CN103051301B - 一种低音增强器、低音增强方法以及发声设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低音增强器、低音增强方法以及发声设备。本发明实施例提供的低音增强器包括音频输入缓冲器、带通滤波器、电子音量调节器、MCU、峰值采集器和比例加法器。其中，音频输入缓冲器将原始音频信号缓冲后输出至带通滤波器；带通滤波器提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；电子音量调节器对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及在多次循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；峰值采集器采集电子音量调节器输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU；MCU根据数字信号生成控制信号；比例加法器将输入的各信号分别与原始音频信号合成后逐次输出。

Description

一种低音增强器、低音增强方法以及发声设备

技术领域

本发明涉及音频电子产品领域，特别涉及一种低音增强器、低音增强方法以及发声设备。

背景技术

低音增强是一种可以专门对音频数据中的低音做处理以增强低音效果的技术。现有的低音增强技术主要有压缩量为固定值的固定低音增强方式和压缩量可以变化的动态低音增强方式。

然而，在固定低音增强方式下，当出现大信号时容易造成信号消波，严重影响了音频质量，现有的动态低音增强方式虽然能够一定程度上缓解消波问题，然而现有动态低音增强方式，对动态压缩时间以及压缩量等的调整复杂，调节难度过大，增强后的低音的力度和弹性都出现了明显的失真，显著影响了低音质量，导致低音重放效果较差。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的低音增强器、低音增强方法以及发声设备。

为达到上述目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

本发明一个实施例提供了一种低音增强器，包括：音频输入缓冲器、带通滤波器、电子音量调节器、MCU、峰值采集器和比例加法器，

其中，音频输入缓冲器的输入端和比例加法器的输入端接入原始音频信号，音频输入缓冲器的输出端连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端和MCU的输出端连接至电子音量调节器，电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接，峰值采集器的输出端连接至MCU的输入端；

音频输入缓冲器，将原始音频信号缓冲后输出至带通滤波器；

带通滤波器，对输入的信号进行滤波，提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；

电子音量调节器，对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

峰值采集器，采集电子音量调节器输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU；

MCU，根据数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器；

比例加法器，将初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与原始音频信号合成后逐次输出。

上述低音增强器还包括音频输出缓冲器，电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接包括：

电子音量调节器的输出端连接至音频输出缓冲器的输入端，以及音频输出缓冲器的输出端分别连接至峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端；

音频输出缓冲器，对输入的低音信号进行缓冲；

峰值采集器，从音频输出缓冲器中采集信号的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU。

本发明又一实施例提供的一种发声设备包括上述低音增强器、直接或间接连接至低音增强器的比例加法器输出端的功率放大器以及连接在功率放大器输出端的扬声器。

进一步的，上述发声设备还包括音频失真调整控制器，该音频失真调整控制器包括：第二MCU、第二电子音量调节器和失真信号采集器，其中，

比例加法器的输出端和第二MCU的输出端连接至第二电子音量调节器的输入端，第二电子音量调节器的输出端连接至功率放大器的输入端，功率放大器的输出端与失真信号采集器的输入端和扬声器的输入端相连接，失真信号采集器的输出端连接至第二MCU的输入端；

第二电子音量调节器，对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据第二MCU的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

功率放大器，对输入信号的功率进行放大；

失真信号采集器，采集功率放大器输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至第二MCU；

第二MCU，根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号输出至第二电子音量调节器；

扬声器，将初始功率放大信号、每次二级循环中输出的信号分别逐次输出。

本发明又一实施例提供的一种发声设备，包括：前级电子音量调节器、音频输入缓冲器、带通滤波器、电子音量调节器、微处理器MCU、峰值采集器、比例加法器、功率放大器、失真信号采集器和扬声器，

前级电子音量调节器的输入端接入原始音频信号，

前级电子音量调节器的输出端连接至音频输入缓冲器的输入端和比例加法器的输入端，

音频输入缓冲器的输出端连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端和MCU的输出端连接至电子音量调节器，MCU的输出端还连接至前级电子音量调节器的输入端，

电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接，峰值采集器的输出端和失真信号采集器的输出端连接至MCU的输入端，

