CN102064772A - 功放装置及其声场校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功放装置及其声场校准方法。所述功放装置包括音频输入端子、设有前置放大单元的音频信号处理器、微控制处理器、功率放大单元以及音频输出端子，声音信号经所述音频输入端子传输至所述音频信号处理器，并经所述音频信号处理器处理后传输至所述音频输出端子。所述音频信号处理器还包括相互电性连接的校准麦克风输入端子和声场校准单元。所述声场校准单元串接于所述前置放大单元和功率放大单元之间。所述微控制处理器产生控制信号控制所述音频信号处理器的声场校准单元对所述声音信号进行校准处理。

Description

功放装置及其声场校准方法

技术领域

本发明涉及一种功放装置及其声场校准方法。

背景技术

随着科技的进步，以及生活水平的提高，人们的业余生活越来越丰富，如看电影、唱卡拉OK等行为同样逐渐深入消费者的日常生活。而现有技术的功放装置只是单一的对声音的放大功能，经过这类功放装置的处理，最终输出的声音往往存在噪声干扰较大的问题，影响消费者对影视作品的欣赏热情，降低消费者唱卡拉OK的积极性。这样只是实现声音放大功能同时把噪声也进行放大的功放装置显然满足不了人们日益增长的物质文化需求。在这种情况下，需要一种既能放大声音，又能校准声场的功放装置，以满足人们的需求。

因此，提供一种既能放大声音又能校准声场的功放装置及其声场校准方法是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术功放装置信号失真及杂讯干扰强烈的技术问题，本发明提供一种有效过滤杂讯，保证输出声音信号保真的功放装置。

同时，本发明还提供一种上述功放装置的声场校准方法。

一种功放装置，其包括音频输入端子、具前置放大单元的音频信号处理器、微控制处理器、音频输出端子及功率放大单元，所述音频信号处理器还包括校准麦克风输入端子和声场校准单元，所述声场校准单元电性连接所述校准麦克风输入端子一端，所述声场校准单元串接于所述前置放大单元与所述功率放大单元之间，声音信号经由所述音频输入端子传输至所述音频信号处理器，并经所述音频信号处理器处理后传输至所述音频输出端子，所述微控制处理器产生控制信号控制所述音频信号处理器的声场校准单元对所述声音信号进行校准处理。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元包括喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块，所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块分别电性连接于所述微控制处理器。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元还包括模数转换器、数模转换器和存储器，所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块连接于所述模数转换器与所述数模转换器之间，所述存储器分别电性连接于所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块。

作为上述功放装置的进一步改进，所述喇叭频率响应校准模块中包括第一滤波器，所述喇叭混响时间校准模块中包括第二滤波器，所述声音信号从所述模数转换器输入，经所述第一滤波器处理后，再输入给所述第二滤波器处理，最后从所述模数转换器输出。

作为上述功放装置的进一步改进，所述音频信号处理器包括依次串接设置的音频输入选择单元及音频解码单元，所述音频输入选择单元及所述音频解码单元设置于所述音频输入端子与所述前置放大单元之间。

