一种谐波失真滤除设备及终端的制作方法

本实用新型涉及数据处理技术领域，特别涉及一种谐波失真滤除设备及终端。

背景技术：

目前，具有音频输出功能的终端在输出音频时会存在谐波失真，该谐波失真一般是由于终端的物理结构等原因造成，这类失真频段分布稳定且失真较大，影响听音效果。例如绝大部分耳机产品在设计出来之后存在的谐波失真一般是由喇叭单体及腔体结构等物理因素引起。

其中，谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。谐波失真(HD)指的是目标谐波(二阶、三阶)等的均方根(RMS)值与信号电平均方根值的比值。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种谐波失真滤除设备及终端，减少了现有技术中由于终端整体的物理结构原因造成谐波失真问题，提高用户对音频信号的听觉效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种谐波失真滤除设备，包括：

拾取扬声器的音频信号的MIC；

与所述MIC输出端相连，提取所述音频信号中各预设谐波失真频段对应的音频信号的滤波器；

与所述滤波器的输出端相连，将各所述预设谐波失真频段对应的音频信号进行反相放大得到谐波失真滤除音频信号的反相放大电路；

其中，所述扬声器与所述反相放大电路300的输出端相连，播放输出音频信号；所述输出音频信号为将所述谐波失真滤除音频信号通过原始信道添加至对应的原始音频信号后形成的。

可选的，所述滤波器为R/C滤波电路。

可选的，所述R/C滤波电路包括第一电阻至第三电阻、第一电容至第三电容；其中，所述第一电阻的第一端与所述MIC的输出端相连，第二端与所述第二电阻的第一端相连；所述第二电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连；所述第三电容的第一端与所述第三电阻的第一端相连；所述第三电阻的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第二电容的第二端接地；所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第一端相连，第二端与所述第三电阻的第一端相连。

可选的，反相放大电路具体为第一运算放大器；其中，所述第一运算放大器的负向输入端与所述滤波器的输出端相连，正向输入端接地，输出端与所述原始信道输出端相连。

可选的，所述谐波失真滤除设备还包括：

设置在原始信道输入端与所述原始信道输出端之间，将对应的原始音频信号中各所述预设谐波失真频段按照原始频响曲线进行补偿得到补偿音频信号的补偿滤波器。

可选的，所述补偿滤波器包括：R/C滤波电路以及与所述R/C滤波电路相连的放大电路。

可选的，所述放大电路为第二运算放大器；所述R/C滤波电路包括第四电阻至第六电阻、第四电容至第六电容；其中，

所述第二运算放大器的正向输入端与所述R/C滤波电路中所述第四电阻的第一端相连，负向输入端接地，输出端与所述原始信道输出端相连；

所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端相连；所述第五电阻的第二端与所述第六电容的第二端相连；所述第六电容的第一端与所述第六电阻的第一端相连；所述第六电阻的第二端接地；所述第五电容的第一端与所述第四电阻的第二端相连，所述第五电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第四电阻的第一端相连，第二端与所述第六电阻的第一端相连。

本实用新型还提供一种终端，包括上述所述的谐波失真滤除设备。

可选的，所述终端为耳机，其中，所述MIC设置在耳机前腔内。

可选的，所述MIC具体为反馈ANC MIC或内耳通话MIC。

本实用新型所提供的一种谐波失真滤除设备，包括：拾取扬声器的音频信号的MIC；与MIC输出端相连，提取音频信号中各预设谐波失真频段对应的音频信号的滤波器；与滤波器的输出端相连，将各预设谐波失真频段对应的音频信号进行反相放大得到谐波失真滤除音频信号的反相放大电路；其中，扬声器与反相放大电路300的输出端相连，播放输出音频信号；输出音频信号为将谐波失真滤除音频信号通过原始信道添加至对应的原始音频信号后形成的。

可见，该谐波失真滤除设备对终端通过扬声器输出的音频信号进行谐波失真滤除，由于扬声器输出的音频信号是终端最终的音频信号，即相当于将终端系统作为整体滤除谐波失真，减少了现有技术中由于终端整体的物理结构原因造成谐波失真问题，提高用户对音频信号的听觉效果；本实用新型还公开了一种终端，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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为本实用新型实施例所提供的谐波失真滤除设备的结构框图；