比例加法器的输出端连接至功率放大器的输入端，功率放大器的输出端与失真信号采集器的输入端和扬声器相连接，失真信号采集器的输出端连接至MCU的输入端，其中，

前级电子音量调节器，对当前原始音频信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据MCU的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

音频输入缓冲器，将输入信号缓冲后输出至带通滤波器；

带通滤波器，对输入的信号进行滤波，提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；

电子音量调节器，对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据MCU的控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

峰值采集器，采集电子音量调节器输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU；

失真信号采集器，采集功率放大器输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至MCU；

MCU，根据来自峰值采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器，以及根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至前级电子音量调节器；

比例加法器，将来自电子音量调节器的信号和来自前级电子音量调节器的信号进行合成；

功率放大器，对输入信号的功率进行放大；

扬声器，将初始功率放大信号、每次二级循环中输出的信号分别逐次输出。

上述低音增强器还包括音频输出缓冲器，电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接包括：

电子音量调节器的输出端连接至音频输出缓冲器的输入端，以及音频输出缓冲器的输出端分别连接至峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端；

音频输出缓冲器，对输入的低音信号进行缓冲；

峰值采集器，从音频输出缓冲器中采集信号的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU。

由上所述，本发明实施例利用MCU、峰值采集器和电子音量调节器，对不同低音信号调整的幅度不同，能够在低音增强时动态改变调节量，从而实现一种新型的动态低音增强方式，解决了大信号时易消波的问题，并且，本方案中通过改变峰值采集器的采集频率、采集条件，或改变电子音量调节器使用的比例控制量、触发条件等，即可实现对动态压缩时间以及压缩量的调整，显著降低了调节难度，提高了调节的灵活性，从而提高了增强后低音的音频质量，改善了调整后低音重放的效果，尤其是能够获得较佳的低频听感力度。

并且，本实施例能够采用多次循环处理对大信号逐级进行调整，调整后的信号波动相对缓和，调整后低音信号的弹性较好。

本发明又一实施例还提供了一种低音增强方法，包括：

对原始音频信号进行滤波，提取出低音信号；

按照设定增益对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号；

根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数；

以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

将初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与原始音频信号合成后逐次输出。

其中，采集初始调整信号以及循环输出的信号中符合采集条件的音频点，该采集条件为信号的幅度值大于当前低音信号与预定动态调整量之和；当单元时间内音频点的数量超过数量阈值时满足循环的触发条件，启动循环；

其中，上述循环控制规则包括：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到。

进一步的，在将初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与原始音频信号合成后输出之后，该方法还包括：

按照设定增益对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号；

对二级调整信号的功率进行放大，得到初始功率放大信号；

根据当前合成信号、初始功率放大信号和二级循环控制规则，获取对当前合成信号的二级调整次数；

以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

将初始功率放大信号、每次二级循环中输出的信号分别逐次输出至扬声器。

其中，该方法还包括：采集初始功率放大信号以及二级循环输出的信号中符合二级采集条件的音频点，二级采集条件为信号的失真度大于失真度阈值；当单元时间内音频点的数量超过二级数量阈值时满足二级循环的触发条件，启动二级循环；

上述二级循环控制规则包括：当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量相等时，二级调整次数为零；当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量不相等时，二级调整次数由该差值与预定二级动态调整量作差之后除以二级比例控制量得到。

由上所述，本发明实施例通过设置调整次数以及循环中使用的比例控制量等技术手段，对不同低音信号调整的幅度不同，能够在低音增强时动态改变调节量，从而实现一种新型的动态低音增强方式，解决了大信号时易消波的问题，并且，本方案中通过改变循环控制规则，或改变比例控制量、触发条件等，即可实现对动态压缩时间以及压缩量的调整，显著降低了调节难度，提高了调节的灵活性，从而提高了增强后低音的音频质量，改善了调整后低音重放的效果，尤其是能够获得较佳的低频听感力度。

并且，本实施例能够采用多次循环处理对大信号逐级进行调整，调整后的信号波动相对缓和，调整后低音信号的弹性较好。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种低音增强器的结构图；

