(diào)制器12b和模擬LPF (低通濾波器)12c。過采樣濾波器12a對輸入DAC 12的[IFs和16比特]的數(shù)字信號進(jìn)行過采樣處 理，以便把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成[64Fs和16比特]格式的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號 被輸出給Δ-Σ調(diào)制器12b。Δ-Σ調(diào)制器12b把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成1比特的格式。換 句話說，Δ- Σ調(diào)制器12b把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成[64Fs和1比特]格式的數(shù)字信號，并 輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。通過使作為Δ-Σ調(diào)制器12b的輸出的[64Fs和1比特]的數(shù)字 信號經(jīng)過模擬LPF 12c，獲得模擬音頻信號，作為模擬LPF 12c的輸出。換句話說，輸入DAC 12的[IFs和16比特]的數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，作為DAC 12的輸出的轉(zhuǎn)換 后的模擬音頻信號被輸入功率放大器13。在圖3中所示的結(jié)構(gòu)中，例如，使用對商業(yè)用途來說，能夠容易地獲得的A/D轉(zhuǎn)換 器、DSP、D/A轉(zhuǎn)換器等等。圖3中所示的結(jié)構(gòu)是當(dāng)在目前情況下，建立與諸如CD之類的音 頻源對應(yīng)的實(shí)際數(shù)字MFB系統(tǒng)(MFB信號處理系統(tǒng))時，首先自然考慮的結(jié)構(gòu)。不過，已知按照上述結(jié)構(gòu)，實(shí)際上難以獲得足以滿足實(shí)際應(yīng)用的MFB控制效果。其 原因在于信號處理時間，即，作為ADC 17和DAC12的實(shí)際器件的輸入/輸出時間間隔的延 遲相當(dāng)長。最初，這種器件是考慮到均勻處理作為音頻聲源(比如普通樂曲)的音頻信號 而構(gòu)成的。因此，即使在存在與信號處理相應(yīng)的延遲的情況下，也不存在問題。但是，當(dāng)在 MFB信號處理系統(tǒng)中使用這種器件時，延遲相當(dāng)長。換句話說，在利用這種器件構(gòu)成的整個 MFB信號處理系統(tǒng)中，在檢測器/放大器電路16按照來自橋接電路15的輸出獲得檢測信號 之后，到從揚(yáng)聲器單元14以聲音的形式再現(xiàn)和輸出被施加反饋的音頻信號為止，存在時間 (響應(yīng)速度)方面的較長延遲。由于上述延遲的緣故，作為MFB的反饋操作被大大延遲，難 以實(shí)際獲得良好的控制結(jié)果。例如，當(dāng)用于44. IKHz及以下的采樣頻率的僅ADC 17的延遲 是對應(yīng)于40個樣本的時間時，僅僅歸因于上述延遲，頻率等于或大于約550Hz的信號的相 位延遲就等于或大于180°。因此，僅僅通過A/D轉(zhuǎn)換，相位就被旋轉(zhuǎn)這樣的數(shù)量。于是， 當(dāng)通過LPF (低通濾波器)、BPF (帶通濾波器)等額外進(jìn)行濾波處理時，相位的旋轉(zhuǎn)會進(jìn)一 步增大。在延遲增大到這種程度的情況下，難以獲得利用MFB的控制效果，容易出現(xiàn)諸如聲 音重現(xiàn)作用之類的現(xiàn)象。從而，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以MFB控制為目標(biāo)的頻帶被大大縮 小。換句話說，在圖3中所示的結(jié)構(gòu)中，難以獲得足以滿足實(shí)際應(yīng)用的MFB的效果。這是直 到目前為止，實(shí)際上僅僅使用模擬型MFB的原因。但是，如上所述，采用數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)具有重大的優(yōu)點(diǎn)。從而，作為本發(fā)明 的一個實(shí)施例，提出一種其中采用數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)來解決上述延遲問題，以便得到 實(shí)際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，如下所述。4.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第一實(shí)施例圖4表示按照第一實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子。這里，在圖4中，與圖 3中所示相同的每個部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，其說明將被省略或簡化。在圖4中所示的 結(jié)構(gòu)中，首先，提供ADC 20，代替圖3中所示的ADC 17。例如，ADC 20由單芯片組件構(gòu)成。 如圖4中所示，ADC 20被配置成只包括Δ-Σ調(diào)制器21。Δ - Σ調(diào)制器21把輸入模擬信
