一种信号处理方法、装置及扬声器与流程

本发明涉及信息技术领域，具体为一种信号处理方法、装置及扬声器。

背景技术：

喇叭是一种电能转换成声音的转换设备，当不同的电子能量传至线圈时，线圈产生能量与磁铁的磁场互动，这种互动造成纸盘振动，喇叭的线圈会往前或往后运动，由于电子能量的变化，喇叭的纸盘会随着电子能量的变化跟着运动，这些动作使空气的疏密程度产生变化而产生声音。

由于，喇叭在通过内部的膜片的震动带动空气发声的器件时，会导致喇叭的故障率增加和使用寿命出现下降。在现有技术中，通过对输入的音源信号进行增益控制，并通过增益控制后的音源信号来限制喇叭膜片的震动幅度。

但是，采用现有技术的增益控制所输出的音源信号会导致喇叭整体音量受到影响的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种信号处理方法、装置及扬声器，以解决采用现有技术的方式对输入的音源信号进行处理后，会导致喇叭整体音量受到影响的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种信号处理方法，包括：

对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2；

基于所述低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1；

基于动态范围控制算法控制所述高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对所述响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2；

合并所述增益输出信号vo1和所述响度输出信号vo2，得到音源输出信号vout。

优选的，所述基于所述低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1，包括：

获取根据扬声器模型预测音源输入信号的振膜位移m；

依据所述振膜位移m判断所述音源输入信号是否需要增益，并根据判断结果得到对应的增益信号；

根据预设时间对所述音源输入信号进行延时，得到延时信号；

基于所述增益信号对所述延时信号进行处理，得到增益输出信号vo1。

优选的，基于动态范围控制算法控制所述高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对所述响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2，包括：

根据动态范围控制算法控制所述高频信号vi2的动态范围，确定满足预设响度要求的响度信号；

根据预设时间对所述音频输入信号进行延时，得到延时信号；

基于所述响度控制对所述延时信号进行处理，得到响度输出信号vo2。

优选的，对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，包括：

对所述音源输入信号vin进行高通滤波处理，得到高频信号vi2；

对所述音源输入信号vin进行低通滤波处理，得到低频信号vi1。

本发明第二方面公开了一种信号处理装置，所述信号处理装置包括：滤波模块、高频信号处理模块、低频信号处理模块和信号合成模块；

所述滤波模块，用于对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，并将所述低频信号vi1传输至所述低频信号处理模块，将所述高频信号vi2传输至所述高频信号处理模块；

所述低频信号处理模块，用于基于所述低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1，并将所述增益输出信号vo1作为所述信号合成模块的一端输入；

所述高频信号处理模块，用于基于动态范围控制算法控制所述高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对所述响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2，并将所述响度输出信号vo2作为所述信号合成器的另一端输入；

