CN102447446A - 基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置。均衡方法包括：1）利用传感器件拾取扬声器振动元件的运动状态信息并转换为模拟电信号；2）利用模数转换器件将反馈的模拟信号转换为数字信号；3）计算出多个级联的均衡器参数；4）利用级联均衡器对声源信号进行逐级均衡处理，消除系统频响起伏；5）将均衡后声源信号送至功率放大器，并由功放驱动扬声器发声。均衡装置包括声源、数字信号处理器、功率放大器、扬声器单元、传感器、模数转换器，各单元依次顺序连接。本发明能够实时有效的消除扬声器的频响起伏性，算法实现简单可靠，并且对系统频响变化具有很好的自适应均衡特性，提高了扬声器单元的智能化水平。

Description

基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置

技术领域

本发明涉及一种扬声器的频响均衡方法和装置，具体地说，本发明特别涉及一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置。

 

背景技术

在扬声器的生产制作过程中，因材料、结构及加工精度等各方面所存在的缺陷及障碍，会导致扬声器单元本身的频响曲线在幅度上存在着较多的峰谷同时相位上存在着一定的非线性，为了改善扬声器的频响特性，保证重放信号的真实还原，需要考虑对扬声器单元的幅度和相位响应进行均衡处理，提高幅度响应的平坦度和相位响应的线性度。

目前，中国专利ZL 200820047855.X和美国专利US 4130727、US 4739514、US 4130726中所涉及的传统的扬声器频响均衡方法， 都是基于预先测量出的扬声器频响曲线数据进行均衡器参数设计，但是在实际应用过程中扬声器自身的频响特性经常会发生改变，从而会导致先前测量的频响曲线与实际扬声器的工作频响曲线出现较大的偏差，从而造成基于先验测量频响数据所设计的均衡器在实用中出现均衡失效现象。这些基于固定参数的均衡处理方法，缺乏随系统频响变化自适应调整均衡器参数的能力，从而造成这些均衡方法在诸多实用环境中存在着较大的缺陷性。另外，这些传统的扬声器频响均衡方法，都是采用传声器接收待测扬声器单元的发射信号，进而获取扬声器单元的频响曲线数据，但是在测试过程中要扣除掉传声器本身的频响以及扬声器与传声器之间空间传播信道的响应特性对扬声器单元频响的影响因素，以便获得准确的扬声器单元频响曲线数据。这些测量实验需要使用昂贵的测量仪器和传声器单元，并且频响曲线的求取过程也较为麻烦。

为了克服传统扬声器频响曲线测量和计算过程的麻烦性以及传统方法在自适应均衡方面的缺陷性，美国专利US 5191619、US 4118600、US 5588065、US 5764781、US 6104817和US 20030194097A都提出了各种扬声器单元振动元件的运动状态拾取方法，并利用拾取的振动元件运动状态信息对系统频响进行补偿校正处理。这些方法都是将扬声器振动元件的运动状态信息作为反馈信号送至系统功放输入端，与功放输入端的源信号进行相减操作，从而达到改善扬声器系统整体频响特性的目的。这些基于运动状态反馈信息的系统频响补偿方法，并没有利用运动反馈信号进行更为深入的扬声器频响均衡处理研究，其频响补偿能力和频响补偿的自适应能力都非常有限。

针对现有的扬声器频响均衡方法所存在的缺陷和不足，需要寻找更为有效的扬声器频响均衡方法，以提高扬声器频响均衡方法的响应均衡效果同时提高均衡方法的自适应能力，并制作具有自适应频响均衡能力的扬声器系统装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有的扬声器频响均衡方法所存在的缺陷和不足，提出一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法，包括如下步骤：