作为上述功放装置的进一步改进，所述音频信号处理器还包括卡拉OK输入端子及卡拉OK单元，所述卡拉OK单元串接于所述卡拉OK输入端子及所述前置放大单元之间。

作为上述功放装置的进一步改进，所述功放装置的声场校准方法，包括如下步骤：

提供声音信号，并将所述声音信号经由所述音频输入端子传输至所述音频信号处理器的前置放大单元；

所述前置放大单元对声音信号进行前置放大处理后，传输至所述声场校准单元；

所述微控制处理器产生控制信号控制所述音频信号处理器的声场校准单元对所述声音信号进行校准处理；

所述音频信号处理器将校准处理单元处理后的声音信号经由所述功率放大单元传输至所述音频输出端子以输出。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元包括喇叭频率响应校准模块，在声场校准单元对所述声音信号进行校准处理步骤中，还包括所述喇叭频率响应校准模块对声音信号进行喇叭频率响应校准步骤。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元包括喇叭混响时间校准模块，在声场校准单元对所述声音信号进行校准处理步骤中，还包括所述喇叭混响时间校准模块对声音信号进行混响时间校准步骤。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元包括存储器和第一滤波器，所述喇叭频率响应校准步骤包括如下步骤：所述微控制处理器发出控制信号，所述声场校准单元接收所述控制信号并通过所述功率放大单元和与所述功率放大单元相连接的外部输出设备输出声音信号作为输出信号，所述声场校准单元通过与所述声场校准单元输入端子连接的外部输入设备接收所述声音信号作为接收信号；所述声场校准单元根据所述输出信号和所述接收信号计算出所述滤波器的第一滤波器系数；所述第一滤波器根据所述第一滤波器系数对所述接收信号进行滤波，校准结束。

作为上述功放装置的进一步改进，所述声场校准单元包括存储器和第二滤波器，所述喇叭混响时间校准步骤包括如下步骤：所述微控制处理器发出控制信号，所述声场校准单元接收所述控制信号并通过所述功率放大单元和与所述功率放大单元相连接的外部输出设备输出声音信号作为输出信号，所述声场校准单元通过与所述声场校准单元输入端子连接的外部输入设备接收所述声音信号作为接收信号；所述声场校准单元对比、分析并计算出所述外部输出设备的混响时间；所述声场校准单元根据所述混响时间选择所述滤波器的第二滤波器系数；所述第二滤波器根据所述第二滤波器系数对所述接收信号进行滤波，校准结束。

相较于现有技术，本发明功放装置及其声场校准方法，通过增加声场校准单元和校准麦克风输入端子，对由音频输入端子或卡拉OK输入端子输入的音频信号进行声场校准，声音信号经校准麦克风输入端子输入声场校准单元，声场校准单元的校准的方法包括对非低音炮喇叭进行喇叭频率响应校准以及对低音炮喇叭进行喇叭混响时间校准，将通过声场校准单元校准得到的滤波器系数存储到存储器中，声场校准结束后，滤波器根据滤波器系数直接对各路声音信号进行过滤处理，功放装置在实现对声音信号进行放大处理的同时，实现对声音信号高保真的输出，改善听觉效果。

附图说明

图1是本发明功放装置第一实施方式的结构框图。

图2是图1所示功放装置的音频处理器的结构框图。

图3是图2所示功放装置声场校准单元的结构框图。

图4是图1所示功放装置的工作流程图。

图5是本发明声场校准单元中数字信号处理芯片的功能结构框图。

图6是本发明喇叭频率响应校准的方法示意图。

图7是图6喇叭频率响应校准模块的快速傅里叶变换算法示意图。

图8是图6喇叭频率响应校准模块的维纳滤波算法示意图。

图9是本发明喇叭混响时间校准方法示意图。

图10是图9喇叭混响时间校准的算法示意图。

图11是本发明功放装置第二实施方式的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

请参阅图1，是本发明功放装置第一实施方式所示结构方框图。所述功放装置2包括音频输入端子21、音频信号处理器23、微控制处理器25、音频输出端子27、功率放大单元28和校准麦克风输入端子29。

再请参阅图2，所述音频信号处理器23包括音频输入选择单元231、音频解码处理单元233、前置放大单元235、声场校准单元237以及音量音调平衡控制单元239。所述音频输入选择单元231、音频解码处理单元233、前置放大单元235、声场校准单元237以及所述音量音调平衡控制单元239依次串接设置。所述音频输入选择单元231的另一端电性连接于上所述音频输入端子21。所述音量音调平衡控制单元239的另一端电性连接于所述功率放大单元28。所述微控制处理器25分别电性连接于所述音频输入选择单元231、音频解码处理单元233、前置放大单元235、声场校准单元237以及所述音量音调平衡控制单元239。所述声场校准单元237电性连接于所述校准麦克风输入端子29的其中一端。所述功率放大单元28的另一端电性连接于音频输出端子25。