图2为本发明另一个实施例提供的发声设备中音频失真调整控制器的结构图；

图3为本发明又一个实施例提供的发声设备的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明一个实施例提供的一种低音增强器，参见图1，包括：音频输入缓冲器110、带通滤波器(Band Pass Filter，BPF)111、电子音量调节器(E-VOLUME)112、微处理器(Micro Control Unit，MCU)113、峰值采集器114和比例加法器115。

音频输入缓冲器110的输入端和比例加法器115的输入端接入原始音频信号，音频输入缓冲器110的输出端连接至带通滤波器111的输入端，带通滤波器111的输出端和MCU113的输出端连接至电子音量调节器112，电子音量调节器112的输出端与峰值采集器114的输入端以及比例加法器115的输入端相连接，峰值采集器114的输出端连接至MCU113的输入端。

由上可见，音频输入缓冲器110、带通滤波器111、电子音量调节器112、MCU113和峰值采集器114位于第一支路中，主要在该条支路中对音频信号中的低音部分进行调整，而比例加法器115位于第二支路中，该支路上直接将原始音频信号接入至比例加法器115。

进一步的，图1所示的场景中，低音增强器还可以包括音频输出缓冲器116，则电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接的方式具体为：电子音量调节器112的输出端连接至音频输出缓冲器116的输入端，以及音频输出缓冲器116的输出端分别连接至峰值采集器114的输入端以及比例加法器115的输入端。

音频输入缓冲器110将原始音频信号缓冲后输出至带通滤波器111。本实施例中设置音频输入缓冲器110的原因主要在于：由于在第一支路中插入了一级BPF器件，给电路带来了损耗，利用音频输入缓冲器110补偿电路损耗；并且，第一支路和第二支路中分别存在输入阻抗，而信号输入源处有输出阻抗，使用该音频输入缓冲器110以实现阻抗匹配。由上，本实施例通过音频输入缓冲器110能够实现对音频信号的隔离和缓冲。

带通滤波器111对输入至带通滤波器111的信号进行滤波，提取出需要的低音频段中的低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器112；

电子音量调节器112对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，即将上一次循环的输出信号作为当前循环的输入信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数。

电子音量调节器112对当前接收到的低音信号，会按照一个设定增益对该当前低音信号进行增强，选取该设定增益的一个方式可以如下：

若设定低音增强器中允许的最大动态调整量为Max，低音增强器输出的低音正常量为Normal，则设定增益为(Max+Normal)/Normal的数值。

例如，为得到较佳的听感，最大动态调整量Max的取值可以为15dB，Normal的取值可以为20dB，则设定增益为1.75。按照这一设定增益，若电子音量调节器112接收到的当前低音信号的幅度为30dB(大信号)，则对该信号的电平幅度调整后的信号幅度为52.5dB，即对该信号调整后得到的初始调整信号为52.5dB。

峰值采集器114采集电子音量调节器112输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU。峰值采集器114会持续对电子音量调节器112输出的信号进行实时微分量化，采集出符合采集条件的音频点，该采集条件为信号的幅度值大于当前低音信号与预定动态调整量之和。该预定动态调整量可以为上述最大动态调整量Max，例如，仍以上述电子音量调节器112输出的初始调整信号为52.5dB为例，当前低音信号与预定动态调整量之和为30dB+15dB＝45dB，而52.5dB大于45dB，则满足采集条件，对该初始调整信号进行采集。对于电子音量调节器112在每次循环过程中输出的信号，也采用上述相同的方式判断该信号是否满足采集条件，在满足采集条件时，执行采集操作。

可以理解，由于峰值采集器114和电子音量调节器112之间具有连接，峰值采集器114能够从电路中获取到当前低音信号的幅度大小以及当前低音信号被电子音量调节器112一次或多次循环处理后的幅度大小。

