一種揚(yáng)聲器自動均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種揚(yáng)聲器自動均衡系統(tǒng)，在全頻段改善揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲重放性能。該方法包括：通過傳聲器測量房間內(nèi)一個或多個位置點(diǎn)的脈沖響應(yīng)，得到各位置點(diǎn)的頻率響應(yīng)與揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻下限，利用自適應(yīng)最優(yōu)化算法得到均衡濾波器，對揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。對于低于揚(yáng)聲器系統(tǒng)下限頻率的低頻信號，利用基于心理聲學(xué)的基頻缺失原理，產(chǎn)生基頻信號的高次諧波成分，經(jīng)增益控制后與經(jīng)過延時(shí)的原始音頻信號相迭加，提高揚(yáng)聲器系統(tǒng)在全頻段的聲重放能力。
【專利說明】一種揚(yáng)聲器自動均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音頻信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種揚(yáng)聲器自動均衡系統(tǒng)，目的在于校正房間中收聽位置的頻率特征，提高揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲重放能力，改善音質(zhì)。更具體地，這種均衡方法包含虛擬低音增強(qiáng)技術(shù)，通過非線性產(chǎn)生低頻成分的諧波分量，以提高低頻成分的感知能力。
【背景技術(shù)】
[0002]理想的聲重放系統(tǒng)，在全頻段應(yīng)具有較平直的頻率響應(yīng)，但是在生產(chǎn)過程中由于制造工藝的限制，導(dǎo)致?lián)P聲器系統(tǒng)并不能有理想的頻率響應(yīng)，而存在有一定的失真。另外一方面，由于房間模態(tài)的影響以及揚(yáng)聲器系統(tǒng)與房間之間的相互作用，在聆聽位置處不能完整的實(shí)現(xiàn)真實(shí)聲重放。因此，需采用聲場修正技術(shù)對揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行均衡，使得在一個或多個位置點(diǎn)處的頻率響應(yīng)接近理想的平直曲線，以保證原始信號的真實(shí)重放。
[0003]目前，現(xiàn)有的均衡技術(shù)有圖示均衡器和參量均衡器，主要是一組級聯(lián)的峰值或坡型濾波器，各個濾波器的中心頻率對應(yīng)于倍頻程或1/3倍頻程，通過調(diào)整各個濾波器的增益對該頻段進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對整個頻段的修正。這種方法比較直觀，實(shí)現(xiàn)簡單，操作方便，但是需要對各個頻段的聲音特性有所熟悉，才能更為精確的調(diào)試，而且各個濾波器的級聯(lián)迭加，易導(dǎo)致某些頻率的幅度出現(xiàn)不可控情況。在更加實(shí)用的情況下，首先通過傳聲器測量揚(yáng)聲器系統(tǒng)在一個或多個位置點(diǎn)的頻率響應(yīng)，然后根據(jù)測得的曲線進(jìn)行均衡器設(shè)計(jì)，均衡器的形式為FIR (有限沖激響應(yīng))或者IIR (無限沖激響應(yīng))濾波器，對輸入信號進(jìn)行濾波，使得在各個位置點(diǎn)得到近似平直的頻率響應(yīng)。但是，由于低頻段的頻率分辨率較低，因此為了提高低頻分辨率需要增加濾波器的階數(shù)，增加了計(jì)算復(fù)雜度。另外，對于小口徑揚(yáng)聲器單元，如果采用直接均衡的方法增大低頻信號的能量，會導(dǎo)致重放信號畸變，甚至?xí)p壞揚(yáng)聲器系統(tǒng)。基于心理聲學(xué)基頻缺失原理的虛擬低音增強(qiáng)技術(shù)可以很好的解決這一問題，利用人耳獲取聲音的非線性作用，可以從主觀上改善低頻聲的感知，提高小口徑揚(yáng)聲器的低頻重放能力。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種揚(yáng)聲器自動均衡方法，以補(bǔ)償揚(yáng)聲器自身缺陷和房間的影響，控制音頻信號響度特征，以提高各位置點(diǎn)處的聲重放性能。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種揚(yáng)聲器自動均衡方法，依次包括如下步驟:
1)利用傳聲器測量揚(yáng)聲器系統(tǒng)電輸入信號到房間中多個位置點(diǎn)的傳遞函數(shù)；
2)根據(jù)多個位置點(diǎn)的加權(quán)關(guān)系確定多個傳遞函數(shù)的原型函數(shù)；
3)設(shè)計(jì)原型函數(shù)的均衡濾波器；
4)由原型函數(shù)確定揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻下限頻率，并對原始輸入信號進(jìn)行低通濾波，得到低于下限頻率的低頻基頻信號；
5)利用非線性算法產(chǎn)生低頻基頻信號的高次諧波信號；