图3是图2所示声场校准单元237的结构框图。所述声场校准单元237包括依次串接设置的数字信号处理芯片2371、存储器2377、模数转换器2373和数模转换器2375。所述数字信号处理芯片2371串接于所述模数转换器2373和所述数模转换器2375之间，还电性连接于所述微控制处理器25和所述存储器2377。

首先提供外置麦克风(图未示)，将所述外置麦克风与所述校准麦克风端子29相连接，通过按钮(图未示)启动所述声场校准单元237。另外，有一个或多个喇叭(图未示)，所述喇叭与所述音频输出端子27相电性连接。

当所述功放装置2工作时，当声音信号自所述音频输入端子21传输至所述音频信号处理器23，所述音频输入选择单元231同时接收所述微控制处理器25产生的控制信号，对所述声音信号进行选择处理。

当经过选择的所述声音信号传输入所述音频解码处理单元233后，所述音频解码处理单元233同时接收所述微控制处理器25产生的控制信号，对所述声音信号进行解码处理。

当经过解码处理的所述声音信号传输入所述前置放大单元235后，所述前置放大单元235同时接收所述微控制处理器25产生的控制信号，对所述声音信号进行前置放大。

当经过前置放大的所述声音信号传输入所述声场校准单元237后，所述声场校准单元237同时接收所述微控制处理器25产生的控制信号，对所述声音信号进行校准处理，以去除所述声音信号中的杂讯。当与所述校准麦克风输入端子29相电性连接的外置麦克风采样取得所述音频输出端子27相电性连接的喇叭发出的声音信号时，经所述声场校准单元237进行声场校准，所述微控制处理器25判断所述声场校准单元237是否结束校准，如果结束校准，断开所述外置麦克风，所述第一滤波器101(参阅图5)或所述第二滤波器102(参阅图5)直接对所述声音信号进行过滤；当经过所述声场校准单元237处理后的所述声音信号传输入所述音量音调平衡控制单元239进行平衡控制，至此所述声音信号在所述音频信号处理器23中的处理完成；当经过所述音频信号处理器23处理后的所述声音信号传输入所述功率放大单元28进行功率放大，最终由所述音频输出端子27输出。

具体而言，图4是图1所示功放装置的工作流程图，其包括如下步骤：

步骤S11，提供待功放装置处理的声音信号，并将所述声音信号经由所述音频输入端子21传输至所述音频信号处理器23的所述前置放大单元235。

步骤S12，所述前置放大单元235对所述声音信号进行前置放大处理后，传输至所述声场校准单元237。

步骤S13，所述微控制处理器25产生控制信号控制所述音频信号处理器23的声场校准单元237，并对所述声音信号进行校准处理。

步骤S14，所述音频信号处理器23将所述声场校准处理单元237处理后的所述声音信号经由所述功率放大单元28放大后传输至所述音频输出端子27以输出。

图5是本发明声场校准单元中数字信号处理芯片的功能结构框图。所述数字信号处理芯片2371(请参阅图3)包括喇叭频率响应校准模块10和喇叭混响时间校准模块12。所述喇叭频率响应校准模块10包括第一滤波器101和信号发生以及采集分析模块103，所述喇叭混响时间校准模块包括第二滤波器102和第二信号发生以及采集分析模块104。所述微控制处理器25产生控制信号控制，控制所述喇叭频率响应校准模块10和所述喇叭混响时间校准模块12，所述数字信号处理芯片2371接收所述控制信号，从所述模数转换器2373输入信号给所述数字信号处理芯片2371，经所述喇叭频率响应校准模块10的所述第一滤波器101和所述喇叭混响时间校准模块12的所述第二滤波器102处理后由数模转换器2373输出，同时所述信号经所述第一信号发生以及采集分析模块103处理后由所述数模转换器2373输出，所述信号还同时经过所述第二信号反生以及采集分析模块104向所述模数转换器2373输出，所述第一滤波器101和所述第二滤波器102输出信号给所述存储器2377，所述存储器2377输出信号给所述第一信号发生及采集分析模块103和所述第二信号发生及采集分析模块104。

