一种扬声器自动均衡方法
【专利摘要】本发明提供了一种扬声器自动均衡系统，在全频段改善扬声器系统的声重放性能。该方法包括：通过传声器测量房间内一个或多个位置点的脉冲响应，得到各位置点的频率响应与扬声器系统的低频下限，利用自适应最优化算法得到均衡滤波器，对扬声器系统进行补偿。对于低于扬声器系统下限频率的低频信号，利用基于心理声学的基频缺失原理，产生基频信号的高次谐波成分，经增益控制后与经过延时的原始音频信号相迭加，提高扬声器系统在全频段的声重放能力。
【专利说明】一种扬声器自动均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及音频信号处理【技术领域】，具体涉及一种扬声器自动均衡系统，目的在于校正房间中收听位置的频率特征，提高扬声器系统的声重放能力，改善音质。更具体地，这种均衡方法包含虚拟低音增强技术，通过非线性产生低频成分的谐波分量，以提高低频成分的感知能力。
【背景技术】
[0002]理想的声重放系统，在全频段应具有较平直的频率响应，但是在生产过程中由于制造工艺的限制，导致扬声器系统并不能有理想的频率响应，而存在有一定的失真。另外一方面，由于房间模态的影响以及扬声器系统与房间之间的相互作用，在聆听位置处不能完整的实现真实声重放。因此，需采用声场修正技术对扬声器系统进行均衡，使得在一个或多个位置点处的频率响应接近理想的平直曲线，以保证原始信号的真实重放。
[0003]目前，现有的均衡技术有图示均衡器和参量均衡器，主要是一组级联的峰值或坡型滤波器，各个滤波器的中心频率对应于倍频程或1/3倍频程，通过调整各个滤波器的增益对该频段进行控制，从而实现对整个频段的修正。这种方法比较直观，实现简单，操作方便，但是需要对各个频段的声音特性有所熟悉，才能更为精确的调试，而且各个滤波器的级联迭加，易导致某些频率的幅度出现不可控情况。在更加实用的情况下，首先通过传声器测量扬声器系统在一个或多个位置点的频率响应，然后根据测得的曲线进行均衡器设计，均衡器的形式为FIR (有限冲激响应)或者IIR (无限冲激响应)滤波器，对输入信号进行滤波，使得在各个位置点得到近似平直的频率响应。但是，由于低频段的频率分辨率较低，因此为了提高低频分辨率需要增加滤波器的阶数，增加了计算复杂度。另外，对于小口径扬声器单元，如果采用直接均衡的方法增大低频信号的能量，会导致重放信号畸变，甚至会损坏扬声器系统。基于心理声学基频缺失原理的虚拟低音增强技术可以很好的解决这一问题，利用人耳获取声音的非线性作用，可以从主观上改善低频声的感知，提高小口径扬声器的低频重放能力。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种扬声器自动均衡方法，以补偿扬声器自身缺陷和房间的影响，控制音频信号响度特征，以提高各位置点处的声重放性能。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供一种扬声器自动均衡方法，依次包括如下步骤:
1)利用传声器测量扬声器系统电输入信号到房间中多个位置点的传递函数；
2)根据多个位置点的加权关系确定多个传递函数的原型函数；
3)设计原型函数的均衡滤波器；
4)由原型函数确定扬声器系统的低频下限频率，并对原始输入信号进行低通滤波，得到低于下限频率的低频基频信号；
5)利用非线性算法产生低频基频信号的高次谐波信号；
6)高次谐波信号经动态范围控制后，与经过延时的原始输入信号迭加后馈给均衡滤波器；
7)均衡滤波器输出信号经功率放大器后驱动扬声器单元。
[0006]进一步地，步骤I)中所述测量扬声器系统传递函数的方法可以采用扫频信号或最大长度序列(MLS)，或其它脉冲响应测量方法。所选取的测量位置点应该是房间中优选的收听位置，或者覆盖优选的收听区域，例如家庭影院或者汽车内部各个座位位置。
[0007]进一步地，步骤2)中所述确定多个传递函数的原型函数计算过程如下。
[0008]假设在i￥个位置点测得I个传递函数
【权利要求】
1.一种扬声器自动均衡方法,依次包括如下步骤: 利用传声器测量扬声器系统电输入信号到房间中多个位置点的传递函数； 根据多个位置点的加权关系确定多个传递函数的原型函数； 设计原型函数的均衡滤波器； 由原型函数确定扬声器系统的低频下限频率，并对原始的电输入信号进行低通滤波，得到低于下限频率的低频基频信号； 利用非线性算法产生低频基频信号的高次谐波信号； 高次谐波信号经动态范围控制后，与经过延时的原始的电输入信号迭加后馈给均衡滤波器； 均衡滤波器输出数字信号经功率放大器后驱动扬声器单元。
2.根据权利要求1所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤I)中所选取的测量位置点为选取于房间中的收听位置，或者为覆盖所选取的收听位置的收听区域。
3.根据权利要求1所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤2)中原型函数描述了一或多个位置点的传递函数的共同特征，在房间声场中，原型函数从直达声、早期反射声和混响声等方面提取了各个位置点的共同特性，假设在Af个位置点测得il/个传递函数
4.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤3)中均衡滤波器的设计方法采用自适应最优化方式，包括最小均方差法、递推最小二乘法。
5.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤4)中扬声器低频下限频率是由其物理特性决定的。
6.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤4)采用一低通滤波器，该低通滤波器为有限冲激响应或无限冲激响应滤波器形式。
7.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤5)中产生高次谐波信号的非线性算法包括多项式函数、指数函数或者幂函数、其他非线性函数，以产生低频基频信号的高次谐波成分。
8.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤6)中动态范围控制是指对高次谐波信号进行动态控制，通过对高次谐波信号的峰值检测和增益控制，实现可感知的低频信号的控制。
9.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤7)中功率放大器为模拟实现方式，均衡滤波器输出的数字信号经过数模转换成模拟信号，再由功率放大器进行信号功率放大后输出，并用于驱动扬声器单元。
10.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡方法，其特征在于:步骤7)中功率放大器为数字实现方式，均衡滤波器输出的数字信号直接馈给数字形式的功率放大器进行信号功率放大后输出，用于驱动扬声器单兀。
11.根据权利要求1中所述的扬声器自动均衡系统，其特征在于:步骤7)中扬声器单元包括多种不同尺寸和规格的动圈扬声器。
【文档编号】H04R3/00GK103634726SQ201310674495
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】叶超 申请人:苏州上声电子有限公司