音频系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及音频系统。
【背景技术】
[0002]典型地，音频系统可能产生由例如扬声器或放大器导致的非线性引起的失真。这种失真可能影响用户体验的音频质量。具体地，车辆和移动设备(例如移动电话、平板和笔记本电脑)中使用的音频系统使用较小的扬声器，失真可能更严重。在对非线性进行补偿的一种方法中，使用扬声器模型来对输入信号预失真以有效地使系统响应线性化，从而减小失真量。这要求在合适位移工作范围内获得的足够精确的扬声器非线性模型。虽然非线性扬声器模型和测量数据很好地匹配并且可以预测适度振膜位移时的扬声器性能，但却难以预测较大位移时的性能。I
[0003]在另一种方法中，音频系统可以限制输入电压，使得其频率幅度分量低于引起恰好可接受的失真的最大电压。优选地，通过对扬声器施加给定频率的正弦波、并且测量在达到该频率的恰好可接受的失真前的那一刻施加的电压的最大幅度来测量该最大电压。根据该曲线，可以得到与扬声器的电压-位移传输函数相似的传输函数。该方法将正确地预测单正弦波产生的失真，但却无法准确预测一般情形的失真，因为叠加原理不适用于非线性系统:当施加两个正弦波时，通过在分别施加正弦波时不存在的非线性系统产生和频和差频。因此，该系统不限制一般情形中的失真。
【发明内容】
[0004]所附权利要求中定义了本发明的各个方面。在第一方面中，定义了一种音频系统，包括:音频处理器，用于接收音频输入信号并且输出音频输出信号；耦接至音频处理器的放大器；耦接至放大器的扬声器；失真估计器，配置为确定放大器和/或扬声器对音频输入信号和音频输出信号中至少一个的期望响应；耦接至失真估计器和音频处理器的控制器；其中失真估计器操作为根据扬声器和/或放大器的期望非线性响应与扬声器和/或放大器的期望线性响应之间的差来生成失真预测信号；并且控制器配置为根据所生成的失真预测信号来改变音频处理器的操作参数。
[0005]通过限制在扬声器输出中生成的、来自扬声器自身还可能来自放大器的失真，该音频系统可以提高所感知的音频质量。基于对输出中失真而不是与扬声器的瞬时负载有关的信号(例如振膜位移)的测量或估计，控制对输入信号施加的处理。扬声器可以是将电能转换为声能的换能器。
[0006]与预失真方法不同的是，由于该音频系统对扬声器模型的精确性较不敏感，该音频系统可以允许使用更为简单的模型来估计扬声器的响应。预失真方法针对给定输入信号确定生成所需输出信号的合适预失真的输入信号，也就是来自非线性扬声器系统的原始输入的线性版本。预失真方法要求很精确的非线性模型，并且这种方法的成效很大程度上依赖于模型的精确度。该音频系统要求对所期望失真级别的估计，并且例如不要求对非线性失真的预测达到相位精确。
[0007]在实施例中，操作参数可以包括增益、压缩阈值和压缩率中的至少一个。
[0008]音频系统的一个或多个操作参数可以根据估计的失真而改变。例如，如果失真级别估计为高，则可以减小增益，可以减小压缩阈值以及可以增加压缩率。
[0009]在实施例中，控制器可以包括感知模型，并且控制器可以操作为向具有较低感知相关性的失真预测信号的频率分量分配较低加权因子。
[0010]在实施例中，感知加权模型可以包括A-加权模型。
[0011]控制器可以包括A-加权模型或者函数，从而甚高频(如1kHz以上)失真是不相关的，并且甚低频(如30Hz以下)失真是不相关。这是因为人耳对这些频率不敏感，因此这些频率上的失真不会导致感知的音频质量下降。
[0012]控制器可以包括遮蔽模型，从而如果特定频率上的失真被非失真频率分量所掩盖，则如果不存在感知的音频质量损失则可以忽略。例如，可能发生在以下情形中，在非常靠近较小失真频率分量的频率处存在较大非失真频率分量，例如针对1000Hz非失真频率分量在10Hz以内。在这种情形中，不需要对输入信号进行移除失真分量的处理。