其中在步骤S13中，所述声场校准单元237的校准步骤包括喇叭频率响应校准步骤，所述步骤对非低音炮喇叭进行校准，具体如图6所示，是本发明喇叭频率响应校准的方法示意图，包括如下步骤：

步骤S21，输出信号X并接收信号Y。所述数字信号处理芯片2371经由所述数模转换器2375和所述功率放大单元28向某一个喇叭发出一段时间长度为0.5秒，覆盖频率为0Hz到10KHz的chrip信号，所述输出信号为X，其表达式是X＝sin(a*t*t+b*t)，a和b都是一个非0的常数，t是一个从0开始不断变化的数，所述声场校准单元每发出一个采样点的信号t都要增加1，直到输出信号结束。同时所述数字信号处理芯片2371通过所述外置麦克风开始接收信号，所述接收信号为Y，所述输出信号X输出结束的同时接收信号Y接收结束。具体的，a的取值范围是(0-1)，b的取值范围是(0-1)，t的变化范围由所述模数转换器2373和所述数模转换器2375的采样率而定，假如系统是48k Hz的采样率，那么t是由0-24000逐次加1增大的一个数。

步骤S22，计算输出信号X和接收信号Y的第一滤波器系数H。图7是图6喇叭频率响应校准模块的快速傅里叶变换算法示意图。所述喇叭频率响应校准模块10包括快速傅里叶变换1031、子带滤波器1010、加法器14和存储器2377。通过对所述输出信号X和所述接收信号Y经所述快速傅里叶变换1031做快速傅立叶变换后，所述数字信号处理芯片2371比较所述输出信号X和所述接收信号Y在各频段上的灵敏度差异，如，200Hz到1000Hz每100Hz比较一次，1000Hz到10000Hz每1000Hz比较一次，得到所述输出信号X和所述接收信号Y在每个频段上的所述第一滤波器101的第一滤波器系数H，例如，这里取20个滤波器系数H1到H20，所述个数的滤波器系数视情况而定。所述子带滤波器1010将所述接收信号Y分成对应所述滤波器系数个数的子带信号Y1到Y20。

步骤S23，固化第一滤波器系数H。将步骤S22中求出的所述第一滤波器系数H存储到所述存储器2377内，每个所述子带信号乘以对应的第一滤波器系数H1到H20经所述加法器14处理得到最终输出信号G，即G＝Y1*H1+Y2*H2+......+Y20*H20。

当步骤S23结束以后，所述声场校准单元237结束校准，同时所述滤波器直接对各路声音信号进行过滤。

所述第一滤波器系数H因所述功放装置2所处环境变化而变化，当所述功放装置2移至新环境时，所述声场校准单元237对声音信号进行重新校准，获得新的第一滤波器系数H，并存储到所述存储器2377中，所述第一滤波器101根据所述第一滤波器系数O直接对各路声音信号进行过滤。

本发明实施例还可以通过维纳滤波得到第一滤波器系数H。图8是图6喇叭频率响应校准模块的维纳滤波算法示意图。所述喇叭频率响应校准模块10包括维纳滤波1033和第一FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)滤波器1012。所述输出信号X和所述接收信号Y经所述维纳滤波1033处理后得到所述第一滤波器101的第一滤波器系数H，完成校准，然后所述第一FIR滤波器1012根据所述第一滤波器系数H对所述接收信号Y滤波后得到最终信号G。

在上述实施方式中，所述声场校准单元237对喇叭频率响应校准可以选择快速傅里叶变换和维纳滤波算法进行，或者二者择其一进行校准。

在步骤S13中，所述声场校准单元237的校准步骤还包括喇叭混响时间较准步骤，所述步骤对低音炮喇叭进行校准，具体如图9所示，是本发明喇叭频率混响时间校准的方法流程示意图，包括如下步骤：

