基于DSP的室内扩声系统设计

　　1、引言

　　对传统的室内扩声系统来讲，其模式一般为传声器拾音，然后将此信号送入功率放大器进行放大，再送入音箱放音，这种扩声系统对噪声没有作任何处理，导致室内声场特性变坏，甚至影响到听众准确地听清期望信号。本文给出一种改进的扩声系统设计方案，采用传声器阵列，利用数字信号处理技术，在不影响信号实时性的前提下，尽可能抑制无用信号。

　　2、基于 DSP的室内扩声系统

　　2.1室内声场特性

　　对室内扩声系统来讲，其声场特性比较复杂，到达传声器的信号可能有期望信号、混响信号、干扰信号、噪声信号，甚至扬声器的重放信号(跟室内音响的位置和其指向性有关)，这种声场特性可用图 1[1]表示。

　　在这些信号中，除了期望信号(我们需要的)之外，其余的所有信号都会影响声音信号的清晰度，因此这些信号都可认为是噪声，特别是音响的重放信号，有可能经过声反馈而引起啸叫，严重影响到室内声场的稳定性。因此，如何消除或尽可能减少这些不需要的信号，保持室内声场的稳定和语言信号的清晰度，是室内扩声系统首先要考虑和解决的问题。

　　2.2 本设计方案中的信号模型

　　本文提出的扩声系统设计方案，采用现代阵列信号处理技术，利用传感器阵列，结合数字信号处理技术和相应的算法，使阵列输出的信号对期望信号来讲有较大的信噪比，而对期望信号以外的无用信号，均有较大的衰减(理想结果是衰减到零)。处理示意图如图 2[2]：

　　3 本方案的硬件设计

　　3.1 设计框图本扩声系统中，采用传声器阵列和数字信号处理器，按照相关算法，达到抑制无用信号的目的。框图如图3：

　　本设计中，首先对传声器感应到的信号作低通滤波，由于室内扩声系统一般的期望信号均为语音信号，经过低通滤波后，使输出信号的频率限定在 3400Hz以内，然后对各路信号进行模数变换，便于后面的数字信号处理器进行处理，各路信号经过加权求和后，输出的信号送入后续的功率放大器进行放大，进而送入音箱放音。这里关键就是权值的自动更新，只要采用有效的算法，DSP会自动将权值进行修正，使得期望信号得以正确输出，而将无用信号尽可能抑制。

　　3.2 器件选择

　　本方案中，传声器选用一般的全向传声器即可，低通滤波器选用普通低通滤波器即可，在此增加滤波器的目的是将声信号的频率限定在 3400Hz以内。经过滤波后的模拟音频信号，要进行数字化处理过程即 A/D变换，即通过抽样、量化、编码，将模拟信号转化为数字信号。在此过程中，由于量化存在量化误差(噪声)，因此不可避免地产生信号损失，特别是对于小信号来讲，有可能完全丢失，因此，如果 A/D变换器件动态范围不足，就会造成很多有用的小信号被量化为零。因此，在满足采样频率条件下，应该选择采样精度较高的 A/D变换器，使得量化失真尽可能小(这也是器件选择的一个原则)。当然，在本方案中，由于直接处理的模拟信号频率较低，市场上的 AD7870、AD7870A是不错的 A/D变换器，其精度均为 12bit。