本实施例中可以按照PID(比例-微分-积分)方式由MCU113控制峰值采集器114和电子音量调节器112的操作，例如，由峰值采集器114对增强后的超设定值(当前低音信号与最大动态调整量之和)的低频信号进行实时微分量化，然后送入MCU113进行时域积分，积分单元时间设定为1S，在单元时间内峰值采集器114以2.5ms时间进行点数积分，即峰值采集器114可以每隔2.5ms在音频输出缓冲器116中执行一次采集，若采集时的信号满足采集条件，则采集该音频点，并将记录的积分点数加1，否则，不对该音频点进行采集，积分点数不变。当在一个积分单元时间内记录的音频点的数量(积分点数的数值)超过数量阈值(如30)时，满足循环的触发条件，MCU113向电子音量调节器112发送一个控制信号，该控制信号可以指示电子音量调节器112按照比例控制量(如该比例控制量可以在0.5dB-1.5dB范围中选取)调整当前低音信号(或是当前低音信号经一次或多次循环逐级处理后的信号)的电平幅度，当需要对当前低音信号进行多次循环处理时，上述控制信号也即启动一个新循环的触发信号。

峰值采集器114可以根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数，该循环控制规则的示例可以为：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到。

仍以上述例子说明，当前低音信号的幅度为20dB，初始调整信号的幅度为35dB时，由于两者之间的差值15dB与预定动态调整量15dB相等，则调整次数为零，不对该低音信号进行调整。若当前低音信号的幅度为30dB，初始调整信号的幅度为52.5dB时，由于两者之间的差值22.5dB与预定动态调整量15dB不相同，则当比例控制量为0.5dB时，则调整次数为差值减去预定动态调整量的数值与比例控制量的比值，即(22.5-15)/0.5＝15，需要对该低音信号逐级循环调整15次。

可以理解，对于幅度较小的信号，计算调整次数的方式与上述相同，例如，若当前低音信号的幅度为10dB，相应的初始调整信号的幅度为17.5dB，两者之间的差值7.5dB与预定动态调整量15dB之差为7.5，则得到的调整次数为7.5/0.5＝15次。

对于大信号，电子音量调节器112可以每次循环按照比例控制量对大信号的幅度进行减少直至满足预定动态调整量，对于小信号，电子音量调节器112可以每次循环按照比例控制量对大信号的幅度进行增大直至满足预定动态调整量。

MCU113根据来自电子音量调节器112的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器。MCU113作为电路中的主控设备，负责PID操作的运行及相关智能控制。

比例加法器115将初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与原始音频信号合成后逐次输出。比例加法器115接收到初始调整信号时，将该初始调整信号与原始音频信号合成后输出，当需要执行循环，后续比例加法器115又逐次接收到各个循环输出的低频信号时，依次将每个循环输出的低音信号与原始音频信号合成并输出。

这种处理方式，对一个幅度较大的低音信号，逐级有层次地降低幅度，而对一个幅度较小的低音信号，逐级有层次地增加幅度，从而使低音增强器最终输出音频信号中的低音有较好的弹性。

上述音频输出缓冲器116对输入的低音信号进行缓冲，音频输出缓冲器116可以对电平音量调节器112输出的信号进行进一步的电平匹配，并对信号进行隔离和缓冲，在一些场景中，音频输出缓冲器116可以省略，而由高性能的电平音量调节器112执行相应操作。当存在音频输出缓冲器116时，峰值采集器114从音频输出缓冲器116中采集信号的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU。

本发明另一个实施例提供的发声设备中包含图1示出的实施例中的低音增强器、直接或间接连接至低音增强器的比例加法器输出端的功率放大器214以及连接在功率放大器214输出端的扬声器215。该发声设备对低音增强器输出的信号，进行功率放大后，送入扬声器进行输出。

进一步的，本实施例的发声设备还包括音频失真调整控制器，该音频失真调整控制器包括：第二MCU、第二电子音量调节器和失真信号采集器，

在电路实现上，本实施例的发声设备除了包含图1中的器件之外，参见图2，还连接有第二MCU211、第二电子音量调节器212、失真信号采集器213、功率放大器214和扬声器215。

比例加法器115的输出端和第二MCU211的输出端连接至第二电子音量调节器212的输入端，第二电子音量调节器212的输出端连接至功率放大器214的输入端，功率放大器214的输出端与失真信号采集器213的输入端和扬声器215的输入端相连接，失真信号采集器213的输出端连接至第二MCU211的输入端。