    1）利用传感器件拾取扬声器振动元件的运动状态信息并转换为模拟电信号；

2）利用模数转换器将反馈的模拟信号转换为数字信号；

3）结合反馈的数字信号和迭代最小二乘准则，计算出多个级联的均衡器参数；

4）利用级联均衡器对声源信号进行逐级均衡处理，消除系统频响起伏；

5）将均衡后的声源信号送至功率放大器，并由功放驱动扬声器发声。

进一步地，步骤1）中所述传感器件的运动状态拾取方式主要分为四种：a）感应线圈拾取振动元件的运动状态信息；b）感应电容拾取振动元件的运动状态信息；c）激光拾取振动元件的运动状态信息；d）MEMS（Micro Electro Mechanical systems）加速度传感器拾取振动元件的运动状态信息。

感应线圈拾取振动元件的运动状态信息：感应线圈与音圈粘接在一起，感应线圈可以置于音圈上侧、中间或者下侧，其粘接位置可以根据扬声器的制作需要选择，感应线圈随音圈一起运动并在磁场中产生感应电流，从而拾取出音圈的运动状态信息。

感应电容拾取振动元件的运动状态信息：感应电容器的下极板固定在磁柱上，上极板粘接在扬声器的锥盆上，上极板随着锥盆一起运动，这样锥盆的运动状态将引起电容器上下极板间距的变化，从而引起电容器的电容值发生变化，从而可以基于电容容值的变化来获取扬声器的锥盆运动状态信息。

激光拾取振动元件的运动状态信息：激光拾振装置可以放置在扬声器锥盆的上方或者固定在扬声器磁柱上，其装置的粘接位置可以结合扬声器的制作工艺进行合理选择，该装置可以拾取出锥盆的运动状态信息。

MEMS加速度传感器拾取振动元件的运动状态信息：MEMS加速度传感器可以粘接在扬声器锥盆上表面、锥盆内部、锥盆的下表面、音圈上表面、音圈内部、音圈下表面等位置点处，MEMS加速度传感器的粘接位置可以根据扬声器的制作工艺进行合理选择。利用加速度传感器可以拾取出扬声器音圈或者锥盆的运动状态信息。

上述四种传感器件的运动状态拾取手段，不仅仅限于动圈扬声器的使用范围，可以推广应用于压电或者静电扬声器的振动元件运动状态拾取。

进一步地，步骤2）中所述的模数转换器件，其内部包含了对反馈电信号的调理电路，该调理电路可以对反馈信号进行适当的放大和滤波处理，在放大到足够幅度的基础上再进行模数转换处理。

进一步地，步骤3）中所述的级联的均衡器参数，其测算过程如下：

假设数字格式的输入声源信号的时域序列矢量为：

 

其中，

是声源信号时域离散序列的采样点数。假设待均衡的系统时域脉冲响应序列表达式：

其中，

为系统时域脉冲响应的序列长度。该系统脉冲响应由系统内部功率放大器和扬声器单元两部分脉冲响应合成后形成系统总体的脉冲响应，同时假定模数转换器为理想的无失真传输系统。假设声源信号经过系统功率放大器、扬声器单元、传感器和模数转换器之后获得的反馈信号时域序列矢量为：

在第1次迭代时，假定待求的均衡器时域脉冲响应序列的长度为，那么该响应序列矢量可以表示为：

反馈信号

经由待求均衡器

处理后，得到第1次均衡后的反馈信号表达式为：

结合声源信号

和第1次均衡后的反馈信号，根据最小二乘准则，计算出使声源信号

和均衡后反馈信号

之间的误差功率取最小值时的均衡器脉冲响应矢量，作为第1次迭代时设计的最优均衡器响应矢量的估计值，其表达式为： 

其中，

是

维的数据矩阵，其表达式为：

对第1次迭代后的均衡器响应矢量估计值

进行归一化处理，得到：

由归一化的均衡器响应矢量估计值

，可以构造均衡器响应矩阵的估计值

，其表达式为：

其中是

维的数据矩阵。根据第1次迭代后均衡器的响应矩阵估计值，可以得出声源信号经过第1次均衡处理后的信号表达式为：

。

作为本发明的一种优选，由于仅靠第1次迭代所获得均衡器参数值，对系统响应进行均衡处理，仍不能达到很好的均衡效果，为了提高均衡处理的响应修正精度，需要进行迭代均衡处理，迭代过程利用迭代最小二乘准则估计多个级联均衡器的响应，具体步骤包括：