图2为本实用新型实施例所提供的耳机的THD示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种R/C滤波电路的示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的另一谐波失真滤除设备的结构框图；

图5为本实用新型实施例所提供的耳机中MIC设置位置的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的谐波失真滤除设备的结构框图；该谐波失真滤除设备可以包括：

拾取扬声器的音频信号的MIC100；

与MIC100输出端相连，提取音频信号中各预设谐波失真频段对应的音频信号的滤波器200；

与滤波器200的输出端相连，将各预设谐波失真频段对应的音频信号进行反相放大得到谐波失真滤除音频信号的反相放大电路300；

其中，扬声器与反相放大电路300的输出端相连，播放输出音频信号；输出音频信号为将谐波失真滤除音频信号通过原始信道添加至对应的原始音频信号后形成的。

本实施例中谐波失真滤除设备仅包含MIC100，滤波器200以及反相放大电路300。扬声器以及原始信道均为终端中本身就具有的部件。本实施例中谐波失真滤除设备包含的各个部件(MIC100，滤波器200以及反相放大电路300)与终端中原有的其他部件的连接关系如图1所示。MIC100的输入端用于拾取扬声器的音频信号，输出端与滤波器200的输入端相连。滤波器200的输出端与反相放大电路300的输入端相连，反相放大电路300的输出端通过原始信道与扬声器的输入端相连，即反相放大电路300的输出端将输出的音频信号输出给原始信道，通过原始信道将最终的输出音频输出给扬声器。

其中，谐波失真一般是由于终端的物理结构等原因造成，这类失真频段分布稳定且失真较大，影响听音效果。而现有的一些降低谐波失真的设备一般都只是针对某一个部件进行，但是其他部件的存在也依旧会造成一部分谐波失真现象，因此其并不能实现对终端整体进行谐波失真的滤除。由于扬声器输出的音频信号就是用户能够听到的终端最终输出的音频信号，因此本实施例为了解决现有技术的问题，从而对扬声器输出的音频信号进行谐波失真滤除处理，以实现将终端系统作为整体滤除谐波失真，减少了现有技术中由于终端整体的物理结构原因造成谐波失真问题，提高用户对音频信号的听觉效果。

由于终端设计的原因，例如扬声器设置的位置等会造成终端在某些频段失真较高。这些频段与预设谐波失真频段相对应。由于各个终端的不同会导致其得到的失真较高的频段不尽相同，对应得到的预设谐波失真频段也不会相同。进一步，由于用户对谐波失真的容忍度的不同，也会造成即便同一种终端，但是最终确定的失真较高的频段不同(因为确定什么是失真较高的标准可以不同，该标准可以由用户自行确定)，进而对应的预设谐波失真频段也不会相同(因为确定谐波失真产生的频段的选择可以不同，例如选取2次谐波对应的频率，或者选取2次以及3次谐波对应的频段)。本实施例中滤波器200与反相放大电路300的数量与预设谐波失真频段的数量相适应。用户通过终端的THD(总谐波失真)可以确定失真较高的频段，进而可以将每一个频段对应的主要谐波失真集中的频段作为该频段对应的预设谐波失真频段。即用户根据终端的总谐波失真测试结果，确定各预设谐波失真频段。

下面以耳机为例对该过程进行说明，具体请参考图2。由于扬声器单体及耳机腔体设计原因，通常耳机会在某些频段失真较高，如图2，20Hz-110Hz，4000Hz-5000Hz。产品物理结构定型之后，测试产品的THD(总谐波失真)，寻找失真较高的频段，以20Hz为例。20Hz频段谐波失真产生的频段集中在40-60Hz(失真的主要能量集中在2次和3次谐波)。因此20Hz对应的预设谐波失真频段为40Hz-60Hz。

本实施例中每个预设谐波失真频段对应一个滤波器200，有几个预设谐波失真频段就会对应有几个滤波器200。例如当存在两个预设谐波失真频段40Hz-60Hz以及1200Hz-2400Hz时，具有两个滤波器，40Hz-60Hz对应第一滤波器，1200Hz-2400Hz对应另一个滤波器。

