5.1聲道WIFI吉它功放（系統(tǒng)）的設(shè)計

鄭云平

一、方案目的

縱觀Prosumer Audio市場和2018第十六屆中國（廣州）國際專業(yè)燈光、音響展覽會，還未見5.1WIFI 吉它功放?，F(xiàn)有的電樂器一般具有的功能只是彈奏、音效演奏等。表演者在現(xiàn)場演唱，特別是大型舞臺等場景中使用時，往往需要拖著一條很長用來連接音響功率放大器的導(dǎo)線不斷走動，影響與觀眾互動，此外，在使用過程中，由于導(dǎo)線跟隨設(shè)備不停的移動，容易損壞通過導(dǎo)線連接的電樂器和音響功率放大器，并影響音樂輸出效果，進而影響演唱的質(zhì)量。同時為了保護演藝人員在高噪聲環(huán)境下，能夠演唱自如又不傷及聽力，用于解決現(xiàn)時的電吉它手（或鍵盤手）現(xiàn)場演唱時，都需拖著一條很長的線，在舞臺中走動，很不方便，不易與臺下的觀眾形成互動而研制。它有別于過去采用的紅外和藍牙技術(shù)，與市場上現(xiàn)有的無線音頻產(chǎn)品比較，具有更加突出的優(yōu)勢。

二、使用環(huán)境：

室內(nèi)30米，室外可達150米。

三、方案介紹

3.1 技術(shù)優(yōu)勢：

（1）高寬帶：22M的數(shù)據(jù)寬帶，能夠?qū)崿F(xiàn)最多8聲道或4通道非壓縮高質(zhì)量低延時的立體聲音頻無線傳輸，而市面上采用紅外或藍牙技術(shù)的無線產(chǎn)品的寬帶僅有2M，只能傳輸2聲道音頻;

（2）高保真：采樣率可達到16bit/48kbps，并且在無線傳輸過程中不對音頻進行壓縮，實現(xiàn)音頻的無損傳輸;

（3）傳輸距離遠：室內(nèi)30米，室外可達150米，受障礙物影響較小。相比之下，目前市場上流行的藍牙技術(shù)傳輸距離短、傳輸速度慢，一般為CLASS1或2，10米功率級別，峰值寬帶只能達到3Mb/s。而紅外通訊技術(shù)也存在通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷等特點，它主要目的是取代線纜連接進行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴展性差。

（4）兼容性及抗干擾能力好：可以和WIFI、藍牙等其它無線設(shè)備共存。內(nèi)置WIFI檢測器，可檢測系統(tǒng)工作范圍內(nèi)的干擾源及其他無線設(shè)備，通過自動調(diào)頻的方式，達到最佳傳輸狀態(tài);

（5）功率可控：通過對發(fā)射功率的控制，可實現(xiàn)無線傳輸距離的控制;

（6）低延時：從發(fā)送端的數(shù)據(jù)輸入到接收端的數(shù)據(jù)輸出，延時僅有16ms。

（7）軟件性能強大：5.1無線音頻系統(tǒng)的軟件具有很強的可塑性，無線局域網(wǎng)WLAN自動跳頻，提高抗干擾能力，設(shè)置目的區(qū)域，進行選擇性發(fā)送接收，雙向通信，可建立智能的音頻傳輸系統(tǒng)。

（8）所有的發(fā)射模塊和接收模塊在出廠時統(tǒng)一使用相同的ID碼，上電即可正常連接工作，用戶可使用對碼功能隨機產(chǎn)生一個唯一歸屬于該用戶的ID碼，從而避免與其他客戶的產(chǎn)品連接上發(fā)生混亂現(xiàn)象，同時可以提高抗干擾能力。配對操作：按下發(fā)射端配對按鍵Key，LED指示燈慢閃即表示已經(jīng)進入對碼狀態(tài)，此時按下接收端的配對按鍵Key即可配對上，配對上后，接收模塊的LED指示燈會停止閃爍表示配對成功，用戶可以通過發(fā)送端和接收端的配對按鍵Key自由匹配模塊的工作頻段。如系統(tǒng)工作在廣播模式，即一個發(fā)射對應(yīng)多個接收，當(dāng)發(fā)射端的進入對碼狀態(tài)，保持對碼按鍵Key按下，即進入連續(xù)對碼模式，此時把需要配對的接收模塊對碼鍵Key逐個依次按下即可完成對各個接收模塊的配對工作，每個接收模塊收到ID碼后LED指示燈變?yōu)槌Ａ粒邮斩说臄?shù)量不受限制。

（9）通話MIC的上行降噪技術(shù)：通過對MIC的降噪算法不斷的深入研究和開發(fā)，在高噪環(huán)境下，在低功耗的DSP上運行降噪算法，實現(xiàn)18dB的降噪來保證對講時的清晰通話。

（10）環(huán)境監(jiān)聽（側(cè)音）技術(shù)：增加一顆音頻處理芯片對通話MIC實時拾音處理，經(jīng)DSP音頻解碼輸出至SPK，保證在開啟降噪功能時，還能聽 到環(huán)境聲音，保持使用者的環(huán)境感知能力，能夠辨別各種聲音的特征、距離和方向。同時還能在高噪環(huán)境時在SPK中聽到自己所說的話;實測140dB環(huán)境噪聲下，普通耳機完全聽不到自己說了什么。