假定迭代循环次数为

，在第

次迭代时，待求的预滤波器冲激响应的序列矢量定义为：

利用第

个均衡器，对经过

次均衡处理后的反馈信号进行第

次均衡处理，获得经

次均衡处理后的反馈信号为：

。

根据迭代最小二乘准则，联合声源信号和第次均衡处理后的反馈信号

，计算出使两者之间误差功率最小时，对应的第

个均衡器响应矢量，作为第

次迭代过程中，所设计的第

个均衡器响应矢量，其表达式如下：

其中，

是

维的数据矩阵，其表达式为：

。

对第

次迭代后的均衡器响应矢量估计值进行归一化处理，得到：

由归一化的均衡器响应矢量估计值

，可以构造均衡器响应矩阵的估计值

，其表达式为：

其中

是

维的数据矩阵。根据第

次迭代后均衡器响应矩阵估计值，可以得出声源信号经过第次均衡处理后的信号表达式为：

。

                        

作为本发明的又一种优选，在整个迭代的均衡器参数估计过程中，所述的迭代的均衡器参数估计过程，对其迭代循环次数的控制方式为：

首先，在第

次迭代过程结束之后，计算出经

次均衡处理后归一化的反馈信号与归一化的声源信号之间的均方根误差值，其表达式如下：

                      

然后，在第

次迭代开始之前，通过比较第

次迭代的均方根误差

与用户设定的期望均方根误差

之间的大小关系来控制迭代循环的运行；如果

，那么继续执行次迭代；如果

，则停止迭代。

进一步地，步骤5）中所述功率放大器，其具体实现分为模拟和数字两种情况。在模拟实现情况下，经迭代均衡后数字格式的声源信号，需要先经过数模转换器转换为模拟信号，再经过滤波和缓冲放大电路处理后，送至功率放大器的模拟输入端口进行信号放大。在数字实现情况下，经迭代均衡处理后数字格式的声源信号，直接送至功率放大器的数字输入端口进行信号放大。

进一步地，步骤5）中所述扬声器，其具体实现可以为动圈扬声器、压电扬声器和静电扬声器等各种电声转换装置。

本发明另一方面提供一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡装置，包括：

一声源，是系统待播放的信息；

一数字信号处理器，与声源的输出端相连接，用于计算多个级联均衡器的参数值，同时利用所计算的多个级联均衡器对声源信号进行均衡处理，提高系统幅度响应的平坦度和相位响应的线性度。

一功率放大器，与数字信号处理器的输出端相连接，用于对均衡处理后的声源信号进行功率放大，以达到驱动扬声器发声的功率要求；

一扬声器单元，与功率放大器的输出端相连接，用于对均衡处理和功率放大后的声源信号进行电声变换，在空气中还原出真实的声源信号；

一传感器，与扬声器单元的输出端相连接，用于拾取扬声器振动元件的运动状态信息；

一模数转换器，与传感器的输出端相连接，用于将传感器拾取的模拟电信号转换为数字信号，并送至数字信号处理器中。

进一步地，声源的输入信号可以为模拟格式信号和数字格式信号两种情况。在模拟格式输入情况下，声源需要通过模数转换器将模拟输入信号转换为指定字长和采样率要求的数字格式信号并送至数字信号处理器中；在数字格式输入情况下，声源需要将数字格式输入信号按照指定的字长和采样率要求转换为相应格式的数字信号并送至数字信号处理器中。

