请问PWM音频还原的问题!

只看该作者 · 2015-10-27 20:36

我用单片机的PWM输出音频数据,接了个三阶RC低通滤波后接功放芯片,然后推动喇叭出声.
声音还原的是清楚的,但是总有尖尖的类似金属音的噪音伴随,不知道怎么去掉.
低通滤波器的截止频率是2Khz.声音数据的采样频率是8khz,PWM输出的频率用了40khz(是采样频率的5倍,所以每个点的数据重复放了5次,不知道这对不对.).

2万 · 2015-10-27 21:08

用有源滤波，阶数弄高点

只看该作者 · 2015-10-27 21:43

PowerAnts 发表于 2015-10-27 21:08
用有源滤波，阶数弄高点

我需要体积小,成本低的.

2万 · 2015-10-27 21:44

那就没办法罗，除非单片机还有潜力，把PWM提高到16K以上

只看该作者 · 2015-10-27 22:28

PowerAnts 发表于 2015-10-27 21:44
那就没办法罗，除非单片机还有潜力，把PWM提高到16K以上

音频的数据是8k采样的,对人说话来说应该足够好了吧?
PWM的频率是40K,现在是同一个数据输出了5次,这点我还有疑问的.

只看该作者 · 2015-10-27 23:48

我也是这么用的，连滤波器都没加，人耳会直接滤掉高于20kHz以上的频率。语音效果很好。

只看该作者 · 2015-10-28 09:51

我见过别人解决过类似的问题，蛮有趣
水果手机，可以到appstore上下载一个app：SpectrumView
https://itunes.apple.com/us/app/spectrumview/id472662922?mt=8
用单片机播放一段1KHz的正弦波，理论上扬声器也该发出1KHz的声音。用SpectrumView去分析扬声器的频谱，是否谐波成分过大，就知道电路该怎么改了。
当然了，更专业的做法，用专业音频监听设备去采集声音，用专业软件在PC上分析频谱。但总比不过手机方便

只看该作者 · 2015-10-29 22:58

holle 发表于 2015-10-27 23:48
我也是这么用的，连滤波器都没加，人耳会直接滤掉高于20kHz以上的频率。语音效果很好。 ...

问题是PWM怎么处理.
8K采样率的数据比如说用32K的PWM来输出,是同一个数据用32K的频率输出4次,还是插值之后输出4次.这两个我都试过,效果都差不多,一样的有噪音.管脚固定低电平没有这个噪音,但是只有输出数据,哪怕是固定一个数据比如0x80输出,就会有噪音,而且这噪音的大小是固定的,不随真正要输出的声音的音量的大小而变化.
还是说,在一个8k数据的时间内(125us),只输出一个40k的PWM波.

只看该作者 · 2015-10-30 10:24

虽然PWM的输出频率为40KHZ，但同一个数据用8KHZ重复输出5次，得到的还是8KHZ的采样率，需要用截止频率在4KHZ一下的低通滤波，且要相当陡峭才能将4K~20KHZ听觉范围内的谐波或噪音衰减到听不到的程度。

如果将8KHZ的原始信号的采样率通过过采样提升到40KHZ的PWM的输出频率，那么低通滤波就容易多了，而且没滤掉的频率也在听觉范围之外。过采样应该先补零，然后低通滤波。

只看该作者 · 2015-10-31 21:48

可是我过来的数据就是8Khz采样的已经数字化的数据,还怎么样去过采样呢？

只看该作者 · 2015-10-31 22:35

没有数据的地方补零，再数字滤波，去掉4KHZ以上噪音。

1万 · 2015-11-1 00:43

明显是不对，
数字信号处理是只要输出一次原信号的值，其他输出0.就可以了，CD机就是这样做的。

1万 · 2015-11-1 00:44

信号幅度会下降，但原信号的频谱比例不会改变。

1万 · 2015-11-1 00:49

8KHZ取样时刻的点值，跟40KHZ取样的时刻点是一样的话，原信号频谱跟取样频率无关，离散化的信号频谱进行移频而已。

1万 · 2015-11-1 01:02

你这个问题，不是开关频率40K的没有滤除的问题，而是8K送样率的问题，如果不改变8K的送样率，噪声是一直存在的。在数字声中，有40K和8K的混合，这样有可能产生可听区的噪声。

1万 · 2015-11-1 01:06

解决方案如果用40K的数据率送出样本数据，用400K的开关频率进行PWM，一点样本，四点补0，对后面的滤波大为降低。光是提高开关频率是没用的。

只看该作者 · 2015-11-1 12:30

本帖最后由 nethopper 于 2015-11-1 15:03 编辑

8KHZ采样率的原始音频数据，经过三阶2KHZ低通，仍然可能存在听得见的高频声。

假定用原始音频数据是2KHZ正弦波，那么通过8KHZ的采样率输出，每个周期只有四个采样点，假定分别为0，正向最大值，0，负向最大值，那就是4级阶梯正弦波了。阶梯正弦波的频谱含基波n=1,和n=mN-1及n=mN+1次谐波，m=1,2,3,..., N为阶梯级数，幅度为N*|sin(PI/N)|/PI/n。就是说幅度为1的2KHZ正弦波，以8KHZ的采样率输出后，变为2KHZ的4级阶梯正弦波，其中含有:

1) 2KHZ的基波，幅度为4*sin(PI/4)/Pi/1=0.9/1
2) 6KHZ的谐波，幅度为4*sin(PI/4)/Pi/3=0.9/3
3) 10KHZ的谐波，幅度为4*sin(PI/4)/Pi/5=0.9/5
4) 14KHZ的谐波，幅度为4*sin(PI/4)/Pi/7=0.9/7
5) 18KHZ的谐波，幅度为4*sin(PI/4)/Pi/9=0.9/9

如图。拿6KHZ的分量来说，假定基波的幅度为0dB,6kHZ的幅度则为-9.34dB左右。LZ用的是截止频率为2KHZ(-3dB)三阶低通滤波，每倍频程下降18dB, 在6KHZ的衰减为28.5dB左右。因此在低通输出端，假定2KHZ的基波信号为0dB，那么6KHZ的残留信号幅度为-9.34-28.5+3=-34.84dB。这个只比基波幅度低34.84dB的声音是听得见的。

只看该作者 · 2015-11-1 13:33

过采样，输出一个实际数据，补零，再输出一个实际数据。这里用的是48K采样率过采样8K采样率的数据, 即：每个实际数据点加配5个零，频谱如下。

。谐波严重。

然后再数字滤波，如下图，采用的是128个点的FIR截止频率为4000HZ的低通滤波。图中可见通过数字滤波，6KHZ信号已经衰减到-72dB了。而且这个数字滤波器的特性和阶数还可以通过仔细设计而大大提高。这样就大大减少了对最后输出端模拟滤波器特性的压力。

只看该作者 · 2015-11-1 13:35

补零后再数字滤波不会对信号造成信号幅度下降，因为数字增益太容易了，只是运算过程中不要丢失精度即可。

1万 · 2015-11-1 15:18

nethopper 发表于 2015-11-1 13:35
补零后再数字滤波不会对信号造成信号幅度下降，因为数字增益太容易了，只是运算过程中不要丢失精度即可。 ...

不矛盾，基本功，理论扎实，赞一个。

请问PWM音频还原的问题!

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