比例加法器115将合成后的信号输出至第二电子音量调节器212。

第二电子音量调节器212，对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据第二MCU211的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，即将上一次二级循环的输出信号作为当前二级循环的输入信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数，其中，上述初始功率放大信号是利用功率放大器214对二级调整信号功率放大后得到的。

第二电子音量调节器212对当前接收到的合成信号，会按照一个设定增益对该当前合成信号进行增强，选取该设定增益的一个方式可以如下：

若设定音频失真调整控制器中允许的最大动态调整量为Max，音频失真调整控制器输出的音频正常量为Normal，则设定增益为(Max+Normal)/Normal的数值。

例如，为得到较佳的听感，在调整功率时最大动态调整量Max的取值可以为20dB，若Normal的取值为20dB时，则设定增益为2。按照这一设定增益，若第二电子音量调节器212接收到的当前合成信号的幅度为30dB，则对该信号的电平幅度调整后的信号幅度为60dB，即对该信号调整后得到的二级调整信号为60dB。

功率放大器214，对输入信号的功率进行放大。该功率放大器214可以采用A类功率放大器、AB类功率放大器、D类功率放大器、T类功率放大器。功率放大器214对上述二级调整信号的功率进行放大，得到初始功率放大信号。

第二MCU211，根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号输出至第二电子音量调节器212。

失真信号采集器213，采集功率放大器214输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至第二MCU211。失真信号采集器213会持续对功率放大器214输出的信号进行实时微分量化，采集出符合采集条件的音频点，该采集条件为信号的失真度大于失真度阈值。本实施例中以信号波形中的波峰在失真位置的波形宽度衡量失真度，则失真度阈值为宽度阈值，若初始功率放大信号的波峰顶部失真位置的波形宽度超过宽度阈值，则满足采集条件，对该初始功率放大信号进行采集。对于第二电子音量调节器212在每级二次循环中输出的信号，将该信号经由功率放大器214执行功率放大后，由失真信号采集器213采用上述相同的方式判断该信号是否满足采集条件，在满足采集条件时，执行采集操作。

本实施例中可以按照PID方式由第二MCU211控制失真信号采集器213和第二电子音量调节器212的操作，例如，由失真信号采集器213对功率放大后的超过失真度阈值的音频信号进行实时微分量化，然后送入第二MCU211进行时域积分，积分单元时间设定为1s，在单元时间内失真信号采集器213以5ms时间进行点数积分，即失真信号采集器213可以每隔5ms从功率放大器214中执行一次采集，若采集时的信号满足采集条件，则采集该音频点，并将记录的积分点数加1，否则，不对该音频点进行采集，积分点数不变。当在一个积分单元时间内记录的音频点的数量(积分点数的数值)超过二级数量阈值(如30)时，满足二级循环的触发条件，第二MCU211向第二电子音量调节器212发送一个控制信号，该控制信号可以指示第二电子音量调节器212按照比例控制量(如该比例控制量可以在0.5dB-1.5dB范围中选取)调整当前音频信号(或是当前音频信号经一次或多次循环逐级处理后的信号)的功率，当需要对当前音频信号进行多次循环处理时，上述控制信号也即启动一个新循环的触发信号。

失真信号采集器213根据当前合成信号、初始功率放大信号和二级循环控制规则，获取对当前合成信号的二级调整次数。该二级循环控制规则包括：当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量相等时，二级调整次数为零；当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量不相等时，二级调整次数由该差值与预定二级动态调整量作差之后除以二级比例控制量得到。例如，若预定二级动态调整量设定为20dB，而当前合成信号的幅度为30dB，功率放大后得到的初始调整信号的幅度为75dB时，则由于两者之间的差值45dB与预定二级动态调整量20dB不相同，则当比例控制量为1dB时，则调整次数为差值减去预定二级动态调整量的数值与比例控制量的比值，即(45-20)/1＝25，需要对该音频信号逐级循环调整25次。

第二电子音量调节器212以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到当前处理的合成信号的二级调整次数。