数字信号处理器内部的信号处理流程为：将声源信号和反馈信号输入到第1个LS（Least Squares）估计器，计算出第1次迭代过程的均衡器的参数，然后将声源信号和经第1次均衡处理后的反馈信号送入到第2个LS估计器，计算出第2次迭代过程的均衡器的参数，按照这一过程依次类推，可以一直计算出第K次迭代过程的均衡器K的参数。在每次迭代计算之前，都要检测声源信号和经迭代均衡处理后的反馈信号之间的误差信号大小，如果误差信号大于设定的误差值则继续进行下一次迭代处理，如果误差信号小于设定误差值，则停止迭代处理过程，将经过迭代均衡处理后的声源信号送至功率放大器的输入端。

进一步地，功率放大器可以分为模拟和数字两种实现方式，对于模拟实现方式，数字信号处理器输出的数字信号，先经过数模转换器转换为模拟信号，再经过模拟滤波器和缓冲放大器调理后，送至功率放大器进行信号的功率放大；对于数字实现方式，数字信号处理器输出的数字信号直接送至功率放大器进行信号的功率放大。

进一步地，扬声器单元的实现形式可以为动圈扬声器、压电扬声器、静电扬声器等各种电声转换装置。

进一步地，传感器可以为感应线圈、感应电容、激光拾振器、MEMS加速度传感器这四种实现形式。

进一步地，模数转换器内部包含模拟滤波器、缓冲放大器和模数转换器三部分组成。传感器拾取的模拟电信号先经过模拟滤波器进行滤波处理后，再送至缓冲放大器进行放大处理，最后再通过模数转换器转换为数字信号，将该数字信号送至数字信号处理器中。

本发明的所述一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置，适用于实时对扬声器系统频响进行均衡处理，能够在系统频响变化情况下自适应均衡响应，通过多次迭代的均衡处理过程，能够取得较好的系统频响均衡效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

