5.1聲道WIFI吉它功放（系統）的設計

鄭云平

一、方案目的

縱觀Prosumer Audio市場和2018第十六屆中國（廣州）國際專業燈光、音響展覽會，還未見5.1WIFI 吉它功放。現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線不斷走動，影響與觀眾互動，此外，在使用過程中，由于導線跟隨設備不停的移動，容易損壞通過導線連接的電樂器和音響功率放大器，并影響音樂輸出效果，進而影響演唱的質量。同時為了保護演藝人員在高噪聲環境下，能夠演唱自如又不傷及聽力，用于解決現時的電吉它手（或鍵盤手）現場演唱時，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，與市場上現有的無線音頻產品比較，具有更加突出的優勢。

二、使用環境：

室內30米，室外可達150米。

三、方案介紹

3.1 技術優勢：

（1）高寬帶：22M的數據寬帶，能夠實現最多8聲道或4通道非壓縮高質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的無線產品的寬帶僅有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，實現音頻的無損傳輸;

（3）傳輸距離遠：室內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據傳輸，功能單一，擴展性差。

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

（5）功率可控：通過對發射功率的控制，可實現無線傳輸距離的控制;

（6）低延時：從發送端的數據輸入到接收端的數據輸出，延時僅有16ms。

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

（8）所有的發射模塊和接收模塊在出廠時統一使用相同的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品連接上發生混亂現象，同時可以提高抗干擾能力。配對操作：按下發射端配對按鍵Key，LED指示燈慢閃即表示已經進入對碼狀態，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。如系統工作在廣播模式，即一個發射對應多個接收，當發射端的進入對碼狀態，保持對碼按鍵Key按下，即進入連續對碼模式，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指示燈變為常亮，接收端的數量不受限制。

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

（10）環境監聽（側音）技術：增加一顆音頻處理芯片對通話MIC實時拾音處理，經DSP音頻解碼輸出至SPK，保證在開啟降噪功能時，還能聽 到環境聲音，保持使用者的環境感知能力，能夠辨別各種聲音的特征、距離和方向。同時還能在高噪環境時在SPK中聽到自己所說的話;實測140dB環境噪聲下，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：采用AMS全球頂尖的模擬降噪芯片實現混合降噪技術，在不同場景高噪環境下，在50-1K Hz 的頻段內實現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：混合降噪技術將對講通話語音和環境噪聲都減弱了23-30dB，我們特定研發了對講語音補償電路，并且定制開發了專用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：對于1KHz以后的高頻噪聲，主要通過物理降噪來實現，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物理降噪，在高頻部分也實現了高達25dB的降噪。

四、系統架構：

4.1吉它功放架構說明：

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傳輸到主機

3.當關閉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USB接口輸出到電腦

2.本機設有一路Phone監聽輸出

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，操作完成時顯示當前通道信號電平畫面

4.1.3硬件架構

五、本音響系統工作原理

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.現在是一對一的狀態，如果主機這邊用一塊BT不能實現一對多，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，誰先有輸入則轉到對應模式。

c.默認設置是無線連接模式，即無線優先。

d.開機自動搜索并配對，并在LCD屏上顯示配對狀態。

e.如果連續三次配對不成功，則自動轉到有線連接模式，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輸出優先模式是吉他信號優先（在人聲/吉他/混合三信號中）

可用戶強制設定人聲/吉他/混合其中之一輸出，當開機時，回到本機預設模式;

用戶強制設定后，如果用戶接著按下save鍵，則再次開機時為用戶設定狀態。

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：

多媒體組合音響產品最核心的因素就是系統架構、電聲、軟件算法。在硬件上，本音響系統獲得國家專利局受理（申請號或專利號：201821537787.5）。實測數據如下：

在本篇報告中公開了一種音響系統，涉及音樂電子設備技術領域。一種音響系統，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絡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的音頻信號，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，使用戶攜帶設備演唱時走動方便，便于互動，可以提高現場演唱的效果和質量，且無線的連接方式減少了線材的使用，降低了音響系統的成本。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快速判定音響產品的設計缺陷與不足。最終能實現與BOSE比對：降噪深度-36分貝（頻寬500HZ）的行業領先目標。