10號轉(zhuǎn)換成[64Fs( = 2. 8224MHz)和1比特]格式的數(shù)字信號。隨后，Δ- Σ調(diào)制器21的輸 出作為ADC 20的輸出被輸入DSP 30。例如，DSP 30同樣由單芯片組件構(gòu)成。對于這種情況，如圖4中所示，DSP 30被配 置成包括數(shù)字均衡器31、過采樣濾波器32、合成器33和符合MFB的數(shù)字信號處理單元34。類似于圖3中所示的DSP 11的符合MFB的數(shù)字信號處理單元11c，圖4中所示的 符合MFB的數(shù)字信號處理單元34具有作為根據(jù)檢測信號產(chǎn)生反饋信號的反饋電路的信號 處理功能。對圖3中所示的DSP 11的符合MFB的數(shù)字信號處理單元Ilc來說，輸入或輸出 的數(shù)字音頻信號的格式為[IFs和16比特]。另一方面，對圖4中所示的符合MFB的數(shù)字信 號處理單元34來說，輸入信號的格式為[64Fs和1比特]，通過利用16比特系數(shù)進(jìn)行計(jì)算， 輸出的格式為[64Fs和16比特]。例如，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34可由FIR數(shù)字濾 波器構(gòu)成。因此，以多比特的形式形成符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的輸出。這里，作 為所述多比特的量化比特?cái)?shù)(或比特率)被設(shè)為16比特。根據(jù)下面的說明能夠理解，把從 符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號的格式配置成[64Fs和16比特]的原因 是為了在合成階段，使反饋信號的格式與[64Fs和16比特]的數(shù)字音頻信號的格式一致。類似于圖3中所示的數(shù)字均衡器11a，圖4中所示的數(shù)字均衡器31接收[IFs和 16比特]格式的數(shù)字音頻源信號(數(shù)字音頻信號)作為輸入，并通過利用16比特系數(shù)進(jìn)行 計(jì)算，對數(shù)字音頻源信號進(jìn)行量化處理，以便補(bǔ)償?shù)皖l帶。隨后，數(shù)字均衡器31輸出與輸入 的格式相同的[IFs和16比特]格式的音頻信號。在這種情況下，從數(shù)字均衡器31輸出的[IFs和16比特]的音頻信號被輸入過采 樣濾波器32。這種情況下，過采樣濾波器32把數(shù)字音頻信號從[IFs和16比特]的格式轉(zhuǎn) 換成[64Fs和16比特]的格式。這里，把數(shù)字音頻源信號轉(zhuǎn)換成[64Fs和16比特]的格 式的原因是為了使輸出的數(shù)字音頻信號具有與從符合Mra的數(shù)字信號處理單元34輸出的 反饋信號相同的數(shù)字信號格式。合成器33接收如上所述具有相同的[64Fs和16比特]格式的數(shù)字音頻源信號和 反饋信號作為輸入。隨后，合成器33組合數(shù)字音頻源信號和其相位被反轉(zhuǎn)的反饋信號，并 輸出被施加反饋的數(shù)字音頻信號。作為DSP 30的輸出，合成器33的輸出被輸入DAC 40。例如，圖4中所示的DAC 40由單芯片組件構(gòu)成。DAC 40包括Δ - Σ調(diào)制器41和 模擬LPF 42。通過比較DAC 40和圖3中所示的DAC12，可注意到在DAC 40中省略了過采 樣濾波器12a。Δ - Σ調(diào)制器41接收從DSP 30的合成器33輸出的[64Fs和16比特]的數(shù)字音 頻信號作為輸入，通過進(jìn)行1比特轉(zhuǎn)換處理，把數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成[64Fs和1比特]的數(shù) 字信號，并輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。作為Δ - Σ調(diào)制器41的輸出的數(shù)字信號通過模擬LPF 42被轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，從DAC 40輸出該模擬音頻信號。如上所述獲得的模擬音頻信號 被功率放大器13放大，用于驅(qū)動揚(yáng)聲器單元14。這里，在圖4中所示的結(jié)構(gòu)中，根據(jù)橋接電路15和檢測器/放大器電路16檢測的 檢測信號，產(chǎn)生反饋信號。將關(guān)注在揚(yáng)聲器單元14以聲音的形式輸出與(反相的)反饋信 號組合的輸入音頻信號之前進(jìn)行的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的操作。從而，數(shù)字信號處理系統(tǒng)可 被看作按照Δ-Σ調(diào)制器21，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34，合成器33，Δ-Σ調(diào)制器41 和模擬LPF 42的順序進(jìn)行數(shù)字信號處理。當(dāng)與圖1的情況比較時，這可被看作未經(jīng)過置于
11A/D轉(zhuǎn)換一側(cè)的抽取濾波器和置于D/A轉(zhuǎn)換一側(cè)的過采樣濾波器。如上所述，在圖3中所示的結(jié)構(gòu)中，ADC 17和DAC 12中的延遲相當(dāng)大。實(shí)際上，作 為導(dǎo)致這種延遲的一個因素，在ADC 17中，歸因于抽取濾波器17b的延遲是主要的，在DAC 12中，歸因于過采樣濾波器12a的延遲是主要的。由于關(guān)注到這一點(diǎn)，構(gòu)成了本實(shí)施例。換 句話說，為了在MFB數(shù)字信號處理系統(tǒng)中排除置于A/D轉(zhuǎn)換一側(cè)的抽取濾波器和置于D/A 轉(zhuǎn)換一側(cè)的過采樣濾波器中的延遲的影響，使DSP 30的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34 的輸入和輸出分別直接與Δ - Σ調(diào)制器21 (ADC 21)和Δ - Σ調(diào)制器41 (在DAC 40內(nèi))連 接。