具有限制模块的放大器设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用于将音频输入信号放大为音频输出信号的放大器设备。
【背景技术】
[0002]音频放大器一般用于线性放大输入信号并且将其作为具有比输入信号更高幅度的输出信号输出例如用于扬声器。每个音频放大器具有关于输出信号的最大可能的输出电压或最大可能的输出电流的限制。如果通过过调使音频放大器处于该边界，则通常应用限制器，以便将输出信号上的失真降低到可忍受的程度。在音频放大器的过调的情况下，该音频放大器导致最大可能的输出电压的超出，采用电压限制器，以便避免在输出信号中所谓的削波(Clipping)。
[0003]确实形成了最接近的现有技术的出版文献EP 230 1148 BI公开了一种用于放大输入信号的音频放大器，该音频放大器具有限制装置，该限制装置构造用于基于输入信号产生中间信号，其中，中间信号的电平根据可调整的最大电平总是如此受限制，使得输出信号独立于输入信号地不超出最大电平。
【发明内容】
[0004]在本发明的范围中提出一种具有权利要求1的特征的放大器设备。本发明的优选或有利的实施方式由从属权利要求、后续说明书以及附图得出。
[0005]根据本发明的放大器设备构造用于将音频输入信号放大为音频输出信号。音频输出信号尤其具有相比于音频输入信号更高的电平和/或更高的电压幅度。放大器设备可以例如在音乐设备或者优选地在扩音设备、尤其是用于大空间区域的扩音的公共广播系统中应用并且构造用于此。音频输出信号优选限定为输出到机电声转换器和/或扬声器上的信号。音频输入信号基于模拟信号或者构造为模拟信号，该模拟信号例如来自于麦克风或其他音频源。
[0006]放大器设备包括调节装置，其构造用于将音频输入信号转换为经调节的中间信号。调节装置具有音频输入接口，所述音频输入接口构造用于接收音频输入信号。此外，调节装置包括数字数据处理装置。该数字数据处理装置例如构造为微处理器或者优选构造为DSP (数字信号处理器)。特别优选地，音频输入接口构造为数字接口，该数字接口接收以数字形式的音频输入信号。调节装置将音频输入信号转换为经调节的中间信号，其中，该转换包括或可以包括数字信号处理。调节装置可以如此构造在几个运行状态中，使得中间信号相应于音频输入信号。然而优选的是，经调节的中间信号相对于音频输入信号是通过数字信号处理改变的。
[0007]放大器设备还包括用于将中间信号放大为音频输出信号的放大器装置。放大器装置也可以称为输出级或功率级。可选地，可以将调节装置称为预放大级。放大器装置特别优选地实现将中间信号线性放大为音频输出信号。放大器装置构造为模拟放大器装置，其具有至少一个运行电压。根据放大器装置的结构型式，该放大器装置也可以具有两个或更多个运行电压。一个或多个运行电压限制音频输出信号的最大幅度，其中，在达到或超出一个或多个运行电压边界时切割音频输出信号，尤其通过所谓的削波使其失真。在本发明的优选实现中，放大器设备构造为具有大于50瓦特、优选大于100瓦特的输出功率，其中，输出功率作为在供以rosa噪音的情况下根据DIN45324在连接额定阻抗的情况下最大提供的持续功率。
[0008]放大器设备具有限制模块，也称为限制器模块，其构造用于通过放大特征值的变化限制音频输出信号。通过限制模块尤其是实现了，音频输出信号匹配于可用的至少一个运行电压并且避免或至少减弱先前所述的削波。尤其是将输出信号保持在由至少一个运行电压决定的运行电压边界内。
[0009]在本发明的范围中提出，调节装置具有用于接收运行电压特征值的运行电压接口。运行电压特征值相应于至少一个运行电压或者与其等同的尤其可换算为至少一个运行电压的值。在多个运行电压的情况下，运行电压特征值也可以包括多个值和/或多维地构造。
[0010]限制模块构造为数字数据处理装置中的程序模块。在此这优选如此实现，使得由运行电压特征值能够估计至少一个运行电压并且由音频输入信号能够估计音频输出信号、尤其音频输出信号的幅度或电平。通过限制模块如此匹配放大特征值，使得所估计的音频输出信号能够以所估计的运行电压输出。通过所估计的运行电压尤其确定一个或多个用于音频输出信号的运行电压边界，其中，如此选择放大特征值，使得所估计的或实际的音频输出信号不超出或仅仅短时地超出运行电压边界。
[0011]放大特征值在根据音频输入信号输出中间信号之前的信号路径中应用到音频输入信号上，从而中间信号通过放大特征值改变、尤其是调节。
[0012]在此，本发明的考虑在于，数字数据处理装置已经在多个放大器设备中存在，以便调节音频输入信号。通过本发明补充地提出，在数字数据处理装置内实现限制模块，从而对于限制模块不需要重要的附加的硬件耗费。