所述信号合成器，用于合并所述增益输出信号vo1和所述响度输出信号vo2，得到音源输出信号vout。

优选的，所述高频信号处理模块包括：第一乘法器、及并联的动态范围控制模块和第一延时器

动态范围控制模块，用于根据动态范围控制算法控制所述高频信号vi2的动态范围，确定满足预设响度要求的响度信号vo2，并将所述响度信号vo2作为所述乘法器的一输入；

第一延时器，用于根据预设时间对所述输入信号延时，得到延时信号，并将所述延时信号作为所述乘法器的另一输入；

第一乘法器，用于基于所述响度信号vo2对所述延时信号进行处理，得到响度输出信号vo2。

优选的，所述低频信号处理模块包括：第二乘法器，由第二延时器构成的第一支路，由扬声器模型和增益计算模块串联构成的第二支路；

所述扬声器模型，用于预测音源输入信号振膜位移m，并将振膜位移m传输至所述增益计算模块；

所述增益计算模块，用于依据所述振膜位移m判断所述音源输入信号vin是否需要增益，并根据判断结果得到对应的增益信号，并将所述增益信号作为所述第二乘法器的一输入；

所述第二延时器，用于根据预设时间延时所述输入信号vi1，得到的延时信号vi1，并将所述延时信号作为所述第二乘法器的另一输入；

所述第二乘法器，用于基于所述增益信号对所述延时信号进行处理，得到增益输出信号vo1。

优选的，所述滤波模块包括：并联的高通滤波器和低通滤波器；

所述高通滤波器，用于对音源输入信号vin进行高通滤波处理，得到高频信号vi2，并将所述高频信号vi2作为所述高频信号处理模块的输入；

所述低频滤波器，用于对所述音源输入信号vin进行低通滤波处理，得到低频信号vi1，并将所述低频信号vi1作为所述低频信号处理模块的输入。

优选的，所述信号合成模块包括加法器。

本发明第三方面公开了一种扬声器，包括：本发明第二方面公开的信号处理装置，数字模拟转换器、音频功放模块和喇叭；

所述数字模拟转换器的输入端与所述信号处理装置的输出端相连，输出端与音频功放模块的输入端相连；

所述音频功放模块的输出端与所述喇叭的输入端相连。

本发明实施例通过对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，其中对低频信号vi1进行增益和延时可以得到增益输出信号vo1，而对于高频信号vi2则通过动态范围控制、延时和响度控制可以得到响度输出信号vo2，然后将得到的增益输出信号vo1和响度输出信号vo2进行合并，最后输出信号vout。通过上述公开的处理方法，有效提高了扬声器的整体音量，因此，通过本发明实施例公开的信号处理方法可以在限制扬声器振膜位移的同时并对整体音量进行提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种信号处理方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的另一种信号处理方法流程图；

图3为本发明实施例一提供的扬声器位移幅频特性曲线；

图4为本发明实施例一提供的另一种信号处理方法流程图；

图5为本发明实施例二提供的一种信号处理装置结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的一种信号处理装置结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的一种扬声器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

参考图1，示出了本发明实施例一种信号处理方法的流程图，包括以下步骤：

步骤s101：对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2。

需要说明的是，音效信号频率范围在20hz至20khz。

在本发明实施例中，高频信号频率定义为2khz至20khz之间，低频信号频率定义为20hz至2khz之间。

在执行步骤s101时，包括以下处理方式：

对所述音源输入信号vin进行高通滤波处理，得到高频信号vi2；

对所述音源输入信号vin进行低通滤波处理，得到低频信号vi1。

上述针对音源输入信号vin的高通滤波和低通滤波处理在本发明实施例中并不限定两者的先后执行顺序。通常情况下为同时执行。

步骤s102：基于所述低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1。

在执行步骤s102时，参考图2，具体包括以下步骤：

步骤s201：获取根据扬声器模型预测音源输入信号的振膜位移m。

需要说明的是，扬声器模型是通过扬声器位移幅频特性曲线建立。具体的扬声器位移幅频特性曲线如图3所示。建立该扬声器模型的基本过程如下：

首先，在扬声器两端加入激励信号。

可选的，该激励信号可以是白噪声，也可以是扫频正弦波信号。

然后，同时测量并记录扬声器的振膜位移以及电压信号。

最后，拟合扬声器模型参数。

可选的，扬声器模型参数的拟合采用最小二乘法。

步骤s202：依据所述振膜位移m判断所述音源输入信号是否需要增益，并根据判断结果得到对应的增益信号。

需要说明的是，在步骤s202过程中，其具体过程为，检测一段时间内的低频信号的频率最大值，根据当前检测到的最大值，计算所需的增益值，当最大值值大于一定的幅度时增益会减少，基本与信号幅度成反比例的关系。

步骤s203：根据预设时间对所述音源输入信号进行延时，得到延时信号。需要说明的是，针对音源输入信号进行延时的时长，也就是预设时间，其与上述执行步骤s201和步骤s202最终得到所述增益信号所花费的时间相同。

步骤s204：基于所述增益信号对所述延时信号进行处理，得到增益输出信号vo1。

需要说明的是，在执行步骤s204的过程中，可以采用乘法器使得增益信号与延时信号进行相乘，从而得到增益输出信号vo1。

步骤s103：基于动态范围控制算法控制所述高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对所述响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2。