因此，排除了導(dǎo)致MFB信號處理系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換一側(cè)和A/D轉(zhuǎn)換一側(cè)的延遲的主要因 素，從而顯著減小MFB的信號處理的延遲。因此，減小了上面說明的相位旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，能夠 獲得足以滿足實(shí)際應(yīng)用的MFB控制效果。換句話說，能夠獲得可實(shí)際應(yīng)用的數(shù)字MFB系統(tǒng)。另外，在本實(shí)施例中，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34被配置成具有很小的延遲， 從而能夠獲得具有高實(shí)用性和高性能的MFB信號處理系統(tǒng)。為了構(gòu)成具有很小延遲的符合 MFB的數(shù)字信號處理單元34，例如可以考慮使用下述結(jié)構(gòu)。首先一般地，在采用FIR數(shù)字濾 波器(FIR濾波器)作為符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的情況下，采用如圖5A中所示的 結(jié)構(gòu)。換句話說，在利用8抽頭FIR濾波器構(gòu)成符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的情況下， 如圖中所示，首先通過把七個延遲器D1-D7串聯(lián)連接在一起，形成移位寄存器。另外，布置 接收延遲器Dl的輸入數(shù)據(jù)，和延遲器D1-D7的輸出數(shù)據(jù)(它們是移位寄存器的輸出)作為 輸入，并利用預(yù)定系數(shù)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法的系數(shù)器h0-h7，和將系數(shù)器h0-h7的輸出相加起 來的加法器P。在這種情況下，由于輸入數(shù)字信號呈[64Fs和1比特]的格式，因此延遲器 D1-D7和系數(shù)器h0-h7接收一比特的信號。另外，為了把輸出配置成[64Fs和16比特]的 格式，以多比特的形式，把在系數(shù)器h0-h7中設(shè)置的系數(shù)配置成16比特，從而，系數(shù)器h0-h7 的輸出被配置成16比特。隨后，加法器P把系數(shù)器h0-h7的輸出加起來。圖5A中所示的結(jié)構(gòu)可被看作其中通過排列延遲器Dl的輸入數(shù)據(jù)和延遲器D1-D7 的輸出數(shù)據(jù)而獲得的8比特?cái)?shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成與比特模式線性對應(yīng)的16比特的比特模式，并被 輸出的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34能夠由延遲器D1-D7和ROM 60構(gòu)成，如圖5B中所示。在圖5B中，8比特?cái)?shù)據(jù)由在相同計(jì)時的1比特的延遲器Dl的輸 入數(shù)據(jù)，和1比特的每個延遲器D1-D7的輸出數(shù)據(jù)(它們被看作移位寄存器的輸出)構(gòu)成， ROM 60的地址被配置成根據(jù)該8比特?cái)?shù)據(jù)指定。由于8比特能夠表示的比特模式為256種， 因此0-255被設(shè)為ROM 60的地址。隨后，在ROM 60中，組合地址0-255保存16比特的適 當(dāng)比特模式。通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠獲得通過在每一個樣本的定時，對ROM 60指定0-255 的地址，從ROM 60讀出與指定地址對應(yīng)的16比特比特模式的數(shù)據(jù)的操作。如上所述讀出 的16比特?cái)?shù)據(jù)被配置成按照本實(shí)施例的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的輸出。按照這 種結(jié)構(gòu)，省略了如圖5A中所示的系數(shù)器h0-h7和加法器P。因此，通過在指定地址讀取ROM 60，實(shí)現(xiàn)這樣的處理，從而簡化了電路規(guī)模。另外，作為實(shí)現(xiàn)具有很小延遲的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的另一種結(jié)構(gòu)， 存在一種利用最小相移濾波器的結(jié)構(gòu)。例如，按照圖5A中所示的結(jié)構(gòu)，這可通過把將在 系數(shù)器h0-h7中設(shè)置的系數(shù)模式設(shè)置成最小相移模式來實(shí)現(xiàn)。另一方面，可以考慮使用 IIR(無限脈沖響應(yīng))數(shù)字濾波器的另一種結(jié)構(gòu)。IIR濾波器具有結(jié)果延遲量較小的特性。另外，在本實(shí)施例中，如下設(shè)定符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的輸出信號的采樣頻率。首先，這種情況的DSP 10接收[IFs和16比特]格式的數(shù)字音頻源信號(數(shù)字音 頻信號)作為輸入，并通過由過采樣濾波器32進(jìn)行的過采樣處理，把數(shù)字音頻源信號轉(zhuǎn)換 成[64Fs和1比特]的格式。合成器33的輸入和輸出的格式不變。換句話說，通過過采樣， 將從DSP輸出的數(shù)字音頻信號的采樣頻率被設(shè)為64Fs。因此，被輸入從DSP 30輸出的數(shù)字音頻信號的DAC 40的Δ - Σ調(diào)制器41被配置 成把[64Fs和16比特]格式的信號轉(zhuǎn)換成1比特的信號。從而，Δ- Σ調(diào)制器41的輸出 具有[64Fs和1比特]的格式。