6)高次諧波信號經(jīng)動態(tài)范圍控制后，與經(jīng)過延時(shí)的原始輸入信號迭加后饋給均衡濾波器；
7)均衡濾波器輸出信號經(jīng)功率放大器后驅(qū)動揚(yáng)聲器單元。
[0006]進(jìn)一步地，步驟I)中所述測量揚(yáng)聲器系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法可以采用掃頻信號或最大長度序列(MLS)，或其它脈沖響應(yīng)測量方法。所選取的測量位置點(diǎn)應(yīng)該是房間中優(yōu)選的收聽位置，或者覆蓋優(yōu)選的收聽區(qū)域，例如家庭影院或者汽車內(nèi)部各個座位位置。
[0007]進(jìn)一步地，步驟2)中所述確定多個傳遞函數(shù)的原型函數(shù)計(jì)算過程如下。
[0008]假設(shè)在i￥個位置點(diǎn)測得I個傳遞函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種揚(yáng)聲器自動均衡方法,依次包括如下步驟: 利用傳聲器測量揚(yáng)聲器系統(tǒng)電輸入信號到房間中多個位置點(diǎn)的傳遞函數(shù)； 根據(jù)多個位置點(diǎn)的加權(quán)關(guān)系確定多個傳遞函數(shù)的原型函數(shù)； 設(shè)計(jì)原型函數(shù)的均衡濾波器； 由原型函數(shù)確定揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻下限頻率，并對原始的電輸入信號進(jìn)行低通濾波，得到低于下限頻率的低頻基頻信號； 利用非線性算法產(chǎn)生低頻基頻信號的高次諧波信號； 高次諧波信號經(jīng)動態(tài)范圍控制后，與經(jīng)過延時(shí)的原始的電輸入信號迭加后饋給均衡濾波器； 均衡濾波器輸出數(shù)字信號經(jīng)功率放大器后驅(qū)動揚(yáng)聲器單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟I)中所選取的測量位置點(diǎn)為選取于房間中的收聽位置，或者為覆蓋所選取的收聽位置的收聽區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟2)中原型函數(shù)描述了一或多個位置點(diǎn)的傳遞函數(shù)的共同特征，在房間聲場中，原型函數(shù)從直達(dá)聲、早期反射聲和混響聲等方面提取了各個位置點(diǎn)的共同特性，假設(shè)在Af個位置點(diǎn)測得il/個傳遞函數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟3)中均衡濾波器的設(shè)計(jì)方法采用自適應(yīng)最優(yōu)化方式，包括最小均方差法、遞推最小二乘法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟4)中揚(yáng)聲器低頻下限頻率是由其物理特性決定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟4)采用一低通濾波器，該低通濾波器為有限沖激響應(yīng)或無限沖激響應(yīng)濾波器形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟5)中產(chǎn)生高次諧波信號的非線性算法包括多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或者冪函數(shù)、其他非線性函數(shù)，以產(chǎn)生低頻基頻信號的高次諧波成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟6)中動態(tài)范圍控制是指對高次諧波信號進(jìn)行動態(tài)控制，通過對高次諧波信號的峰值檢測和增益控制，實(shí)現(xiàn)可感知的低頻信號的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟7)中功率放大器為模擬實(shí)現(xiàn)方式，均衡濾波器輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由功率放大器進(jìn)行信號功率放大后輸出，并用于驅(qū)動揚(yáng)聲器單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡方法，其特征在于:步驟7)中功率放大器為數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式，均衡濾波器輸出的數(shù)字信號直接饋給數(shù)字形式的功率放大器進(jìn)行信號功率放大后輸出，用于驅(qū)動揚(yáng)聲器單兀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的揚(yáng)聲器自動均衡系統(tǒng)，其特征在于:步驟7)中揚(yáng)聲器單元包括多種不同尺寸和規(guī)格的動圈揚(yáng)聲器。
【文檔編號】H04R3/00GK103634726SQ201310674495
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】葉超 申請人:蘇州上聲電子有限公司