A. 本发明通过直接反馈扬声器振动元件的运动状态信息进行均衡处理，不需要预先测量出扬声器系统的频响曲线数据，省去了较为麻烦的测量和计算过程，省去了昂贵的测量仪器和昂贵的传声器接收单元。

B. 本发明能够实时地对扬声器系统的频响进行均衡处理，能够跟随系统频响变化进行自适应的均衡处理。

C. 本发明通过多次迭代的均衡方法，能够有效的提高频响均衡的精度，而且这种最小二乘的迭代方法收敛速度较快，仅需要几次迭代过程就可以达到期望的均衡效果。

D. 本发明基于数字信号处理的方法，解决了扬声器系统的频响缺陷性，能够有效提高扬声器系统的频响性能和扬声器系统的智能化水平。

E. 与传统的均衡方法相比，本发明所提出的方法实现简单、运行可靠，不需要复杂的电路设计及制作，有效节省均衡装置的制作成本和时间。

F.   本发明所采用的振动拾取装置，避免了传统的基于传声器拾取声信号方法在线处理时所存在的声反馈问题，从而可以实时的进行在线的均衡处理。

附图说明

图1是根据本发明的基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法和装置的信号处理流程图；

图2是图1中的传感器所使用的感应线圈的装配结构示意图；

图3是图1中的传感器所使用的感应电容器的装配结构示意图；

图4是图1中的传感器所使用的激光拾振装置的装配结构示意图；

图5是图1中的传感器所使用的MEMS加速度传感器的装配结构示意图；

图6是根据本发明的均衡方法所采用的多次迭代均衡过程的信号处理流程图；

图7是根据本发明的均衡装置所采用的信号处理器所执行的多次迭代计算均衡器参数的信号处理流程图；

图8是根据本发明的均衡装置所采用的功率放大器的实现方式示意图；

图9是根据本发明的均衡装置所采用的模数转换器的实现方式示意图；

图10是本发明一实施例的输入声源信号的时域波形图；

图11是本发明一实施例的输入声源信号的频域幅度谱曲线图；

图12是本发明一实施例的扬声器系统时域脉冲响应的波形图；

图13是本发明一实施例的扬声器系统幅频响应的曲线图；

图14是本发明一实施例的系统未施加均衡处理和系统经过第1次迭代均衡处理之后两种情况下系统幅频响应的对比曲线图；

图15是本发明一实施例的迭代均衡过程中误差随迭代次数变化的曲线图；

图16是本发明一实施例的系统未施加均衡处理、系统经过第1次迭代均衡处理之后和系统经过第10次迭代均衡处理之后三种情况下系统幅频响应的对比曲线图。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明首先通过传感器拾取扬声器系统的运动状态信号并转换为模拟电信号，然后再通过模数转换器将反馈的模拟电信号转换为数字信号并送至数字信号处理器中，在数字信号处理器中，结合声源信号和反馈信号，利用迭代的最小二乘估计方法，计算出多个级联均衡器的参数值，最后将声源信号通过多个级联均衡器处理后再送至功率放大器进行放大后驱动扬声器单元发声。

如图1所示的依据本发明的基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡装置，其主体由声源1、数字信号处理器2、功率放大器3、扬声器单元4、传感器5、模数转换器6等组成。声源1与所述数字信号处理器2的输入端连接，用于将待播放信号转换为制定字长和采样率的数字信号；数字信号处理器2的输入端与声源1的输出端和模数转换器6的输出端连接，用于估计多次迭代的多个级联均衡器参数值，并利用所设计的多个级联均衡器对声源1进行均衡处理，并将均衡处理后的声源信号送至功率放大器3；功率放大器3对均衡后声源信号进行放大，并驱动扬声器单元4发声；扬声器单元4的输出端与传感器5的输入端连接，由传感器5拾取扬声器单元4 的运动状态信息并转换为模拟电信号；模数转换器6将传感器5送入的模拟电信号转换为数字信号，并送至数字信号处理器2中。

传感器件的运动状态拾取方式主要分为四种：a）感应线圈拾取振动元件的运动状态信息；b）感应电容拾取振动元件的运动状态信息；c）激光拾取振动元件的运动状态信息；d）MEMS（Micro Electro Mechanical systems）加速度传感器拾取振动元件的运动状态信息。

感应线圈拾取振动元件的运动状态信息如图2所示，感应线圈与音圈粘接在一起，感应线圈可以置于音圈上侧、中间或者下侧，其粘接位置可以根据扬声器的制作需要选择，感应线圈随音圈一起运动并在磁场中产生感应电流，从而拾取出音圈的运动状态信息。

感应电容拾取振动元件的运动状态信息如图3所示，感应电容器的下极板固定在磁柱上，上极板粘接在扬声器的锥盆上，上极板随着锥盆一起运动，这样锥盆的运动状态将引起电容器上下极板间距的变化，从而引起电容器的电容值发生变化，从而可以基于电容容值的变化来获取扬声器的锥盆运动状态信息。

激光拾取振动元件的运动状态信息如图4所示，激光拾振装置可以放置在扬声器锥盆的上方或者固定在扬声器磁柱上，其装置的粘接位置可以结合扬声器的制作工艺进行合理选择，该装置可以拾取出锥盆的运动状态信息。

MEMS加速度传感器拾取振动元件的运动状态信息如图5所示，MEMS加速度传感器可以粘接在扬声器锥盆上表面、锥盆内部、锥盆的下表面、音圈上表面、音圈内部、音圈下表面等位置点处，MEMS加速度传感器的粘接位置可以根据扬声器的制作工艺进行合理选择。利用加速度传感器可以拾取出扬声器音圈或者锥盆的运动状态信息。

级联均衡器的参数值，其测算过程如下：

假设数字格式的输入声源信号的时域序列矢量为：

                         

其中，

是声源信号时域离散序列的采样点数。假设待均衡的系统时域脉冲响应序列表达式：

其中，

为系统时域脉冲响应的序列长度。该系统脉冲响应由系统内部功率放大器和扬声器单元两部分脉冲响应合成后形成系统总体的脉冲响应，同时假定模数转换器为理想的无失真传输系统。假设声源信号经过系统功率放大器、扬声器单元、传感器和模数转换器之后获得的反馈信号时域序列矢量为：