另外，在本實(shí)施例中，從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34 輸出的反饋信號未通過過采樣濾波器被輸入合成器33。因此，反饋信號的格式被配置成與 Δ- Σ調(diào)制器41的輸入(它對應(yīng)于通過合成器33的過采樣濾波器的輸出)對應(yīng)的[采樣 頻率和量化比特?cái)?shù)]。從而，在圖2Α和2Β中，從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反 饋信號的格式被配置成[64Fs和16比特]。另外，就采樣頻率來說，從符合MFB的數(shù)字信號 處理單元34輸出的反饋信號被設(shè)置成與Δ-Σ調(diào)制器41的輸出信號相同。另外，此處的 過采樣之后的采樣頻率，即，按照本實(shí)施例的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的輸出信號 (反饋信號)的采樣頻率被設(shè)為64Fs。不過，過采樣后的采樣頻率并不局限于此。換句話 說，可以設(shè)置高于IFs (所述IFS是作為這里處理的數(shù)字音頻源的數(shù)字音頻信號(PCM(脈碼 調(diào)制)信號)的采樣頻率)，并且足以獲得例如具有等于或高于預(yù)定水平的質(zhì)量的再現(xiàn)聲音 的頻率值。具體地說，當(dāng)用Fs表示作為數(shù)字音頻源的PCM信號的采樣頻率時，反饋信號的 采樣頻率(過采樣之后的采樣頻率)被設(shè)為下限為2Fs，并且具有由2的乘冪表示的Fs的 系數(shù)的值。在實(shí)際應(yīng)用中，可取的是把過采樣之后的采樣頻率設(shè)為等于或大于4Fs的值。5.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第二實(shí)施例下面參考圖6，說明按照第二實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子。在圖6中，與 圖4中所示相同的每個部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，這里省略對其的說明。首先，說明按照 第二實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)。圖6中所示的DAC 40主要由過采樣濾波器44，合成器45，Δ-Σ 調(diào)制器41，PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)制器43和模擬LPF 42構(gòu)成。通過在圖4中所示的DAC 40 的Δ - Σ調(diào)制器41和模擬LPF 42之間插入PWM調(diào)制器43，獲得這種結(jié)構(gòu)。另外，這種情況的[IFs和16比特]格式的數(shù)字音頻源信號被輸入DSP 30的數(shù)字 均衡器31，并按照[IFs和16比特]的相同格式被輸入DAC 40的過采樣濾波器44。這種 情況的過采樣濾波器44接收上述[IFs和16比特]格式的數(shù)字信號作為輸入，把數(shù)字信號 轉(zhuǎn)換成[16Fs和16比特]格式的信號，并輸出轉(zhuǎn)換后的信號。隨后，布置在DAC 40內(nèi)的合成器45需要把[16Fs和16比特]的數(shù)字信號組合在 一起。因此，從這種情況下的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號不應(yīng)具有圖 4中所示情況的[64Fs和16比特]的格式，而應(yīng)具有[16Fs和16比特]的格式。從而，這 種情況的符合MFB的數(shù)字信號處理單元34需要包括對于64Fs的輸入采樣頻率，輸出16Fs 的采樣頻率的提取處理。換句話說，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34被配置成具有充當(dāng)抽 取濾波器34e的功能，以及產(chǎn)生反饋信號的初始功能?？梢钥紤]幾種結(jié)構(gòu)作為這樣的結(jié)構(gòu)。 不過，作為最有效的結(jié)構(gòu)，可以考慮其中通過利用具有LPF特性的符合MFB的數(shù)字信號處理 單元34的數(shù)字濾波器34a和34c的結(jié)構(gòu)，數(shù)字濾波器還被直接用作抽取濾波器的結(jié)構(gòu)。類 似地，抽取濾波器具有LPF的特性。合成器45組合由過采樣濾波器44過采樣成[16Fs和16比特]的數(shù)字音頻源的數(shù)字音頻信號，和從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的[16Fs和16比特]的反饋信 號，以便相加在一起。合成信號被輸入Δ-Σ調(diào)制器41。在第二實(shí)施例中，在反轉(zhuǎn)反饋信號 的相位之后，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出反饋信號。因此，這種情況的合成器45 可實(shí)現(xiàn)其中只相加輸入信號的合成處理。這種情況的Δ - Σ調(diào)制器41不把輸入信號轉(zhuǎn)換成1比特，而是把輸入信號轉(zhuǎn)換成 其量化比特?cái)?shù)為5比特的[16Fs和5比特]的信號。隨后，[16Fs和5比特]的信號被輸入 PWM調(diào)制器43，對該信號進(jìn)行PWM調(diào)制。另外，通過使信號經(jīng)過模擬LPF 43，獲得模擬音頻 信號，作為DAC 40的輸出。換句話說，基于D類放大器的結(jié)構(gòu)被用作第二實(shí)施例的D/A轉(zhuǎn) 換的一部分。另外，作為第二實(shí)施例的改進(jìn)例子，可以考慮下述內(nèi)容。