步骤S31，输出单频信号P并采集信号Q。所述数字信号处理芯片2371通过所述数模转换器2375和所述功率放大单元28向某一个喇叭输出单频信号P，例如，所述单频信号P取时间为0.5秒的500Hz单频信号，同时所述数字信号处理芯片2371通过所述外置麦克风开始接收信号，输出信号结束的同时接收信号结束，这里，假设接收时间为4秒，采集到的采集信号为Q。

步骤S32，对比分析计算混响时间T。图10是图9喇叭混响时间校准的算法示意图。所述喇叭混响时间校准模块12包括比较器1035和第二FIR滤波器1013。所述比较器1035对所述单频信号P和所述采集信号Q进行比较分析，找出所述采集信号Q相比较所述单频信号P下降60分贝所需要的混响时间T，这个时间就是房间实际的混响时间。

步骤S33，由混响时间T计算第二滤波器系数O。根据实际的混响时间T，所述比较器1035从预置在所述存储器2377的第二滤波器系数中选择出达到理想混响时间所需要的第二滤波器系数O。

步骤S34，固化第二滤波器系数O。将所述第二滤波器系数O存储到所述存储器2377内。所述第二FIR滤波器1013根据所述第二滤波器系数O对所述采集信号Q滤波后得到最终信号G。

在本实施例中，当步骤S34结束以后，所述声场校准单元237结束喇叭混响时间校准步骤，然后所述第二FIR滤波器1013直接对各路声音信号进行过滤。

所述第二滤波器系数O因所述功放装置2所处环境变化而变化，当所述功放装置2移至新环境时，所述声场校准单元237对声音信号进行重新校准，获得新的第二滤波器系数O，并存储到所述存储器2377中，所述第二滤波器102根据所述第二滤波器系数O直接对各路声音信号进行过滤。

图11是本发明功放装置第二实施方式所示结构方框图。所述功放装置3与第一实施方式基本相同，唯主要区别在于：所述功放装置3还包括一卡拉OK输入端子31及一卡拉OK单元33。所述卡拉OK单元33电性连接于所述卡拉OK输入端子31及所述前置放大单元235之间。声音信号经所述卡拉OK输入端子31输入所述卡拉OK单元33，并经所述前置放大单元235放大后，传输入所述声场校准单元237进行校准，所述声音信号经所述音量音调平衡单元239处理，再经所述功率放大单元28放大后，最终由串接于所述音频输出端子27输出。当与所述校准麦克风输入端子29相电性连接的外置麦克风采样取得所述音频输出端子27相电性连接的喇叭发出的声音信号时，经所述声场校准单元237进行声场校准，所述微控制处理器25判断所述声场校准单元237是否结束校准，如果结束校准，断开所述外置麦克风，所述第一滤波器101和第二滤波器103直接对所述声音信号进行过滤。本实施方式与第一实施方式相比其优点在于它可以同时对所述音频输入端子和所述卡拉OK输入端子31输入的声音信号进行校准和过滤。

在所述功放装置3中，通过所述声场校准单元237同时对卡拉OK信号和音频信号同时进行校准处理，去除杂讯干扰，提高声音效果。

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种功放装置，包括音频输入端子、设有前置放大单元的音频信号处理器、微控制处理器、音频输出端子及功率放大单元，声音信号经由所述音频输入端子传输至所述音频信号处理器，并经所述音频信号处理器处理后传输至所述功率放大单元，经功率放大单元处理后由所述音频输出端子输出，其特征在于：所述音频信号处理器还包括校准麦克风输入端子和声场校准单元，所述声场校准单元电性连接所述校准麦克风输入端子一端，所述声场校准单元串接于所述前置放大单元与所述功率放大单元之间，所述微控制处理器产生控制信号控制所述音频信号处理器的声场校准单元对所述声音信号进行校准处理。