第二电子音量调节器212对当前合成信号调整后得到的二级调整信号以及对当前合成信号二级循环处理后输出的信号，都被送至功率放大器214中，再分别输出至扬声器215，由扬声器215输出。

这种处理方式，对一个幅度较大的音频信号，逐级有层次地降低幅度，而对一个幅度较小的音频信号，逐级有层次地增加幅度，从而使低音增强器最终输出的音频信号有较好的弹性。并且，本方案在执行音频失真调整时，不需要对功率放大器的输出能力进行限制，应用场景更加广泛。

参见图3，示出了本发明又一实施例提供的发声设备。本实施例中利用了前级电路中的前级电子音量调节器以及采用同一MCU控制低音增强和功率放大来简化电路结构，该发声设备包括：

前级电子音量调节器311、音频输入缓冲器312、带通滤波器313、电子音量调节器315、MCU314、峰值采集器316、比例加法器318、功率放大器320、失真信号采集器319和扬声器321，

前级电子音量调节器311的输入端接入原始音频信号，

前级电子音量调节器311的输出端连接至音频输入缓冲器312的输入端和比例加法器的输入端，

音频输入缓冲器312的输出端连接至带通滤波器313的输入端，带通滤波器313的输出端和MCU314的输出端连接至电子音量调节器，MCU314的输出端还连接至前级电子音量调节器的输入端，

电子音量调节器315的输出端与峰值采集器316的输入端以及比例加法器318的输入端相连接，峰值采集器316的输出端和失真信号采集器的输出端连接至MCU314的输入端，

比例加法器318的输出端连接至功率放大器的输入端，功率放大器的输出端与失真信号采集器的输入端和扬声器相连接，失真信号采集器319的输出端连接至MCU314的输入端，其中，

前级电子音量调节器311，对当前原始音频信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据MCU314的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

音频输入缓冲器312，将输入信号缓冲后输出至带通滤波器；

带通滤波器313，对输入的信号进行滤波，提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；

电子音量调节器315，对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据MCU314的控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

峰值采集器316，采集电子音量调节器315输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU314；

失真信号采集器319，采集功率放大器320输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至MCU314；

MCU314，根据来自峰值采集器316的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器315，以及根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至前级电子音量调节器311；

比例加法器318，将来自电子音量调节器的信号和来自前级电子音量调节器的信号进行合成；

功率放大器320，对输入信号的功率进行放大；

扬声器321，将初始功率放大信号、每次二级循环中输出的信号分别逐次输出。

上述发声设备还包括音频输出缓冲器317，电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器318的输入端相连接包括：

电子音量调节器的输出端连接至音频输出缓冲器317的输入端，以及音频输出缓冲器317的输出端分别连接至峰值采集器316的输入端以及比例加法器318的输入端；

音频输出缓冲器317，对输入的低音信号进行缓冲；

峰值采集器316，从音频输出缓冲器317中采集信号的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU314。

本实施例提供的发声设备能够对原始音频信号的低音部分进行增强并对信号进行功率放大，并且，本实施例实现了MCU的复用，MCU314向前级电子音量调节器311发送控制信号来控制功率放大，并且MCU314向电子音量调节器315发送控制信号来控制低音增强，简化了电路结构。

本实施例中各器件的具体工作方式可以参见本发明其他实施例中的相应器件的描述内容，在此不在赘述。

由上所述，本发明实施例利用MCU、峰值采集器和电子音量调节器，对不同低音信号调整的幅度不同，能够在低音增强时动态改变调节量，从而实现一种新型的动态低音增强方式，解决了大信号时易消波的问题，并且，本方案中通过改变峰值采集器的采集频率、采集条件，或改变电子音量调节器使用的比例控制量、触发条件等，即可实现对动态压缩时间以及压缩量的调整，显著降低了调节难度，提高了调节的灵活性，从而提高了增强后低音的音频质量，改善了调整后低音重放的效果，尤其是能够获得较佳的低频听感力度。