进一步，本实施例并不限定滤波器200的种类，可以根据终端的实际情况进行选择。例如R/C滤波电路。具体各个预设谐波失真频段对应的滤波电路(如R/C滤波电路)的具体设计过程以及元器件参数的确定可以参考现有技术滤波器的设计过程以及预设谐波失真频段的实际需求。

当滤波器200为R/C滤波电路时，可以对应设计反相放大电路300。其中，各个反相放大电路300的具体设计过程以及元器件参数的确定可以参考现有技术反相放大电路的设计过程以及预设谐波失真频段的实际需求。

当滤波器200为R/C滤波电路时，将各预设谐波失真频段对应的音频信号输入对应的反相放大电路得到谐波失真滤除音频信号。

其中，本实施例中可以将每个预设谐波失真频段对应的滤波器的输出汇总给一个反相放大电路进行反相放大操作得到最终的谐波失真滤除音频信号。也可以是将每个预设谐波失真频段对应的滤波器的输出信号输入到其对应的反相放大电路中，将每个反相放大电路得到的谐波失真滤除音频信号在原始信道中进行汇总，得到最终的谐波失真滤除音频信号。为了保证消除谐波失真的效果，可以为每个预设谐波失真频段设计相应的反相放大电路，即将每一个预设谐波失真频段对应的音频信号利用对应的反相放大电路进行反相放大得到该预设谐波失真频段对应的谐波失真滤除音频信号。将每个预设谐波失真频段对应的谐波失真滤除音频信号进行汇总，得到最终的谐波失真滤除音频信号。

本实施例在终端中原有的原始信道中将进行反相了的谐波失真滤除音频信号与对应的原始音频信号叠加后就可以通过谐波失真滤除音频信号滤除对应的原始音频信号中相应的谐波失真信号，继而实现了去除原始音频信号中谐波失真的效果。将最终得到的去除了谐波失真的音频信号作为输出音频信号输出给扬声器，此时用户听到的即去除了谐波失真的音频信号，可以提高用户的听觉效果，提升用户对终端的使用体验。

下面以耳机作为终端，音频信号为音乐信号，并以预设谐波失真频段为40Hz-60Hz为例说明本实施例的具体过程：MIC拾取耳机前腔内的音乐信号，并将音乐信号传给滤波电路，设置滤波电路提取出40-60Hz频段的音乐信号并通过反向放大电路将其反相放大后将固定带宽反相音频信号(即谐波失真滤除音频信号)与对应的原始音乐信号在原始信道中叠加后传输给扬声器即喇叭。

进一步，由于本实施例中是将终端整体最为对象实现谐波失真的滤除，因此可以克服现有技术中需要提前预读取一段时间内的音频信号，对其进行降低谐波失真处理后在输出，同时读取下一段时间内的音频信号重复进行操作。本实施例中可以实现实时对扬声器中的音频信号进行降低谐波失真的处理，处理时效性更好。

本实施例并不对MIC100的具体型号进行限定，用户可以终端的实际情况进行灵活的选择。本实施例也不对滤波器200的具体形式进行限定，用户根据终端的大小以及成本等因素进行选择。优选的，滤波器为R/C滤波电路。本实施例并不对具体的R/C滤波电路的具体形式进行限定，用户可以参考现有技术中对应频段功能的R/C滤波电路的实际情况进行设置。优选的，请参考图3，给出了一种具体的R/C滤波电路的组成形式。R/C滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；其中，第一电阻R1的第一端与MIC100的输出端相连，第二端与第二电阻R2的第一端相连；第二电阻R2的第二端与第三电容C3的第二端相连；第三电容C3的第一端与第三电阻R3的第一端相连；第三电阻R3的第二端接地；第二电容C2的第一端与第一电阻R1的第二端相连，第二电容C2的第二端接地；第一电容C1的第一端与第一电阻R1的第一端相连，第二端与第三电阻R3的第一端相连。本实施例中并不对R/C滤波电路中各个电容和电阻的数值进行限定，用户可以根据终端的实际情况以及该R/C滤波电路实际功能进行确定。

本实施例并不对反相放大电路300进行限定，只要是可以实现反相放大功能的电路均可以。为了减小反相放大电路300的体积，优选的反相放大电路300具体为第一运算放大器Q1；其中，第一运算放大器Q1的负向输入端与滤波器200的输出端相连，正向输入端接地，输出端与原始信道输出端相连。本实施例中并不对第一运算放大器Q1中的具体参数进行限定，用户可以根据终端的实际情况进行确定。