例如，如圖中所示，通過在 多級串聯(lián)連接上采樣電路46a-46d，形成過采樣濾波器44。這里，每個上采樣電路46a_46d 把輸入信號的采樣頻率轉(zhuǎn)換成原來的2倍。從而，通過在四級連接這樣的上采樣電路，能夠 以[16( = 2X2X2X2)Fs和16比特]的格式輸出[IFs和16比特]的輸入信號。另夕卜， 符合MFB的數(shù)字信號處理單元34通過利用抽取濾波器34e，把具有64Fs采樣頻率的輸入信 號轉(zhuǎn)換成具有低于16Fs的8Fs、4Fs或2Fs采樣頻率的16比特信號，以便輸出。隨后，該信 號被配置成按照采樣頻率被輸入過采樣濾波器44的預(yù)定上采樣電路。例如，當(dāng)從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號的格式為[8Fs和16 比特]時，在過采樣濾波器44中插入合成器47c，置于上采樣電路46d之前。從而，合成器 47c被配置成把從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號和上采樣電路46c的輸 出組合在一起，并把組合后的信號輸出給上采樣電路46d。按照這種結(jié)構(gòu)，被上采樣到[8Fs 和16比特]的數(shù)字音頻源信號，和從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的[8Fs和16 比特]相同格式的反饋信號由合成器47c組合在一起。隨后，通過使組合后的信號經(jīng)過上 采樣電路46d，最終，信號可作為[16Fs和16比特]的音頻信號被輸入Δ-Σ調(diào)制器43(這 種情況下，可以省略合成器42)。類似地，當(dāng)從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號的格式為[4Fs和 16比特]時，在過采樣濾波器44中插入合成器47b，置于上采樣電路46c之前。從而，合成 器47b被配置成把符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的輸出信號和上采樣電路46c的輸出 組合在一起，并把組合后的信號輸出給上采樣電路46c。另一方面，當(dāng)從符合MFB的數(shù)字信 號處理單元34輸出的反饋信號的格式為[2Fs和16比特]時，在過采樣濾波器44中插入 合成器47a，置于上采樣電路46b之前。從而，合成器47a被配置成把符合MFB的數(shù)字信號 處理單元34的輸出信號和上采樣電路46b的輸出組合在一起，并把組合后的信號輸出給上 采樣電路47b。在這種改進(jìn)例子中，與約一個采樣周期對應(yīng)的計(jì)算步驟的數(shù)目被增大。因此，優(yōu)點(diǎn) 是當(dāng)在一個采樣周期內(nèi)，符合MFB的數(shù)字信號處理單元34的必要計(jì)算量被增大時，能夠在 不增大系統(tǒng)的時鐘頻率的情況下實(shí)現(xiàn)所希望的濾波特性。在第一實(shí)施例中，從符合MFB的數(shù)字信號處理單元34輸出的反饋信號的采樣頻率 被描述成和由置于DAC 40—側(cè)的Δ-Σ調(diào)制器41處理的信號的采樣頻率相同。不過，在 上面說明的改進(jìn)例子中，反饋信號的采樣頻率小于由Σ調(diào)制器41處理的信號的采樣頻 率。不過，當(dāng)考慮在數(shù)字濾波器中包括置于反饋信號經(jīng)過的過采樣濾波器44內(nèi)的上采樣電
14路，作為其組成部分時，即使在這種情況下，反饋信號的采樣頻率也與由DAC 40的Δ-Σ調(diào) 制器41處理的信號的采樣頻率相同。另外，按照改進(jìn)例子的結(jié)構(gòu)，反饋信號經(jīng)過DAC 40的 過采樣濾波器41的一部分。因此，與反饋信號不經(jīng)過過采樣濾波器41的情況相比，產(chǎn)生對 應(yīng)的延遲。不過，與如圖3中所示，反饋信號完全經(jīng)過過采樣濾波器12a的情況相比，能夠 獲得DAC 40中的延遲量被減小的優(yōu)點(diǎn)。6.數(shù)字MFB信號處理系統(tǒng)第三實(shí)施例圖7表示作為第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)例子。在圖7中，與圖4中所示相同的每個部分 被賦予相同的附圖標(biāo)記，這里省略對其的說明。在到目前為止說明的實(shí)施例中，數(shù)字音頻源 被假定為⑶之類的[IFs和16比特]的PCM式數(shù)字音頻源。[IFs和16比特]的數(shù)字音 頻信號格式是目前的主流之一。不過，除此之外，如同記錄在SACD(超級音頻CD)等中的具 有[64Fs和1比特]格式的數(shù)字音頻信號，作為一種形式的音頻內(nèi)容處理在Δ- Σ調(diào)制之 后具有與該格式對應(yīng)的DSD(直接流數(shù)字)等格式的信號。作為第三實(shí)施例，表示當(dāng)數(shù)字音 頻源采取DSD格式時的結(jié)構(gòu)例子。圖7中所示的DSP 30被配置成包括比特?cái)U(kuò)展器35，數(shù)字均衡器31，合成器33，和 符合MFB的數(shù)字信號處理單元34。與圖4中所示的結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)可被看作其中新增 加了比特?cái)U(kuò)展器35，省略了過采樣濾波器32的信號處理結(jié)構(gòu)。另外，DAC 40和ADC 20的 結(jié)構(gòu)與圖4中所示的相同。圖7中所示的數(shù)字音頻源是具有[64Fs和1比特]的DSD格式的信號。該信號被 輸入DSP 30的比特?cái)U(kuò)展器35中。比特?cái)U(kuò)展器35接收[64Fs和1比特]的數(shù)字音頻源信 號作為輸入，通過進(jìn)行16比特?cái)U(kuò)展處理把輸入信號轉(zhuǎn)換成[64Fs和16比特]的信號，并把 轉(zhuǎn)換后的信號輸出給數(shù)字均衡器31。