并且，本实施例能够采用多次循环处理对大信号逐级进行调整，调整后的信号波动相对缓和，调整后低音信号的弹性较好。本方案在执行音频失真调整时，不需要对功率放大器的输出能力进行限制，应用场景更加广泛。

本发明又一实施例还提供了一种低音增强方法，包括：

S1：对原始音频信号进行滤波，提取出低音信号；

S2：按照设定增益对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号；

S3：根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数；

S4：以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

S5：将初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与原始音频信号合成后逐次输出。

其中，在步骤S4中，采集初始调整信号以及循环输出的信号中符合采集条件的音频点，该采集条件为信号的幅度值大于当前低音信号与预定动态调整量之和；当单元时间内音频点的数量超过数量阈值时满足循环的触发条件，启动循环；

其中，上述循环控制规则包括：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到。

进一步的，在步骤S5之后，该方法还包括：

按照设定增益对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号；

对二级调整信号的功率进行放大，得到初始功率放大信号；

根据当前合成信号、初始功率放大信号和二级循环控制规则，获取对当前合成信号的二级调整次数；

以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数，其中，该方法还包括：采集初始功率放大信号以及二级循环输出的信号中符合二级采集条件的音频点，二级采集条件为信号的失真度大于失真度阈值；当单元时间内音频点的数量超过二级数量阈值时满足二级循环的触发条件，启动二级循环；

将初始功率放大信号、每次二级循环中输出的信号分别逐次输出至扬声器。

可选的，上述二级循环控制规则包括：当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量相等时，二级调整次数为零；当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量不相等时，二级调整次数由该差值与预定二级动态调整量作差之后除以二级比例控制量得到。

由上所述，本发明实施例通过设置调整次数以及循环中使用的比例控制量等技术手段，对不同低音信号调整的幅度不同，能够在低音增强时动态改变调节量，从而实现一种新型的动态低音增强方式，解决了大信号时易消波的问题，并且，本方案中通过改变循环控制规则，或改变比例控制量、触发条件等，即可实现对动态压缩时间以及压缩量的调整，显著降低了调节难度，提高了调节的灵活性，从而提高了增强后低音的音频质量，改善了调整后低音重放的效果，尤其是能够获得较佳的低频听感力度。

并且，本实施例能够采用多次循环处理对大信号逐级进行调整，调整后的信号波动相对缓和，调整后低音信号的弹性较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低音增强器，其特征在于，包括：音频输入缓冲器、带通滤波器、电子音量调节器、微处理器MCU、峰值采集器和比例加法器，

其中，所述音频输入缓冲器的输入端和所述比例加法器的输入端接入原始音频信号，所述音频输入缓冲器的输出端连接至带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端和所述MCU的输出端连接至电子音量调节器，所述电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接，所述峰值采集器的输出端连接至MCU的输入端；

所述音频输入缓冲器，将原始音频信号缓冲后输出至带通滤波器；

所述带通滤波器，对输入的信号进行滤波，提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；

所述电子音量调节器，对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

所述峰值采集器，根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数；其中，所述循环控制规则包括：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到；采集电子音量调节器输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU；

所述MCU，根据所述数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器；

所述比例加法器，将所述初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与所述原始音频信号合成后逐次输出。

2.根据权利要求1所述的低音增强器，其特征在于，还包括音频输出缓冲器，所述电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接包括：

所述电子音量调节器的输出端连接至所述音频输出缓冲器的输入端，以及所述音频输出缓冲器的输出端分别连接至峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端；

所述音频输出缓冲器，对输入的低音信号进行缓冲；

所述峰值采集器，从音频输出缓冲器中采集信号的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU。

3.一种发声设备，其特征在于，包括：权利要求1或2所述的低音增强器、直接或间接连接至低音增强器的比例加法器输出端的功率放大器以及连接在功率放大器输出端的扬声器。

4.如权利要求3所述的发声设备，其特征在于，还包括音频失真调整控制器，所述音频失真调整控制器包括：第二MCU、第二电子音量调节器和失真信号采集器，其中，

所述比例加法器的输出端和第二MCU的输出端连接至第二电子音量调节器的输入端，所述第二电子音量调节器的输出端连接至功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端与所述失真信号采集器的输入端和扬声器的输入端相连接，所述失真信号采集器的输出端连接至所述第二MCU的输入端；