基于上述任意实施例，由于上述实施例中在得到谐波失真滤除音频信号时也会对原始音频信号中非谐波失真的信号也进行了反相衰减，例如上述实施例中20Hz的谐波失真被衰减，同时40-60Hz的原始音乐信号也被衰减。为补偿原始音乐信号的衰减，在原始信号通道添加补偿模块，弥补被误衰的音乐信号。因此为了弥补被误衰减的原始音频信号，进一步提高用户对音频信号的听觉效果，本实施例中会对误衰减的原始音频信号进行补偿。请参考图4，图4为本实用新型实施例所提供的另一谐波失真滤除设备的结构框图；该谐波失真滤除设备还包括：

设置在原始信道输入端与原始信道输出端之间，将对应的原始音频信号中各预设谐波失真频段按照原始频响曲线进行补偿得到补偿音频信号的补偿滤波器400。补偿滤波器400的输入端接收原始音频信号S，输出端接入原始信道中。

具体的，本实施例也不对补偿滤波器400的具体形式进行限定，用户根据终端的大小以及成本等因素进行选择。优选的，补偿滤波器400为R/C滤波电路以及与R/C滤波电路相连的放大电路。本实施例并不对具体的R/C滤波电路的具体形式进行限定，用户可以参考现有技术中对应频段功能的R/C滤波电路的实际情况进行设置。也不对放大电路的具体形式进行限制，例如可以是放大器。

本实施例中各个补偿滤波器的输出汇总至原始信道与原始信道中其它没有进行补偿的剩余的原始音频信号进行汇总得到补偿音频信号。即将进行反相了的谐波失真滤除音频信号与对应的补偿过的补偿音频信号叠加后就可以实现即利用谐波失真滤除音频信号滤除对应的原始音频信号中相应的谐波失真信号，又通过补偿音频信号补偿了被误衰减的原始音频信号。继而实现了既去除原始音频信号中谐波失真又保证原始音频信号不被衰减的效果。将最终得到的音频信号作为输出音频信号输出给扬声器，此时用户听到的既去除了谐波失真又保证原始音频信号不被衰减的音频信号，可以提高用户的听觉效果，提升用户对终端的使用体验。

其中，本实施例并不对原始频响曲线的获取过程以及获取方式进行限定。可以根据终端的实际情况进行确定。优选的，在不进行谐波失真滤除时，对终端进行频响测试得到原始频响曲线。以耳机为例进行说明，例如耳机前期设计阶段确定好声学方案之后，获取原始频响曲线P0，具体的，在不进行谐波失真滤除的情况下，将耳机放置到仿真人(如HATS)头上，测得原始频响曲线P0。

本实施例并不对具体的通过原始频响曲线进行补偿的过程进行限定。可选的，分别利用各预设谐波失真频段的补偿滤波器对对应的原始音频信号进行补偿得到补偿音频信号；其中，补偿滤波器中的补偿增益为终端在对应预设谐波失真频段下的频率响应与原始频响曲线中对应的频率响应一样时的补偿增益。

具体的，每个预设谐波失真频段对应一个补偿滤波器，有几个预设谐波失真频段就会对应有几个补偿滤波器。例如当存在两个预设谐波失真频段40Hz-60Hz以及1200Hz-2400Hz时，具有两个补偿滤波器，40Hz-60Hz对应第一补偿滤波器，1200Hz-2400Hz对应另一个补偿滤波器。

进一步，本实施例并不限定补偿滤波器的种类，可以根据终端的实际情况进行选择。例如可以通过补偿滤波电路对对应预设谐波失真频段的原始音频信号进行补偿。具体各个预设谐波失真频段对应的补偿滤波电路(如R/C补偿滤波电路)的具体设计过程以及元器件参数的确定可以参考现有技术滤波器的设计过程以及原始频响曲线的限制。其中，在补偿滤波器参数确定过程中需要使得最终补偿滤波器对应的补偿增益，能够使得对应预设谐波失真频段下的频率响应与原始频响曲线中对应的频率响应一样。即再设计补偿滤波器的过程中针对每一个预设谐波失真频段，调节补偿增益数值，测得此时终端的频率响应P1，判断P1是否等于P0，若是则该补偿增益数值即为最终该预设谐波失真频段下补偿滤波器对应的补偿增益。若P1不等于P0则调节补偿增益数值直到测得P1＝P0时，固定增益即将当前的补偿增益数值作为该预设谐波失真频段下补偿滤波器对应的补偿增益。