這里，比特?cái)U(kuò)展器35進(jìn)行的比特?cái)U(kuò)展處理表示把具有DSD格式的1比特信號，即， 只能處理1或0的二進(jìn)制值的信號轉(zhuǎn)換成由16比特構(gòu)成的0x0400(0. 5)或OxCOOO (-0. 5) 的處理。因此，比特?cái)U(kuò)展器35可由具有LPF特性的數(shù)字濾波器構(gòu)成。此外，比特?cái)U(kuò)展器35 可被配置成包括ROM，如圖5B中所示。這種情況的數(shù)字均衡器31接收上述[64Fs和16比特]格式的數(shù)字音頻信號作為 輸入，并進(jìn)行16比特計(jì)算處理。按照對應(yīng)于64Fs的時鐘定時進(jìn)行該計(jì)算處理。隨后，數(shù)字 均衡器31以和在輸入級相同的[64Fs和16比特]格式輸出均衡處理之后的數(shù)字音頻信號。 數(shù)字均衡器31把上述信號輸出給合成器33。作為比較，在圖4中，數(shù)字均衡器31被配置成接收與數(shù)字音頻源信號的[IFs和16 比特]格式對應(yīng)的[IFs和16比特]信號，并輸出相同的[IFs和16比特]格式的信號。此 外，數(shù)字均衡器31的輸出被過采樣濾波器32轉(zhuǎn)換成[64Fs和16比特]的格式，并被輸出 給合成器33。換句話說，類似于圖7中所示的例子，在數(shù)字音頻信號采取[64Fs和1比特] 格式的情況下，在DSP 30的輸入級，采樣頻率可被保持為64Fs，從而能夠省略過采樣濾波 器32。代替這種情況，通過進(jìn)行比特?cái)U(kuò)展，音頻信號的量化比特?cái)?shù)被配置成16比特，與反饋 信號相同。另外，數(shù)字均衡器31的輸入和輸出的格式被配置成與[64Fs和16比特]對應(yīng)。隨后，合成器33組合如上所述從數(shù)字均衡器31輸出的[64Fs和16比特]格式的 數(shù)字音頻信號，和相同的[64Fs和16比特]格式的反相反饋信號，并把得到的信號輸出給 DAC 40。
作為具有至此說明的本實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)備，存在一種有源揚(yáng) 聲器。在該有源揚(yáng)聲器中，集成形成接收音頻信號作為輸入，并通過接收供電進(jìn)行信號處理 和信號放大的信號處理和放大電路與揚(yáng)聲器。另外，本實(shí)施例可應(yīng)用于其中集成形成再現(xiàn) 數(shù)字音頻源的播放器和揚(yáng)聲器的音頻再現(xiàn)設(shè)備等。此外，按照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于除 如上所述的包括揚(yáng)聲器和音頻信號處理電路的單一設(shè)備之外的設(shè)備，例如應(yīng)用于音頻組件 系統(tǒng)等。例如，在由揚(yáng)聲器單元和放大器構(gòu)成的音頻組件系統(tǒng)中，首先，在揚(yáng)聲器單元一側(cè) 布置諸如橋接電路15之類的傳感器。另外，在放大器一側(cè)，布置用于從傳感器接收信號的 端子，輸入該端子的信號被輸入檢測器/放大器電路16。此外，例如，包括在至此說明的實(shí) 施例中表示的ADC 20，DSP 30，DAC 40等。7.應(yīng)用于耳機(jī)的例子在耳機(jī)中，包括通常稱為驅(qū)動器的部分，該部分利用與揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)等同的結(jié)構(gòu)， 把音頻信號轉(zhuǎn)換成聲音。根據(jù)這一點(diǎn)，本實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可被認(rèn)為適用 于耳機(jī)。圖8表示把按照本實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于頭戴式耳機(jī)的情況。 在圖8中，與一只耳朵(聲道)對應(yīng)的耳墊被表示成頭戴式耳機(jī)100。在頭戴式耳機(jī)100 中，包括與至此說明的實(shí)施例的揚(yáng)聲器單元14對應(yīng)的驅(qū)動器101。在圖8中，作為利用MFB 控制驅(qū)動上述驅(qū)動器的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，表示了與圖4中所示的第一實(shí)施例相同 的結(jié)構(gòu)。不過，代替第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，例如，可以使用圖6和7中所示的第二和第三種結(jié) 構(gòu)。通過把本實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于如上所述的耳機(jī)，在耳機(jī)的收聽環(huán) 境中，能夠獲得利用數(shù)字電路的MFB信號處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在為耳機(jī)實(shí)際構(gòu)成本實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)的情況下，例如，首先，圖8中所 示的整個MFB信號處理系統(tǒng)可被認(rèn)為被置于耳機(jī)一側(cè)。在圖8中所示的例子中假定了這種 結(jié)構(gòu)。換句話說，在圖8中，在音頻播放器19中再現(xiàn)的模擬音頻信號被ACD 18轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號，并被輸入DSP 30。