2.根据权利要求1所述的功放装置，其特征在于：所述声场校准单元包括喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块，所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块分别电性连接于所述微控制处理器。

3.根据权利要求2所述的功放装置，其特征在于：所述声场校准单元还包括模数转换器、数模转换器和存储器，所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块连接于所述模数转换器与所述数模转换器之间，所述存储器分别电性连接于所述喇叭频率响应校准模块和喇叭混响时间校准模块。

4.根据权利要求2所述的功放装置，其特征在于：所述喇叭频率响应校准模块中包括第一滤波器，所述喇叭混响时间校准模块中包括第二滤波器，所述声音信号从所述模数转换器输入，经所述第一滤波器处理后，再输入给所述第二滤波器处理，最后从所述模数转换器输出。

5.根据权利要求1所述的功放装置，其特征在于：所述音频信号处理器包括依次串接设置的音频输入选择单元及音频解码单元，所述音频输入选择单元及所述音频解码单元设置于所述音频输入端子与所述前置放大单元之间。

6.根据权利要求1所述的功放装置，其特征在于：所述音频信号处理器还包括卡拉OK输入端子及卡拉OK单元，所述卡拉OK单元串接于所述卡拉OK输入端子及所述前置放大单元之间。

7.一种用于如权利要求1所述的声场校准方法，包括如下步骤：

提供声音信号，并将所述声音信号经由所述音频输入端子传输至所述音频信号处理器的前置放大单元；

所述前置放大单元对声音信号进行前置放大处理后，传输至所述声场校准单元；

所述微控制处理器产生控制信号控制所述音频信号处理器的声场校准单元对所述声音信号进行校准处理；

所述音频信号处理器将校准处理单元处理后的声音信号经由所述功率放大单元传输至所述音频输出端子以输出。

8.根据权利要求7所述的声场校准方法，其特征在于：所述声场校准单元包括喇叭频率响应校准模块，在声场校准单元对所述声音信号进行校准处理步骤中，还包括所述喇叭频率响应校准模块对声音信号进行喇叭频率响应校准步骤。

9.根据权利要求7所述的声场校准方法，其特征在于：所述声场校准单元包括喇叭混响时间校准模块，在声场校准单元对所述声音信号进行校准处理步骤中，还包括所述喇叭混响时间校准模块对声音信号进行混响时间校准步骤。

10.根据权利要求8所述的声场校准方法，所述声场校准单元包括存储器和第一滤波器，其特征在于，所述喇叭频率响应校准步骤包括如下步骤：

所述微控制处理器发出控制信号，所述声场校准单元接收所述控制信号并通过所述功率放大单元和与所述功率放大单元相连接的外部输出设备输出声音信号作为输出信号，所述声场校准单元通过与所述声场校准单元输入端子连接的外部输入设备接收所述声音信号作为接收信号；

所述声场校准单元根据所述输出信号和所述接收信号计算出所述滤波器的第一滤波器系数；

所述存储器固化所述第一滤波器系数，所述第一滤波器根据所述第一滤波器系数对所述接收信号进行滤波，校准结束。

11.根据权利要求9所述的声场校准方法，所述声场校准单元包括存储器和第二滤波器，其特征在于，所述喇叭混响时间校准步骤包括如下步骤：

所述微控制处理器发出控制信号，所述声场校准单元接收所述控制信号并通过所述功率放大单元和与所述功率放大单元相连接的外部输出设备输出声音信号作为输出信号，所述声场校准单元通过与所述声场校准单元输入端子连接的外部输入设备接收所述声音信号作为接收信号；

所述声场校准单元对比、分析并计算出所述外部输出设备的混响时间；

所述声场校准单元根据所述混响时间选择所述滤波器的第二滤波器系数；

所述存储器固化所述第二滤波器系数，所述第二滤波器根据所述第二滤波器系数对所述接收信号进行滤波，校准结束。

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