（11）混合降噪（主動下行降噪）技術(shù)：采用AMS全球頂尖的模擬降噪芯片實現(xiàn)混合降噪技術(shù)，在不同場景高噪環(huán)境下，在50-1K Hz 的頻段內(nèi)實現(xiàn)23-30dB的主動降噪，給演唱者提供極佳的聽力保護。

（12）對講語音增強技術(shù)：混合降噪技術(shù)將對講通話語音和環(huán)境噪聲都減弱了23-30dB，我們特定研發(fā)了對講語音補償電路，并且定制開發(fā)了專用SPK，在開啟降噪和對講模式時，將人聲部分的頻響曲線抬高，在保證不失真的情況下，做到人聲飽滿。

（13）物理降噪技術(shù)：對于1KHz以后的高頻噪聲，主要通過物理降噪來實現(xiàn)，通過對耳套材料深入研究，在耳套上形成獨立腔體，在耳機腔體表面以蛋白真皮包高密度吸音棉來實現(xiàn)物理降噪，在高頻部分也實現(xiàn)了高達25dB的降噪。

四、系統(tǒng)架構(gòu)：

4.1吉它功放架構(gòu)說明：

4.1.1整機功能：

A.信號輸入I/O

1.電吉它信號通過WIFI輸入到主機

2.無線話筒信號通過WIFI傳輸?shù)街鳈C

3.當(dāng)關(guān)閉WIFI后，電吉它及MIC信號可從吉它信號接口分別輸入

4.MP3，AUX IN立體聲信號通過3.5立體聲插頭輸入到主機

5.在無吉它演奏時，其它WIFI設(shè)備（如電腦.手機等）信號也可通過主機WIFI輸入到本機

B.信號輸出I/O

1.本機的電吉它信號及人聲可分別單獨或混合經(jīng)USB接口輸出到電腦

2.本機設(shè)有一路Phone監(jiān)聽輸出

3.本機的DSP ?5.1 out 部分可選擇人聲/吉它/混合其中之一

4.1.2顯示界面：A. 待機時背景顯示

B. 工作中進行菜單操作時，顯示菜單項，操作完成時顯示當(dāng)前通道信號電平畫面

4.1.3硬件架構(gòu)

五、本音響系統(tǒng)工作原理

5.1.整機工作原理

5.2.頭戴耳機方框圖及其原理

六、藍牙/WIFI配對與時序：

a.現(xiàn)在是一對一的狀態(tài)，如果主機這邊用一塊BT不能實現(xiàn)一對多，則可考慮再多一塊或用WIFI或無線2.4G

b.在藍牙工作模式時，如果三分鐘內(nèi)無輸入（人聲或吉他信號之一）則進入無線/有線共同等待模式，誰先有輸入則轉(zhuǎn)到對應(yīng)模式。

c.默認(rèn)設(shè)置是無線連接模式，即無線優(yōu)先。

d.開機自動搜索并配對，并在LCD屏上顯示配對狀態(tài)。

e.如果連續(xù)三次配對不成功，則自動轉(zhuǎn)到有線連接模式，等待3分鐘，如果無其中一路（人聲/吉他）輸入輸入則回到藍牙模式并再次自動配對，配對成功之后進入工作模式。

七、USB接口：

a.只要USB連接成功則自動進入自動工作模式，不受人聲及吉他信號模式的影響。

b.USB輸入這一路主要是伴音輸入。

c.USB輸出優(yōu)先模式是吉他信號優(yōu)先（在人聲/吉他/混合三信號中）

可用戶強制設(shè)定人聲/吉他/混合其中之一輸出，當(dāng)開機時，回到本機預(yù)設(shè)模式;

用戶強制設(shè)定后，如果用戶接著按下save鍵，則再次開機時為用戶設(shè)定狀態(tài)。

八、MIDI接口：

本機的MIDI接口，主要是為了方便吉他手進行樂曲實時編輯與存貯MIDI格式的文件。

九、表情踏板功能定義：

十、遙控器功能定義：

十一、效果器插件采集和建模建庫：

十二、總結(jié)：

多媒體組合音響產(chǎn)品最核心的因素就是系統(tǒng)架構(gòu)、電聲、軟件算法。在硬件上，本音響系統(tǒng)獲得國家專利局受理（申請?zhí)柣驅(qū)＠枺?01821537787.5）。實測數(shù)據(jù)如下：

在本篇報告中公開了一種音響系統(tǒng)，涉及音樂電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。一種音響系統(tǒng)，包括：無線音頻模塊、無線路由器、信號處理模塊和揚聲器;其中，所述音頻模塊包括：設(shè)有第一無線模塊的電聲樂器;所述電聲樂器通過所述無線路由器建立的無線網(wǎng)絡(luò)與所述無線路由器連接;所述無線路由器電性連接至所述信號處理模塊;所述信號處理模塊接收所述音頻模塊通過所述無線路由器傳輸?shù)囊纛l信號，并對所述音頻信號進行處理后傳輸至所述揚聲器，最終通過所述揚聲器對外輸出聲音。本實用新型實施例所述的音響系統(tǒng)，使用戶攜帶設(shè)備演唱時走動方便，便于互動，可以提高現(xiàn)場演唱的效果和質(zhì)量，且無線的連接方式減少了線材的使用，降低了音響系統(tǒng)的成本。同時，保護了演唱者人耳聽力。

后期在測試上，采用了一些獨特的方法與手段，可以通過聲反饋技術(shù)快速判定音響產(chǎn)品的設(shè)計缺陷與不足。最終能實現(xiàn)與BOSE比對：降噪深度-36分貝（頻寬500HZ）的行業(yè)領(lǐng)先目標(biāo)。