例如，ADC 18可被置于耳機(jī)一側(cè)。按照這種結(jié)構(gòu)，例如，耳機(jī)100 的插頭與音頻播放器19的模擬音頻信號輸出端子連接。結(jié)果，從音頻播放器19輸出的模 擬音頻信號被輸入置于耳機(jī)100 —側(cè)的ADC中。另一方面，作為對耳機(jī)應(yīng)用MFB信號處理系統(tǒng)的情況的另一種結(jié)構(gòu)，MFB信號處理 系統(tǒng)可被認(rèn)為被分成位于耳機(jī)一側(cè)和音頻播放器一側(cè)的兩個部分。例如，諸如橋接電路15 之類的傳感器被置于耳機(jī)一側(cè)，包括檢測器/放大器電路16，ADC 20, DSP 30, DAC 40和功 率放大器13在內(nèi)的剩余組件被置于與耳機(jī)連接的音頻播放器一側(cè)。另外，作為如表示成圖9中的耳塞式耳機(jī)101的耳機(jī)，已知一種把驅(qū)動器101的單 元部分掛在耳廓上，或者插入耳穴中的耳機(jī)(也被稱為管式耳機(jī))。如圖8中所示，按照本 實(shí)施例的MFB信號處理系統(tǒng)也可應(yīng)用于這樣的耳塞式耳機(jī)101。本申請包含于在2009年6月12日向日本專利局提出的日本優(yōu)先權(quán)專利申請 JP2009-140967中公開的主題相關(guān)的主題，該專利申請的整個內(nèi)容在此引為參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以做出各種修改、組合、子 組合和變更，只要它們在附加權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種信號處理設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，接收通過檢測揚(yáng)聲器的振動板的運(yùn)動而獲得的模擬檢測信號作為輸入，通過進(jìn)行第一Δ ∑調(diào)制處理，把所述模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定采樣頻率和等于或大于1比特的預(yù)定量化比特?cái)?shù)的數(shù)字信號，并輸出該數(shù)字信號；信號處理裝置，接收從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)字檢測信號作為輸入，產(chǎn)生數(shù)字反饋信號，并輸出該數(shù)字反饋信號；合成裝置，把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成具有與反饋信號相同的采樣頻率，隨后通過組合反饋信號與將由所述揚(yáng)聲器再現(xiàn)為聲音的輸入的數(shù)字音頻信號作為負(fù)反饋，在合成階段組合輸入的數(shù)字音頻信號和反饋信號；和數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，被形成為至少具有進(jìn)行第二Δ ∑調(diào)制處理的部分，在所述第二Δ ∑調(diào)制處理中，通過接收從所述合成裝置輸出的、與反饋信號組合之后的具有預(yù)定采樣頻率f1和量化比特?cái)?shù)a的數(shù)字音頻信號，并進(jìn)行所述數(shù)字音頻信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，與反饋信號組合后的數(shù)字音頻信號被輸入，并且該數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定采樣頻率f1的量化比特?cái)?shù)b(b＜a)的數(shù)字信號。
2.按照權(quán)利要求1所述的信號處理設(shè)備，其中所述信號處理裝置具有用于產(chǎn)生反饋信號的數(shù)字濾波器，以及 其中所述數(shù)字濾波器包括移位寄存器，具有預(yù)定數(shù)目的抽頭，將被輸入所述數(shù)字濾波器的數(shù)字信號的樣本數(shù)據(jù) 被輸入所述移位寄存器中；和數(shù)據(jù)處理裝置，與每個地址相關(guān)聯(lián)地把與所述數(shù)字濾波器的輸出信號的量化比特?cái)?shù)對 應(yīng)的比特?cái)?shù)的輸出數(shù)據(jù)保持在預(yù)定存儲區(qū)中，從該存儲區(qū)讀出與由所述移位寄存器的輸出 指定的地址對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，并把所述數(shù)字濾波器的輸出設(shè)定為所讀出的輸出數(shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求2所述的信號處理設(shè)備，其中所述信號處理裝置的所述數(shù)字濾波器被配置成具有作為抽取濾波器的功能，和 其中所述信號處理裝置包括上采樣裝置，所述上采樣裝置把與從所述數(shù)字濾波器輸出 的反饋信號組合的輸入音頻信號的采樣頻率升高到將被輸入用于進(jìn)行所述第二 Σ調(diào) 制處理的部分的采樣頻率。
4.按照權(quán)利要求3所述的信號處理設(shè)備，其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置包括過采樣濾波器，所述過采樣濾波器通過使用把預(yù)定數(shù)目的 級串聯(lián)連接在一起的上采樣電路來對音頻信號進(jìn)行過采樣，并把過采樣的音頻信號輸入用 于進(jìn)行所述第二 Δ-Σ調(diào)制處理的部分，和其中通過使用適合于將被升高到的采樣頻率的至少一級上采樣電路來形成所述上采 樣電路。