[0013]在此特别有利的是，限制模块在数字数据处理装置中的行为可编程、尤其是可自由编程并且不是通过电路技术确定。因此可能的是，在限制模块中可以将线性特征曲线和非线性特征曲线、查找表格、函数、预测器、观察器等用于确定放大特征值。
[0014]通过以下方式也降低硬件耗费:不在放大器装置之后测量实际音频输出信号，而是通过运行电压特征值仅仅估计至少一个运行电压并且基于所估计的运行电压和所估计的音频输出信号匹配放大特征值。至少一个运行电压通常相比于音频输入信号中的或音频输出信号中的变化仅仅非常缓慢地发生变化，从而运行电压的估计是非常简单和稳健的。
[0015]通过将运行电压的当前值的运行电压特征值提供给调节装置、尤其限制模块实现了，放大器装置也可以借助不具有电压稳定化或者具有根据运行方式交替或波动的运行电压的电源运行。由此实现了放大器设备、尤其是音频输出信号当运行电压波动时也不会不受控制地或无意地引导到削波范围中。
[0016]在本发明的一个优选实施方式中，如此匹配放大特征值，使得所估计的音频输出信号的峰峰值(peak-peak幅度)小于或等于作为一个或者多个运行电压边界的、所估计的运行电压的幅度和/或所估计的运行电压的总幅度。由此实现了，音频输出信号可以不超出或不持久地超出由一个或多个运行电压决定的运行电压边界，从而避免了所述削波。
[0017]在本发明的一种优选的扩展方案中，放大特征值的匹配在超出通过一个或多个所估计的运行电压给定的运行电压边界的情况下通过所估计的音频输出信号借助于放大特征值的具有延迟时间的修正(NachfUhrung)实现。该延迟时间尤其相应于起控时间(Attack-Zeit)，该起控时间描述了这样的时间间隔，音频输出信号在超出运行电压边界之后在所述时间间隔之后下调到运行电压边界上。延迟时间优选大于I毫秒并且小于10毫秒地选择，从而实际音频输出信号对于所述延迟时间在一个削波区域中引导、尤其是切割。该构型具有的优点在于，所感知的、放大器装置的超调在精神声学上大多不感觉为干扰性的，但是产生提高的响度的期望的感觉。
[0018]在本发明的一个优选构型中，限制模块具有用于估计音频输出信号的放大器模型。在最简单的情况下，放大器模块可以构造为线性放大系数，其中，输入音频信号和/或中间信号与放大系数相乘地形成音频输出信号。然而也可能的是，放大模型更复杂地、尤其是非线性地构造，以便可以描绘放大装置的准确放大特性并且由此可以改善所估计的音频信号的预测质量。
[0019]替代地或补充地优选，限制模块具有用于估计至少一个运行电压的运行电压模型。原则上可能的是，在放大器装置上量取、测量至少一个运行电压并且将该值作为运行电压特征值提供给调节装置、尤其是限制模块。然而基于实践原因优选的是，至少一个运行电压例如通过分压器或以其他方式接收，从而运行电压特征值形成与运行电压等同的特征值，该等同的特征值可以通过运行电压模型换算为至少一个运行电压。
[0020]特别优选地，运行电压特征值构造为位于放大器装置上的至少一个运行电压的当前值或以比例系数缩放的当前值。
[0021]在本发明的一个优选的电路技术构型中，放大器设备、尤其是调节装置具有用于将音频信号由模拟形式转换为数字形式的音频模拟数字转换器。因此可能的是，音频模拟数字转换器连接在调节装置之前并且将音频输入信号的数字形式提供给音频输入接口。对此替代地，音频模拟数字转换器构成调节装置的组成组件，其中，将音频输入信号以模拟形式提供给音频输入接口并且在调节装置内转换为数字形式。
[0022]替代地或补充地，放大器设备、尤其是调节装置具有用于运行电压特征值的运行电压模拟数字转换器。运行电压模拟数字转换器可以连接在调节装置之前，从而运行电压特征值以数字形式提交到运行电压接口。对此替代地，运行电压模拟数字转换器构成调节装置的组成组件，其中，运行电压特征值从模拟形式到数字形式的转换在调节装置内实现。
[0023]因为运行电压通常仅仅非常缓慢并且在狭窄的边界中发生变化，所以优选的是，音频模拟数字转换器的采样率和/或分辨率高于运行电压模拟数字转换器的采样率和/或分辨率地构造。通过该措施进一步降低硬件耗费。
[0024]在本发明的一种优选的实现中，调节装置构造用于在音频输入信号上进行频率相关的电平变化、动态性变化、分频、延迟等。特别优选地实现了放大特征值在信号路径末端的应用，其例如可以实现为与放大系数的简单相乘，放大特征值的应用尤其是输出中间信号之前的最后操作，以便通过其他调节措施避免电平的和/或幅度的随后变化。
【附图说明】
[0025]本发明另外的特征、优点和作用由本发明优选实施例的以下描述得出。其中:
[0026]图1示出作为本发明的一个实施例的放大器设备的示意性方框图；
[0027]图2a、b、c示意性示出一个音频输入信号以及两个具有或不具有削波的音频输出信号。
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