如图6所示，在第1次迭代时，假定待求的均衡器时域脉冲响应序列的长度为，那么该响应序列矢量可以表示为：

                  

反馈信号

经由待求均衡器

处理后，得到第1次均衡后的反馈信号表达式为：

结合声源信号

和第1次均衡后的反馈信号

，根据最小二乘准则，计算出使声源信号

和均衡后反馈信号

之间的误差功率取最小值时的均衡器脉冲响应矢量，作为第1次迭代时设计的最优均衡器响应矢量的估计值，其表达式为： 

其中，

是

维的数据矩阵，其表达式为：

对第1次迭代后的均衡器响应矢量估计值

进行归一化处理，得到：

由归一化的均衡器响应矢量估计值

，可以构造均衡器响应矩阵的估计值

，其表达式为：

其中

是

维的数据矩阵。根据第1次迭代后均衡器的响应矩阵估计值，可以得出声源信号经过第1次均衡处理后的信号表达式为：

。

作为本发明的一种优选，由于仅靠第1次迭代所获得均衡器参数值，对系统响应进行均衡处理，仍不能达到很好的均衡效果，为了提高均衡处理的响应修正精度，如图6所示，需要进行迭代均衡处理。

数字信号处理器内部的信号处理流程如图7所示，将声源信号和反馈信号输入到第1个LS（Least Squares）估计器，计算出第1次迭代过程的均衡器的参数，然后将声源信号和经第1次均衡处理后的反馈信号送入到第2个LS估计器，计算出第2次迭代过程的均衡器的参数，按照这一过程依次类推，可以一直计算出第K次迭代过程的均衡器K的参数。在每次迭代计算之前，都要检测声源信号和经迭代均衡处理后的反馈信号之间的误差信号大小，如果误差信号大于设定的误差值则继续进行下一次迭代处理，如果误差信号小于设定误差值，则停止迭代处理过程，将经过迭代均衡处理后的声源信号送至功率放大器的输入端。

功率放大器可以分为模拟和数字两种实现方式，模拟实现方式如图8所示，数字信号处理器输出的数字信号，先经过数模转换器转换为模拟信号，再经过模拟滤波器和缓冲放大器调理后，送至功率放大器进行信号的功率放大；对于数字实现方式，数字信号处理器输出的数字信号直接送至功率放大器进行信号的功率放大。

模数转换器的实施方式可以参照图9所示，模数转换器6内部包含模拟滤波器、缓冲放大器和模数转换器，传感器5拾取的模拟电信号先经过模拟滤波器进行滤波处理，再送至缓冲放大器进行放大处理，最后再通过模数转换器转换为数字信号，将该数字信号送至数字信号处理器2中。

下面结合附图和一实施例对本发明进行详细地说明。

在本实施例中，声源信号假定为均值为0、方差为1的白高斯噪声信号，其时域序列长度为2048点，采样间隔为19.531微秒，采样率为51.2 KHz，其时域波形和频域谱线如图10和11所示。假设扬声器系统的时域脉冲响应序列的长度为170点，其时域波形和频域谱线如图12和13所示。传声器的反馈信号为声源信号与扬声器系统脉冲响应的卷积结果。

假设均衡器的长度为400点，在第1次迭代均衡完成之后，对比系统均衡前后的频响曲线，如图14所示。从图中可以看出，经过均衡器处理之后，系统频响的幅度谱得到了很好的校正，系统整个频带的幅度谱保持平坦，具有较好的频响特性。