在步骤s103中，根据预设时间对响度信号进行延时的时长，也就是预设时间，其与上述执行步骤s102最终得到增益输出信号vo1所花费的时间相同。

也就是说，在本发明实施例公开的该信号处理方法中，得到增益输出信号vo1将与响度输出信号vo2时间同步输出。

在执行步骤s103时，参考图4，具体包括以下步骤；

步骤s401：根据动态范围控制算法控制所述高频信号vi2的动态范围，确定满足预设响度要求的响度信号。

需要说明的是，动态范围控制是一种音频处理的标准算法，用于控制信号的峰值与平均值的比例关系。而动态范围小的音乐同样条件下声音起伏小但响度会更大，动态范围大的音乐一般声音起伏会大，但响度会较小。

也就是说，所述动态范围与响度的对应关系为动态范围越大所述响度越小，所述动态范围越小所述响度越大。

步骤s402：根据预设时间对所述音频输入信号进行延时，得到延时信号。

需要说明的是，针对音源输入信号进行延时的时长，也就是预设时间，其与上述步骤s401得到响度信号所花费的时间相同。

步骤s403：基于所述响度信号对所述延时信号进行处理，得到响度输出信号vo2。

需要说明的是，在执行步骤s403的过程中，可以采用乘法器使得响度信号与延时信号进行相乘，从而得到响度输出信号vo2。

也就是说，增益输出信号vo1和所述响度输出信号vo2经过的延时器延时时间必须保持一致。从而保证高频信号和低频信号同步。

基于此，在后续执行信号合并时，能够保证所合并的音频信号为正常信号。

步骤s104：合并所述增益输出信号vo1和所述响度输出信号vo2，得到音源输出信号vout。

在执行步骤s104时，可以基于加法器将增益输出信号vo1和响度输出信号vo2进行合并。也可以采用其他可进行信号叠加的器件实现上述信号合并。

本发明实施例通过对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，其中对低频信号vi1进行增益和延时可以得到增益输出信号vo1，而对于高频信号vi2则通过动态范围控制、延时和响度控制可以得到响度输出信号vo2，然后将得到的增益输出信号vo1和响度输出信号vo2进行合并，最后输出信号vout。通过上述公开的处理方法，有效提高了扬声器的整体音量，因此，通过本发明实施例公开的信号处理方法可以在限制扬声器振膜位移的同时并对整体音量进行提高。

实施例二

与上述本申请实施例提供的信号处理方法相对应，本申请实施例还提供了相应的信号处理装置。如图5所示，为本申请实施例二公开的一种信号处理装置，该信号处理装置包括：

滤波模块501、高频信号处理模块502、低频信号处理模块503和信号合成模块504。

所述滤波模块501，用于对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，并将所述低频信号vi1传输至所述低频信号处理模块，将所述高频信号vi2传输至所述高频信号处理模块504。

所述低频信号处理模块503，用于基于所述低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1，并将所述增益输出信号vo1作为所述信号合成模块的一输入。

所述高频信号处理模块502，用于基于动态范围控制算法控制所述高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对所述响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2，并将所述响度输出信号vo2作为所述信号合成器的另一输入；

所述信号合成器504，用于合并所述增益输出信号vo1和所述响度输出信号vo2，得到音源输出信号vout。

结合附图5，如图6所示，为本发明实施例公开的另一信号处理装置，其中，可选的，所述信号合成模块504包括加法器。

可选的，所述高频信号处理模块包括：第一乘法器505、及并联的动态范围控制模块506和第一延时器507。

动态范围控制模块506，用于根据动态范围控制算法控制所述高频信号vi2的动态范围，确定满足预设响度要求的响度信号，并将所述响度信号作为所述乘法器505的一输入，其中，所述动态范围与响度的对应关系为动态范围越大所述响度越小，所述动态范围越小所述响度越大。