进一步，为了保证补偿效果还可以在补偿滤波器中增加放大信号的功能，例如当补偿滤波器为补偿滤波电路时可以在该电路中增加放大电路(如放大器)，当然也可以在补偿滤波电路之外单独增加一个放大电路。

优选的，请参考图3，给出了一种具体的补偿滤波器400对应的R/C补偿滤波电路也可以称之为R/C补偿滤波电路的组成形式(即本实施例中补偿滤波器400与滤波器200中的R/C滤波电路的组成可以是一样的，例如图3)。放大电路为第二运算放大器Q2；R/C滤波电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6；其中，第二运算放大器Q2的正向输入端与R/C滤波电路中第四电阻R4的第一端相连，负向输入端接地，输出端与原始信道输出端相连；第四电阻R4的第二端与第五电阻R5的第一端相连；第五电阻R5的第二端与第六电容C6的第二端相连；第六电容C6的第一端与第六电阻R6的第一端相连；第六电阻R6的第二端接地；第五电容C5的第一端与第四电阻R4的第二端相连，第五电容C5的第二端接地；第四电容C4的第一端与第四电阻R4的第一端相连，第二端与第六电阻R6的第一端相连。本实施例中并不对R/C滤波电路中各个电容和电阻的数值进行限定，用户可以根据终端的实际情况以及该R/C滤波电路实际功能进行确定。本实施例中并不对第一运算放大器Q2中的具体参数进行限定，用户可以根据终端的实际情况进行确定。

上述各个实施例中当终端需要多个预设谐波失真频段时，只需要在补偿滤波器两端并联其他预设谐波失真频段对应的补偿滤波器(这里的其他预设谐波失真频段对应的补偿滤波器的组成可以参照上述实施例中写出的补偿滤波器的具体形式进行设置，用户只需要提前设置好每一个补偿滤波器对应的参数即可，然后将各个补偿滤波器并联后设置在原始信道中)，以及在扬声器(SPK)输入端以及MIC的输出端两端并联其他预设谐波失真频段对应的滤波器与反相放大电路组成的串联支路(针对图1即滤波器200与反相放大电路300的串联的支路)。这里的其他预设谐波失真频段对应的串联支路中滤波器以及反相放大电路的组成可以参照上述实施例中写出的串联支路中滤波器以及反相放大电路的组成具体形式进行设置，用户只需要提前设置好每一个串联支路中滤波器以及反相放大电路对应的参数即可，然后将各个串联支路并联后设置在原始信道中扬声器(SPK)输入端即原始信道中(此时若该谐波失真滤除设备没有补偿滤波器则直接将其反相放大电路的输出端设置在原始信道即可，若该谐波失真滤除设备有补偿滤波器则直接将其反相放大电路的输出端设置在补偿滤波器输出端后的原始信道即可)以及MIC的输出端两端。

下面对本实用新型实施例提供的终端进行介绍，下文描述的终端与上文描述的谐波失真滤除设备可相互对应参照。

本实用新型实施例还提供一种终端，包括上述任意实施例所述的谐波失真滤除设备。该终端可以是耳机或者是手机等。优选的，当终端为耳机，本实施例中并不对耳机进行限定，例如可以是头戴式耳机，入耳式耳机，无线耳机等。其中，MIC设置在耳机前腔内，具体可以参考图5。但是本实施例中并不具体限定该MIC在耳机前腔内的具体位置。如喇叭盖即扬声器的盖子，耳套支架等位置均可。

基于上述实施例，为了提高终端中MIC的利用效率，降低终端成本，本实施例中MIC具体为反馈ANC MIC或内耳通话MIC。即使得终端中原有的MIC在原有功能的基础上实现拾取扬声器的音频信号的功能。

以上对本实用新型所提供的一种谐波失真滤除设备及终端进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。