5.1声道WIFI吉它功放（系统）的设计

郑云平

一、方案目的

纵观Prosumer Audio市场和2018第十六届中国（广州）国际专业灯光、音响展览会，还未见5.1WIFI 吉它功放。现有的电乐器一般具有的功能只是弹奏、音效演奏等。表演者在现场演唱，特别是大型舞台等场景中使用时，往往需要拖着一条很长用来连接音响功率放大器的导线不断走动，影响与观众互动，此外，在使用过程中，由于导线跟随设备不停的移动，容易损坏通过导线连接的电乐器和音响功率放大器，并影响音乐输出效果，进而影响演唱的质量。同时为了保护演艺人员在高噪声环境下，能够演唱自如又不伤及听力，用于解决现时的电吉它手（或键盘手）现场演唱时，都需拖着一条很长的线，在舞台中走动，很不方便，不易与台下的观众形成互动而研制。它有别于过去采用的红外和蓝牙技术，与市场上现有的无线音频产品比较，具有更加突出的优势。

二、使用环境：

室内30米，室外可达150米。

三、方案介绍

3.1 技术优势：

（1）高宽带：22M的数据宽带，能够实现最多8声道或4通道非压缩高质量低延时的立体声音频无线传输，而市面上采用红外或蓝牙技术的无线产品的宽带仅有2M，只能传输2声道音频;

（2）高保真：采样率可达到16bit/48kbps，并且在无线传输过程中不对音频进行压缩，实现音频的无损传输;

（3）传输距离远：室内30米，室外可达150米，受障碍物影响较小。相比之下，目前市场上流行的蓝牙技术传输距离短、传输速度慢，一般为CLASS1或2，10米功率级别，峰值宽带只能達到3Mb/s。而红外通讯技术也存在通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断等特点，它主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。

（4）兼容性及抗干扰能力好：可以和WIFI、蓝牙等其它无线设备共存。内置WIFI检测器，可检测系统工作范围内的干扰源及其他无线设备，通过自动调频的方式，达到最佳传输状态;

（5）功率可控：通过对发射功率的控制，可实现无线传输距离的控制;

（6）低延时：从发送端的数据输入到接收端的数据输出，延时仅有16ms。

（7）软件性能强大：5.1无线音频系统的软件具有很强的可塑性，无线局域网WLAN自动跳频，提高抗干扰能力，设置目的区域，进行选择性发送接收，双向通信，可建立智能的音频传输系统。

（8）所有的发射模块和接收模块在出厂时统一使用相同的ID码，上电即可正常连接工作，用户可使用对码功能随机产生一个唯一归属于该用户的ID码，从而避免与其他客户的产品连接上发生混乱现象，同时可以提高抗干扰能力。配对操作：按下发射端配对按键Key，LED指示灯慢闪即表示已经进入对码状态，此时按下接收端的配对按键Key即可配对上，配对上后，接收模块的LED指示灯会停止闪烁表示配对成功，用户可以通过发送端和接收端的配对按键Key自由匹配模块的工作频段。如系统工作在广播模式，即一个发射对应多个接收，当发射端的进入对码状态，保持对码按键Key按下，即进入连续对码模式，此时把需要配对的接收模块对码键Key逐个依次按下即可完成对各个接收模块的配对工作，每个接收模块收到ID码后LED指示灯变为常亮，接收端的数量不受限制。

（9）通话MIC的上行降噪技术：通过对MIC的降噪算法不断的深入研究和开发，在高噪环境下，在低功耗的DSP上运行降噪算法，实现18dB的降噪来保证对讲时的清晰通话。

（10）环境监听（侧音）技术：增加一颗音频处理芯片对通话MIC实时拾音处理，经DSP音频解码输出至SPK，保证在开启降噪功能时，还能听 到环境声音，保持使用者的环境感知能力，能够辨别各种声音的特征、距离和方向。同时还能在高噪环境时在SPK中听到自己所说的话;实测140dB环境噪声下，普通耳机完全听不到自己说了什么。

（11）混合降噪（主动下行降噪）技术：采用AMS全球顶尖的模拟降噪芯片实现混合降噪技术，在不同场景高噪环境下，在50-1K Hz 的频段内实现23-30dB的主动降噪，给演唱者提供极佳的听力保护。

