一种片上扬声器阻抗曲线补偿方法与流程

1.本发明涉及驱动扬声器的音频信号技术领域。


背景技术：

2.扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件。理想情况下，音频电信号通过扬声器无失真转换为声信号。实际扬声器存在失真，不能把原来的声音逼真地重放出来。失真有两种：频率失真和非线性失真。频率失真分为频率幅值失真与频率相位失真。频率幅值失真是由于对某些频率的信号放音较强，而对另一些频率的信号放音较弱造成的，失真破坏了原来高低音响度的比例，改变了原声音色；频率相位失真是由于不同频率的音频信号通过扬声器时的相移不同，以及由于音箱发出不同频率的声音到达听音者的时间顺序不同等，改变了声源声音各频率成分之间的相位(即时间)关系，输出的声音信号波形不再与原来的声音波形相同，相位失真会对再现声音的音色(改变了基波与谐波的相位关系)和声像定位(声音的前后、左右顺序发生混乱)产生一定影响，并导致低音模糊、高音层次变差等问题。而非线性失真是由于扬声器振动系统的振动和信号的波动不够完全一致造成的，在输出的声波中增加一新的频率成分。
3.频率失真起源于扬声器阻抗曲线同频率相关，扬声器的内部是一个线圈，由于线圈感抗所致，扬声器的阻抗随频率不同而呈现不同的阻值。如图1所示为典型扬声器阻抗曲线。实线是阻抗。以欧姆为单位描述阻抗的大小，在图表的左侧读取相应的数值。虚线是相位。以度为单位描述相位差，在图形的右侧读取相应的数值。阻抗在低频(共振频率)处存在峰值，而后随频率升高，阻抗也随之升高。这将导致不同频率的电信号还原为声信号时扬声器负载不均衡。相位曲线非线性，声信号群延迟不一致。
4.为了解决上述扬声器阻抗曲线对声音还原失真问题，高保真音响使用电子系统校正，体积大成本高。


技术实现要素：

5.消费类电子产品正在朝着便携化、高保真的方向发展，促使扬声器高保真驱动电路朝着超小型化、数字化、集成化的方向发展。本发明旨在提出一种片上扬声器阻抗测试与补偿方法,通过负反馈环路补偿扬声器阻抗波动引起的频率幅度失真与频率相位失真，为本发明创新点。图2为本发明示意图。所述100负反馈补偿环路由扬声器101发声，麦克风102采集声音信号，经数据转换器adc 104量化为数字音频信号后，传送给数字信号处理器dsp 103；dsp驱动dac 105进而驱动扬声器，构成闭合环路。所述闭合反馈环路由dsp比较音频信号与基准信号，产生幅度误差信号与相位误差信号，dsp根据误差信号调整数字音频信号的幅度频率曲线与相位频率曲线，扬声器输出的声音信号幅度与相位也随之调整，经负反馈环路，dsp模块内的幅度误差信号与相位误差信号逐步逼近零，补偿扬声器阻抗曲线，并将dsp补偿参数锁存。
附图说明
6.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
7.图1为本发明背景技术示意图。
8.图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
9.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
10.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
11.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
12.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
13.本发明实施例提供了一种片上扬声器阻抗曲线补偿方法，结构示意及信号处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：
14.所述扬声器阻抗曲线补偿环路100分为片外部分(101、102)与片内部分(103、104、105),包括：扬声器101、麦克风102、adc 104、dsp 103、与dac 105。所述扬声器101的输入连接dac的输出，电声转换输出声音；所述麦克风102输入端采集扬声器输出的声音，声电转换输出音频电信；所述adc 104，采集麦克风102输出的音频电信号，并量化输出数字音频信号；所述dsp 103接收来自adc输出的数字音频信号，dsp比较音频信号与基准信号，产生幅度误差信号与相位误差信号，dsp根据误差信号调整数字音频信号的幅度频率曲线与相位频率曲线。
15.补偿过程分两个阶段。第一阶段，dsp音频基准信号为一组幅度恒定频率分布在20～20khz内的信号，该组幅度恒定的音频基准信号经dac数模转换后驱动扬声器发声，由于扬声器阻抗随频率变化，扬声器输出的声音幅度会随频率变化，产生幅度失真。失真后的声音经麦克风采集，adc转换后送回dsp。dsp比较音频基准信号与反馈回来的音频信号，产生幅度误差信号。根据不同频率幅度误差值，dsp调整增益频率曲线,补偿扬声器产生的幅度
失真。经环路多次反馈修正，幅度误差值逼近零。第二阶段，dsp音频基准信号为同步发送的20～20khz信号，由于扬声器阻抗存在感性，扬声器输出声音相位会随频率变换，群延迟时间不一致，产生相位失真。经麦克风、adc反馈回dsp后，dsp比较音频基准信号与反馈信号群延迟时间，产生相位误差信号。补偿不同频率信号经过环路的延迟时间，经环路多次反馈修正，相位误差值逼近零。
16.补偿过程完成后，将dsp计算出来的幅度频率补偿参数与相位频率补偿参数锁存。实际扬声器播放声音时，输入的音频信号先经过dsp补偿参数修正，抵消扬声器阻抗曲线的波动，还原高保真声音。


技术特征：
1.一种片上扬声器阻抗曲线补偿方法，其特征在于，包括：扬声器电声换能器、麦克风声电换能器、数据转化器、与dsp构成闭合负反馈补偿环路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，扬声器电声换能器，包括：电动式(即动圈式)、静电式(即电容式)、电磁式(即舌簧式)、压电式(即晶体式)等。3.根据权利要求2所述，其特征在于，所述麦克风声电换能器，包括：动圈式、电容式、驻极体、与硅微传声器。4.根据权利要求2所述，其特征在于，数据转换器，包括：模拟数字转换器adc、数字模拟转换器dac。5.根据权利要求2所述，其特征在于：dsp比较音频信号与基准信号，产生幅度误差信号与相位误差信号，dsp根据误差信号调整数字音频信号的幅度频率曲线与相位频率曲线，扬声器输出的声音信号幅度与相位也随之调整，经声电/电声换能器、数据转换器与dsp构成闭合反馈环路，dsp模块内的幅度误差信号与相位误差信号逐步逼近零，补偿扬声器阻抗曲线。

技术总结
本发明旨在提出一种扬声器阻抗曲线补偿方法，用片内数据转换器与DSP实现扬声器曲线补偿，实现高保真声音还原小型化低成本化。本发明基本思想：DSP比较音频信号与基准信号，产生幅度误差信号与相位误差信号，DSP根据误差信号调整数字音频信号的幅度频率曲线与相位频率曲线，扬声器输出的声音信号幅度与相位也随之调整，经声电换能器、数据转换器与DSP构成的闭合反馈环路，DSP模块内的幅度误差信号与相位误差信号逐步逼近零，补偿扬声器阻抗曲线。线。线。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：民芯科技（珠海市）有限责任公司
技术研发日：2021.09.19
技术公布日：2023/3/24