为了观察多次迭代均衡的效果，我们设定迭代次数为10次，观察多次迭代均衡处理后归一化的反馈信号与归一化的声源信号之间的均方根误差大小，图15给出了误差大小随迭代次数变化的曲线。观察该曲线可以看出，在第1次迭代之后，系统频响均衡已经取得了较为精确的结果，在随后的迭代处理过程中，系统频响的均衡效果又进一步得到提高，在第3次均衡之后，系统频响均衡结果趋于稳定，这说明该迭代算法具有较快的收敛速度。图16给出了未施加均衡、第1次迭代均衡和第10次迭代均衡三种情况下，系统频响曲线的对比图，从图中也可以看出第1次迭代均衡之后，系统频响曲线取得了较好的均衡效果，但是仍有小量的幅度起伏，在第10次迭代均衡之后，系统频响曲线的小量幅度起伏得到了消除，这说明了通过迭代均衡操作，系统频响的均衡效果得到了提高。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (16)

1.一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡方法，包括如下步骤：

1）利用传感器件拾取扬声器振动元件的运动状态信息并转换为模拟电信号；

2）利用模数转换器将反馈的模拟信号转换为数字信号；

3）结合反馈的数字信号和迭代最小二乘准则，计算出多个级联的均衡器参数；

4）利用级联均衡器对声源信号进行逐级均衡处理，消除系统频响起伏；

5）将均衡后的声源信号送至功率放大器，并由功放驱动扬声器发声。

2.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：步骤1）中的传感器件拾取运动状态的方式包括以下几种：a）感应线圈拾取振动元件的运动状态信息；b）感应电容拾取振动元件的运动状态信息；c）激光拾取振动元件的运动状态信息；d）MEMS加速度传感器拾取振动元件的运动状态信息。

3.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：步骤2）中所述的模数转换器件，其内部包含了对反馈电信号的调理电路，该调理电路用于对反馈信号进行适当的放大和滤波处理，在放大到足够幅度的基础上再进行模数转换处理。

4.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：步骤3）中所述的级联的均衡器参数，其测算方法包括：数字格式的输入声源信号的时域序列矢量为                                                                          

其中，

是声源信号时域离散序列的采样点数；

待均衡的系统时域脉冲响应序列表达式为，其中，

为系统时域脉冲响应的序列长度；

该系统脉冲响应由系统内部功率放大器和扬声器单元两部分脉冲响应合成后形成系统总体的脉冲响应，同时假定模数转换器为理想的无失真传输系统；

假设声源信号经过系统功率放大器、扬声器单元、传感器和模数转换器之后获得的反馈信号时域序列矢量为：

在第1次迭代时，待求的均衡器时域脉冲响应序列的长度为

，该响应序列矢量为

，反馈信号

经由待求均衡器

处理后，得到第1次均衡后的反馈信号表达式为：

结合声源信号

和第1次均衡后的反馈信号

，根据最小二乘准则，计算出使声源信号

和均衡后反馈信号之间的误差功率取最小值时的均衡器脉冲响应矢量，作为第1次迭代时设计的最优均衡器响应矢量的估计值，其表达式为： 

其中，

是

维的数据矩阵，其表达式为：

，

对第1次迭代后的均衡器响应矢量估计值

进行归一化处理，得到：

由归一化的均衡器响应矢量估计值

，可以构造均衡器响应矩阵的估计值

，其表达式为：

，

其中

是

维的数据矩阵；

根据第1次迭代后均衡器的响应矩阵估计值，得出声源信号经过第1次均衡处理后的信号表达式为：

。

5.根据权利要求4所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：声源信号经过迭代均衡处理，迭代过程利用迭代最小二乘法则测算多个级联均衡器的均衡器参数值，包括：在第