（12）对讲语音增强技术：混合降噪技术将对讲通话语音和环境噪声都减弱了23-30dB，我们特定研发了对讲语音补偿电路，并且定制开发了专用SPK，在开启降噪和对讲模式时，将人声部分的频响曲线抬高，在保证不失真的情况下，做到人声饱满。

（13）物理降噪技术：对于1KHz以后的高频噪声，主要通过物理降噪来实现，通过对耳套材料深入研究，在耳套上形成独立腔体，在耳机腔体表面以蛋白真皮包高密度吸音棉来实现物理降噪，在高频部分也实现了高达25dB的降噪。

四、系统架构：

4.1吉它功放架构说明：

4.1.1整机功能：

A.信号输入I/O

1.电吉它信号通过WIFI输入到主机

2.无线话筒信号通过WIFI传输到主机

3.当关闭WIFI后，电吉它及MIC信号可从吉它信号接口分别输入

4.MP3，AUX IN立体声信号通过3.5立体声插头输入到主机

5.在无吉它演奏时，其它WIFI设备（如电脑.手机等）信号也可通过主机WIFI输入到本机

B.信号输出I/O

1.本机的电吉它信号及人声可分别单独或混合经USB接口输出到电脑

2.本机设有一路Phone监听输出

3.本机的DSP  5.1 out 部分可选择人声/吉它/混合其中之一

4.1.2显示界面：A. 待机时背景显示

B. 工作中进行菜单操作时，显示菜单项，操作完成时显示当前通道信号电平画面

4.1.3硬件架构

五、本音响系统工作原理

5.1.整机工作原理

5.2.头戴耳机方框图及其原理

六、蓝牙/WIFI配对与时序：

a.现在是一对一的状态，如果主机这边用一块BT不能实现一对多，则可考虑再多一块或用WIFI或无线2.4G

b.在蓝牙工作模式时，如果三分钟内无输入（人声或吉他信号之一）则进入无线/有线共同等待模式，谁先有输入则转到对应模式。

c.默认设置是无线连接模式，即无线优先。

d.开机自动搜索并配对，并在LCD屏上显示配对状态。

e.如果连续三次配对不成功，则自动转到有线连接模式，等待3分钟，如果无其中一路（人声/吉他）输入输入则回到蓝牙模式并再次自動配对，配对成功之后进入工作模式。

七、USB接口：

a.只要USB连接成功则自动进入自动工作模式，不受人声及吉他信号模式的影响。

b.USB输入这一路主要是伴音输入。

c.USB输出优先模式是吉他信号优先（在人声/吉他/混合三信号中）

可用户强制设定人声/吉他/混合其中之一输出，当开机时，回到本机预设模式;

用户强制设定后，如果用户接着按下save键，则再次开机时为用户设定状态。

八、MIDI接口：

本机的MIDI接口，主要是为了方便吉他手进行乐曲实时编辑与存贮MIDI格式的文件。

九、表情踏板功能定义：

十、遥控器功能定义：

十一、效果器插件采集和建模建库：

十二、总结：

多媒体组合音响产品最核心的因素就是系统架构、电声、软件算法。在硬件上，本音响系统获得国家专利局受理（申请号或专利号：201821537787.5）。实测数据如下：

在本篇报告中公开了一种音响系统，涉及音乐电子设备技术领域。一种音响系统，包括：无线音频模块、无线路由器、信号处理模块和扬声器;其中，所述音频模块包括：设有第一无线模块的电声乐器;所述电声乐器通过所述无线路由器建立的无线网络与所述无线路由器连接;所述无线路由器电性连接至所述信号处理模块;所述信号处理模块接收所述音频模块通过所述无线路由器传输的音频信号，并对所述音频信号进行处理后传输至所述扬声器，最终通过所述扬声器对外输出声音。本实用新型实施例所述的音响系统，使用户携带设备演唱时走动方便，便于互动，可以提高现场演唱的效果和质量，且无线的连接方式减少了线材的使用，降低了音响系统的成本。同时，保护了演唱者人耳听力。

后期在测试上，采用了一些独特的方法与手段，可以通过声反馈技术快速判定音响产品的设计缺陷与不足。最终能实现与BOSE比对：降噪深度-36分贝（频宽500HZ）的行业领先目标。