异想天开，震古烁今，还是劳命伤财？等ERB感知间隔分频全数字音频系统的构想

HuBin168

      电子科技日新月异，各种高、精、尖的音源、解码、前级、功放层出不穷，但是放音的设备几乎没有什么改变：电生磁，磁生力，力产生振动，声音就出来了。（有几项新的理论出来，至少量产的还没看见）

      全频扬声器是最早的形态，通过单个振膜覆盖全可听频段，其核心优势是结构简单、声学中心唯一，没有分频带来的相位与结像问题，但简单即意味着存在无法解决的原生缺陷：各频段频响能力无法兼顾、分割振动失真严重、原信号中不存在的互调失真成分太多。。。。。。[

      现在主流的分频方案   二分频、三分频，比单个喇叭好多了，但也只是有限的优化，还是有没法突破的瓶颈：
        1、分频数量有限，互调失真依然明显。
        2、分频点相邻频段存在较宽的重叠区域，中心不重合、相位差异产生严重的声波干涉，影响声音结像的稳定性。
        3、人耳对低频的频率分辨率极高，对高频分辨率极低，导致传统方案普遍存在低频分辨率不足、高频分频冗余的问题，无法充分匹配人耳的听觉感知。
        4、传统的数模转换与模拟放大链路的固有失真，会额外引入谐波失真与互调失真，且无法通过后续环节消除。
        5、不同频段的群延迟差异显著，低频信号与高频信号到达人耳的时间差可达数毫秒，导致声音瞬态细节模糊、结像涣散，无法精准还原声音的时间信息。

      

      

      

HuBin168

      传统方案的核心瓶颈，本质是分频精度未触达人类听觉的生理极限，同时数模转换与模拟放大链路额外引入了不可消除的失真。
      要从根源解决上述所有陷，唯一的路径是：
        1：将全可听频段拆分至人耳刚好可分辨的最小带宽，每个最小带宽由独立的放大链路与扬声器单元负责，彻底消除互调失真的产生条件；
        2：采用全数字链路架构，彻底取消数模转换环节，分频处理后的数字信号直接进入纯数字功率放大器，驱动扬声器单元，从根源消除数模转换与模拟链。

      大家可以去搜索了解一下：格拉斯伯格&摩尔等效矩形带宽（ERB）尺度
      这是区别于线性均分、倍频程均分方案的核心，也是实现听觉极致还原的理论根基。

HuBin168

      于是，便有了这个计划书
      
      
      
      
      这个计划书的主要内容：
      1000路等ERB（等效矩形带宽）感知间隔分频，全数字域处理、10路（每路100个线程）纯数字功放芯片分布式独立放大、独立单元驱动的全频音频系统方案。
      也就是1000路功放系统，1000个扬声器单元，全可听频段拆分至人耳刚好可分辨的最小带宽（1000分频），每个最小带宽由独立的放大链路与扬声器单元负责，彻底消除互调失真的产生条件， 采用全数字链路架构，彻底取消数模转换环节，分频处理后的数字信号直接进入纯数字功率放大器，驱动扬声器单元，从根源消除数模转换与模拟链路的固有失真。

      本系统的整体架构：数字音频信号输入→DSP全链路数字信号处理模块→10片纯数字功放模块（单模块集成100路独立放大线程）→1000路独立扬声器单元阵列，彻底取消数模转换环节，实现全数字链路传输与放大，所有模块的设计均以ERB听觉尺度为核心基准，验证成本与工艺限制，以理论性能最优为目标。

      采用全数字信号处理架构，所有分频、校准、延迟处理均在数字域完成，分频后的数字信号直接输入纯数字功放芯片，完成功率放大后直接驱动扬声器单元，无任何数模转换与模拟信号传输环节，核心链路如下：
        1音频输入：支持PCM高解析数字音频信号输入（最高支持32bit/768kHz采样率），覆盖所有无损音频格式；
        2 DSP处理核心：完成信号解码、1000路ERB分频、线性相位滤波、全局群延迟校准、增益校准、房间声学补偿等全链路数字处理，最终输出10路TDM格式的多通道数字音频信号，每路包含100个独立频段的数字信号；
        3、纯数字功率放大：10片纯数字功放模块，每个接收1路TDM数字信号，内置100路独立的数字放大线程，每个线程对应一个专属ERB 频段，完成数字域PWM调制与功率级放大，直接输出功率信号驱动对应扬声器单元；
        4、扬声器阵列：1000个独立的扬声器单元，按ERB频段从低到高呈同心圆环形排布，每个单元仅负责对应频段的信号重放，与功放芯片的放大线程一一对应。