第一延时器507，用于根据预设时间对所述输入信号延时，得到延时信号，并将所述延时信号作为所述乘法器505的另一输入。

第一乘法器505，用于基于所述响度信号对所述延时信号进行处理，得到响度输出信号。

可选的，所述低频信号处理模块包括：第二乘法器511，由第二延时器508构成的第一支路，由扬声器模型509和增益计算模块510串联构成的第二支路。

所述扬声器模型509，用于预测音源输入信号振膜位移m，并将振膜位移m传输至所述增益计算模块。

所述增益计算模块510，用于依据所述振膜位移m判断所述音源输入信号是否需要增益，并根据判断结果得到对应的增益信号，并将所述增益信号作为所述第二乘法器511的一输入。

所述第二延时器508，用于根据预设时间延时所述输入信号，得到的延时信号，并将所述延时信号作为所述第二乘法器511的另一输入。

所述第二乘法器511，用于基于所述增益信号对所述延时信号进行处理，得到增益输出信号。

可选的，所述滤波模块501包括：并联的高通滤波器512和低通滤波器513。

所述高通滤波器512，用于对音源输入信号vin进行高通滤波处理，得到高频信号vi2，并将所述高频信号vi2作为所述高频信号处理模块502的输入。

所述低频滤波器513，用于对所述音源输入信号vin进行低通滤波处理，得到低频信号vi1，并将所述低频信号vi1作为所述低频信号处理模块503的输入。

需要说明的是，在本发明实施例中设定的高通滤波器能够允许信号频率大于2khz的信号通过，低通滤波器只能允许信号频率小于2khz的信号通过。以上处理方式为音频信号同时通过高通滤波器和低通滤波器，不存在时间先后。

本发明实施例通过对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，其中对低频信号vi1进行增益和延时可以得到增益输出信号vo1，而对于高频信号vi2则通过动态范围控制、延时和响度控制可以得到响度输出信号vo2，然后将得到的增益输出信号vo1和响度输出信号vo2进行合并，最后输出信号vout。通过上述公开的处理方法，有效提高了扬声器的整体音量，因此，通过本发明公开的信号处理方法可以在限制扬声器振膜位移的同时并对整体音量进行提高。

实施例三

与上述本申请实施例提供的信号处理方法和装置实施例相对应，本申请实施例还提供相应的扬声器。如图7，为本申请实施例三公开的一种扬声器，该扬声器包括：

信号处理装置701、数字模拟转换器702、音频功放模块703和喇叭704。

信号处理装置701为实施例二提供的信号处理装置，用于对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，并将低频信号vi1传输至低频信号处理模块，将高频信号vi2传输至高频信号处理模块，低频信号处理模块基于低频信号vi1确定增益信号，并根据预设时间对所述增益信号进行延时，得到增益输出信号vo1，并将增益输出信号vo1从信号合成模块的一端输入；高频信号处理模块基于动态范围控制算法控制高频信号vi2，确定响度信号，并根据预设时间对响度信号进行延时，得到响度输出信号vo2，并将所述响度输出信号vo2从信号合成器的另一端输入。信号合成器合并增益输出信号vo1和响度输出信号vo2，得到音源输出信号vout。

数字模拟转换器702的输入端与所述信号处理装置701的输出端相连，输出端与音频功放模块503的输入端相连。

音频功放模块703的输出端与喇叭704的输入端相连。

本发明实施例通过信号处理装置，对音源输入信号vin进行滤波处理，得到低频信号vi1和高频信号vi2，其中对低频信号vi1进行增益和延时可以得到增益输出信号vo1，而对于高频信号vi2则通过动态范围控制、延时和响度控制可以得到响度输出信号vo2，最后将增益输出信号vo1和响度输出信号vo2进行合并，输出信号vout，将输出信号vout通过数字模拟转换器后再传输至音频功放器，最后通过喇叭将声音输出。通过上述公开的处理方法，有效提高了扬声器的整体音量，因此，通过本发明公开的信号处理方法可以在限制扬声器振膜位移的同时并对整体音量进行提高。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。