5.按照權(quán)利要求4所述的信號處理設(shè)備，其中所述合成裝置組合從具有多級的上采樣電路中的特定上采樣電路輸出的數(shù)字音 頻信號和反饋信號，和其中所述數(shù)字濾波器的所述抽取濾波器進(jìn)行下采樣，以致采樣頻率與從所述特定上采 樣電路輸出的數(shù)字音頻信號的采樣頻率相同。
6.一種信號處理方法，包括下述步驟接收通過檢測揚(yáng)聲器的振動板的運(yùn)動而獲得的模擬檢測信號作為輸入，通過進(jìn)行第一 A- E調(diào)制處理，把所述模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定采樣頻率和等于或大于1比特的預(yù) 定量化比特?cái)?shù)的數(shù)字信號，并輸出該數(shù)字信號；接收在所述模擬檢測信號的轉(zhuǎn)換中輸出的數(shù)字檢測信號，產(chǎn)生數(shù)字反饋信號，并輸出 數(shù)字反饋信號；把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成具有與反饋信號相同的采樣頻率和量化比特?cái)?shù)，隨后通 過組合反饋信號與將由所述揚(yáng)聲器再現(xiàn)為聲音的輸入的數(shù)字輸入音頻信號作為負(fù)反饋，在 合成階段組合輸入的數(shù)字音頻信號和反饋信號；和至少形成用于進(jìn)行第二 A-E調(diào)制處理部分，在所述第二 A-E調(diào)制處理中，通過接收 在輸入音頻信號的轉(zhuǎn)換中輸出的、與反饋信號組合之后具有采樣頻率fl和量化比特?cái)?shù)a的 數(shù)字音頻信號，并進(jìn)行所述數(shù)字音頻信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，與反饋信號組合后的數(shù)字音 頻信號被輸入，并且該數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定采樣頻率fl的量化比特?cái)?shù)b (b < a) 的數(shù)字信號。
7. 一種信號處理設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，被配置成接收通過檢測揚(yáng)聲器的振動板的運(yùn)動而獲得的模擬檢測信號 作為輸入，通過進(jìn)行第一 E調(diào)制處理，把該模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定采樣頻率和 等于或大于1比特的預(yù)定量化比特?cái)?shù)的數(shù)字信號，并輸出該數(shù)字信號；信號處理單元，被配置成接收從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字檢測信號作為輸入，產(chǎn) 生數(shù)字反饋信號，并輸出該數(shù)字反饋信號；合成單元，被配置成把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成具有與反饋信號相同的采樣頻率， 隨后通過組合反饋信號與將由所述揚(yáng)聲器再現(xiàn)為聲音的輸入的數(shù)字音頻信號作為負(fù)反饋， 在合成階段組合輸入的數(shù)字音頻信號和反饋信號；和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，被配置成至少具有用于進(jìn)行第二 A- E調(diào)制處理的部分，在所述第二 A-E調(diào)制處理中，通過接收從所述合成單元輸出的、與反饋信號組合之后具有采樣頻率 fl和量化比特?cái)?shù)a的數(shù)字音頻信號，并進(jìn)行數(shù)字音頻信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，與反饋信號 組合后的數(shù)字音頻信號被輸入，并且該數(shù)字音頻信號在預(yù)定的采樣頻率fl下被轉(zhuǎn)換成具 有量化比特?cái)?shù)b(b < a)的數(shù)字信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及信號處理設(shè)備和信號處理方法。一種信號處理設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置接收通過檢測揚(yáng)聲器的振動板的運(yùn)動而獲得的模擬檢測信號，通過進(jìn)行第一Δ-∑調(diào)制處理，把模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸出數(shù)字信號；信號處理裝置，所述信號處理裝置接收數(shù)字檢測信號輸出，產(chǎn)生數(shù)字反饋信號，并輸出數(shù)字反饋信號；合成裝置，所述合成裝置把輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成具有與反饋信號相同的采樣頻率，隨后組合輸入數(shù)字音頻信號與作為負(fù)反饋的反饋信號；和數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置具有進(jìn)行第二Δ-∑調(diào)制處理，和進(jìn)行數(shù)字音頻信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換的部分，在所述第二Δ-∑調(diào)制處理中，與反饋信號組合之后的數(shù)字音頻信號被輸入，并且數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
文檔編號H04R3/04GK101924973SQ20101019851
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者大栗一敦, 板橋徹德, 淺田宏平, 米田道昭 申請人:索尼公司