[0013]在实施例中，失真估计器可以包括线性扬声器响应估计器、非线性扬声器响应估计器以及耦接至线性扬声器响应估计器和非线性扬声器响应估计器的比较器，并且比较器操作为输出估计的线性扬声器响应和估计的非线性扬声器响应之间的差。
[0014]在实施例中，音频处理器配置为对音频信号施加时变增益，并且控制器可操作为确定时间平均的失真预测信号值并根据所述时间平均的失真预测信号值来改变时变增益。
[0015]在实施例中，音频处理器可以包括多频带处理器，并且控制器可操作为对不同频带施加不同增益。
[0016]在实施例中，音频处理器可以包括动态范围控制器。
[0017]在实施例中，音频处理器可以包括耦接至音频失真估计器的麦克风，其中音频失真估计器可操作为响应于声学输入来改变扬声器和放大器中至少一个的期望响应。
[0018]在实施例中，音频系统可以包括耦接至扬声器和失真估计器的电流传感器，其中失真估计器可操作为根据流过扬声器线圈的电流来改变扬声器的期望线性和非线性响应。
[0019]在实施例中，失真估计器可以配置为根据扬声器和放大器的期望非线性响应与扬声器和放大器的期望线性响应之间的差，生成失真预测信号；并且控制器配置为根据所生成的失真预测信号来改变音频处理器的操作参数。
[0020]在实施例中，失真估计器可以配置为根据扬声器对音频输入信号的预测线性响应和扬声器对音频输出信号的预测线性响应之间的差，生成另一个失真预测信号；并且控制器配置为根据所生成的失真预测信号和所述另一个失真预测信号来改变音频处理器的操作参数。
[0021]所述另一个失真信号与当放大器和扬声器在没有来自放大器和扬声器的附加非线性时所再现的、由音频处理器中执行的处理引起的失真。控制器可以调整处理参数，使得音频处理器对失真的预测贡献与放大器和/或扬声器对失真的贡献相同。备选地，控制器可以调整处理参数，以实现音频处理器所贡献的预测失真和放大器和/或扬声器所贡献的失真之间的预定固定比率。
[0022]在实施例中，控制器进一步可操作为确定所述失真预测信号级别和所述另一个失真预测信号级别的时间平均，并根据所述失真预测信号级别的时间平均和另一个失真预测信号级别的时间平均来改变音频处理器的操作参数。
[0023]控制器可以配置为比较所述失真预测信号级别和所述另一个失真预测信号级别的时间平均，并根据所述比较来改变音频处理器的操作参数。
[0024]在实施例中，控制器可以配置为当所述另一个失真信号的时间平均大于所述失真信号的时间平均时，减小音频处理器的动态范围阈值。
[0025]在实施例中，音频处理器可以配置为在处理信号前对音频输入信号施加域变换，并且在输出音频信号前施加相反的域变换。
[0026]音频处理器可以将输入信号变换到另一个域进行处理，例如使用快速傅里叶变换变换到频域。
[0027]该音频系统的实施例可以包括在移动设备中，例如移动电话、平板PC或笔记本PCo该音频系统的实施例可以包括在汽车中。
【附图说明】
[0028]在说明书和附图中，相似的附图标记指代相似的特征。现在仅通过示例方式，详细描述附图示出的本发明的实施例，其中:
[0029]图1示出了根据实施例的具有前馈控制回路的音频系统。
[0030]图2示出了根据示例性控制方法的需求增益相对于失真级测量的图。
[0031]图3示出了根据实施例的具有反馈控制回路的音频系统。
[0032]图4示出了根据实施例的具有前馈和反馈控制回路的音频系统。
[0033]图5示出了根据实施例的具有自适应控制的音频系统。
[0034]图6示出了根据实施例的控制音频处理器的方法。
【具体实施方式】
[0035]图1示出了音频系统1000。失真估计器100可以具有非线性响应估计器102和线性响应估计器104。非线性响应估计器102可以连接到音频输入118。线性响应估计器104的输入可以连接到音频输入118。非线性响应估计器102的输出可以连接到差分模块106。线性响应估计器104的输出可以连接到差分模块106。差分模块106的输出120可以连接到控制器108的输入。控制器输出