      

        这是音箱的布局图，1000个单元，直径3米的大喇叭。
      

HuBin168

     本项目的所有技术设计均基于现有成熟的声学理论、数字信号处理技术与第三代半导体电声技术，并非凭空的理论构想，具备完全的技术可行性，核心支撑如下：

        1、 核心理论成熟可靠：本项目的核心基础ERB听觉尺度模型，是国际音频工程协会（AES）公认的人耳听觉标准模型，已在专业音频、助听设备等领域广泛应用，具备完整的理论与实验支撑；
        2、 DSP处理技术可实现：现有高性能FPGA芯片已具备并行处理数千路FIR滤波器的计算能力，通过分布式FPGA架构，可完全满足1000路分频、滤波、校准的实时处理需求，10路TDM信号输出技术为专业音频领域成熟标准，无技术瓶颈；
        3、纯数字化功放技术完全支撑：全数字功率放大技术已在专业音频、汽车音频领域实现商用，氮化镓半导体器件已大规模应用于高频、高效率功率放大场景，单芯片多通道数字功放技术已成熟，单模块集成100路独立放大线程仅需提升集成度，无需突破现有半导体技术边界；
        4、电声技术完全支撑：定制化扬声器单元为现有成熟技术，仅需根据对应窄带频段进行定制化设计，无需突破现有技术边界；
        5、 声学仿真技术可验证：现有专业声学仿真软件（COMSOL、LMS Virtual.Lab、MATLAB）可完成阵列声学仿真、滤波器性能仿真、空间干涉仿真等全流程验证，无需硬件制作即可完成方案的优化与可行性验证。

          我以为胜券在握，具有历史性突破的产品很快就要问世。
        结果不出意外，这个项目一经讨论，很快被各部门否定：异想天开！劳民伤财，根本卖不出去。
        好吧。

HuBin168

      于是我又了这个想法：

      1000路确实是太多了

      50路总行了吧？

      

      

HuBin168

      核心DSP芯片使用ADI SHARC ADSP-21489，50路分频需要约200个二阶节滤波器，ADSP-21489完全OK，并且有完整的模块可供使用。
      设置I2S_CHANS_PER_FRAME=8，使用用TDM8格式，50路数字音频从DSP传输到功放芯片，TDM8格式每根数据线可传输8个通道， 50个通道只需要7根数据线。
      主时钟（MCLK）、帧时钟（LRCK/FSYNC）、位时钟（BCLK）由DSP或独立时钟源提供，所有功放共享，全局同步。

      




      使用ADI提供的图形化开发环境：SigmaStudio，可直接布置50路分频器模块 。

      

HuBin168

       8寸使用TI TAS6424-Q1 ，配置双通道，2片共4个通道；
       6.5寸也使用TAS6424-Q1，配置4通道2片共8各通道；

      
      

   

       5寸、4寸、3寸使用TI TAS5828配置双通道，19片共38通道

      



   

capa

按12律分有百多个，50个太少，折中成钢琴的88。
虚拟的欺骗大脑即可，没必要搞成实际的吧

DIY-1989

1000分频，全频段还原，Oh my God！
真正的脑洞大开，这个东西做出来肯定效果没的说。
互调失真可以说是没有，频响平直度基本上都被它都抹平了，失真峰值应该不会有了，动态范围更是逆天。
这套系统做出来，把各个喇叭的时域控制在毫秒以内，估计没有哪个音源配得上它。
家用太大材小用了，体会不到它的优点，做声学实验，或者专业监听，放在专业的应用上还差不多。