次迭代时，待求的预滤波器冲激响应的序列矢量定义为：

，                   

利用第

个均衡器，对经过

次均衡处理后的反馈信号进行第

次均衡处理，获得经

次均衡处理后的反馈信号为：

；

根据迭代最小二乘准则，联合声源信号和第

次均衡处理后的反馈信号

，计算出使两者之间误差功率最小时对应的第

个均衡器响应矢量，作为第

次迭代过程中，所设计的第

个均衡器响应矢量，其表达式如下：

其中，是维的数据矩阵，其表达式为：

；

对第

次迭代后的均衡器响应矢量估计值

进行归一化处理，得到：

由归一化的均衡器响应矢量估计值，可以构造均衡器响应矩阵的估计值

，其表达式为：

，

其中

是

维的数据矩阵；

根据第

次迭代后均衡器响应矩阵估计值，可以得出声源信号经过第

次均衡处理后的信号表达式为：

。

6.根据权利要求5所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：迭代的均衡器参数测算过程，对其迭代循环次数的控制方式为：

首先，在第次迭代过程结束之后，计算出经

次均衡处理后归一化的反馈信号与归一化的声源信号之间的均方根误差值，其表达式如下：

；                     

然后，在第

次迭代开始之前，通过比较第

次迭代的均方根误差

与用户设定的期望均方根误差

之间的大小关系来控制迭代循环的运行；如果

，那么继续执行

次迭代；如果

，则停止迭代。

7.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：步骤5）中所述的功率放大器为模拟实现，经迭代均衡后数字格式的声源信号，先经过数模转换器转换为模拟信号，再经过滤波和缓冲放大电路处理后，送至功率放大器的模拟输入端口进行信号放大。

8.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于：功率放大器为数字实现，经迭代均衡处理后数字格式的声源信号，直接送至功率放大器的数字输入端口进行信号放大。

9.根据权利要求1所述的扬声器频响均衡方法，其特征在于，步骤5）中所述的扬声器为动圈扬声器、压电扬声器或静电扬声器。

10.一种基于振动元件运动状态反馈的扬声器频响均衡装置，其特征在于包括：

一声源（1），是系统待播放的信息；

一数字信号处理器（2），其与声源（1）的输出端相连接，用于计算多个级联均衡器的参数值，同时利用所计算的多个级联均衡器对声源信号进行均衡处理，提高系统幅度响应的平坦度和相位响应的线性度；

一功率放大器（3），其与数字信号处理器（2）的输出端相连接，用于对均衡处理后的声源信号进行功率放大，以达到驱动扬声器发声的功率要求；

一扬声器单元（4），其与功率放大器（3）的输出端相连接，用于对均衡处理和功率放大后的声源信号进行电声变换，在空气中还原出真实的声源信号；

一传感器（5），其与扬声器单元（4）的输出端相连接，用于拾取扬声器振动元件的运动状态信息；

一模数转换器（6），其与传感器（5）的输出端相连接，用于将传感器拾取的模拟电信号转换为数字信号，并送至数字信号处理器（2）中。

11.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：声源（1）的输入信号为模拟格式信号，声源（1）通过模数转换器将模拟输入信号转换为指定字长和采样率要求的数字格式信号并送至数字信号处理器（2）中。

12.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：声源（1）的输入信号为数字格式信号，声源（1）将数字格式输入信号按照指定的字长和采样率要求转换为相应格式的数字信号并送至数字信号处理器（2）中。

13.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：功率放大器（3）为模拟实现，数字信号处理器（2）输出的数字信号，先经过数模转换器转换为模拟信号，再经过模拟滤波器和缓冲放大器调理，然后送至功率放大器（3）进行信号的功率放大。

14.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：所述扬声器单元（4）的为动圈扬声器、压电扬声器或静电扬声器。

15.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：所述传感器（5）为感应线圈、感应电容、激光拾振器或MEMS加速度传感器。

16.根据权利要求10所述的扬声器频响均衡装置，其特征在于：模数转换器（6）内部包含模拟滤波器、缓冲放大器和模数转换器，传感器（5）拾取的模拟电信号先经过模拟滤波器进行滤波处理，再送至缓冲放大器进行放大处理，最后再通过模数转换器转换为数字信号，将该数字信号送至数字信号处理器（2）中。

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