所述第二电子音量调节器，对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据第二MCU的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

所述功率放大器，对输入信号的功率进行放大；

所述失真信号采集器，采集功率放大器输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至第二MCU；

所述第二MCU，根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号输出至第二电子音量调节器；

所述扬声器，将所述初始功率放大信号、经功率放大后的各二级循环的输出信号分别逐次输出。

5.一种发声设备，其特征在于，包括：前级电子音量调节器、音频输入缓冲器、带通滤波器、电子音量调节器、微处理器MCU、峰值采集器、比例加法器、功率放大器、失真信号采集器和扬声器，

所述前级电子音量调节器的输入端接入原始音频信号，

所述前级电子音量调节器的输出端连接至所述音频输入缓冲器的输入端和比例加法器的输入端，

所述音频输入缓冲器的输出端连接至带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端和所述MCU的输出端连接至电子音量调节器，所述MCU的输出端还连接至前级电子音量调节器的输入端，

所述电子音量调节器的输出端与峰值采集器的输入端以及比例加法器的输入端相连接，所述峰值采集器的输出端和失真信号采集器的输出端连接至MCU的输入端，

所述比例加法器的输出端连接至功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端与失真信号采集器的输入端和扬声器相连接，所述失真信号采集器的输出端连接至所述MCU的输入端，其中，

所述前级电子音量调节器，对当前原始音频信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号，以及，根据MCU的控制信号以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到二级调整次数；

所述音频输入缓冲器，将输入信号缓冲后输出至带通滤波器；

所述带通滤波器，对输入的信号进行滤波，提取出低音信号并将低音信号输出至电子音量调节器；

所述电子音量调节器，对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号，以及，根据MCU的控制信号以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到调整次数；

所述峰值采集器，根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数；其中，所述循环控制规则包括：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到；采集电子音量调节器输出的信号中的峰值信号，将该峰值信号量化为数字信号后输出至MCU；

所述失真信号采集器，采集功率放大器输出的信号中的失真信号，将该失真信号量化为数字信号后输出至MCU；

所述MCU，根据来自峰值采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至电子音量调节器，以及根据来自失真信号采集器的数字信号生成控制信号并将该控制信号发送至前级电子音量调节器；

所述比例加法器，将来自电子音量调节器的信号和来自前级电子音量调节器的信号进行合成；

所述功率放大器，对输入信号的功率进行放大；

所述扬声器，将所述初始功率放大信号、经功率放大后的各二级循环的输出信号分别逐次输出。

6.一种低音增强方法，其特征在于，所述方法包括：

对原始音频信号进行滤波，提取出低音信号；

按照设定增益对当前低音信号的电平幅度进行调整，得到初始调整信号；

根据当前低音信号、初始调整信号和循环控制规则，获取对当前低音信号的调整次数；其中，所述循环控制规则包括：当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量相等时，调整次数为零；当初始调整信号与当前低音信号幅度之间的差值与预定动态调整量不相等时，调整次数由所述差值与预定动态调整量作差之后除以比例控制量得到；

以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号，并在当前循环中利用比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到所述调整次数；

将所述初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与所述原始音频信号合成后逐次输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述以初始调整信号作为第一次循环的处理信号，当满足循环的触发条件时，将上一次循环输出的信号作为当前循环的检测信号包括：

采集所述初始调整信号以及所述循环输出的信号中符合采集条件的音频点；

当单元时间内所述音频点的数量超过数量阈值时满足所述循环的触发条件，启动所述循环；

其中，所述采集条件为信号的幅度值大于当前低音信号与预定动态调整量之和。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述初始调整信号、每次循环中输出的信号分别与所述原始音频信号合成后输出之后，所述方法还包括：

按照二级设定增益对当前合成信号的电平幅度进行调整，得到二级调整信号；

对所述二级调整信号的功率进行放大，得到初始功率放大信号；

根据所述当前合成信号、初始功率放大信号和二级循环控制规则，获取对当前合成信号的二级调整次数；其中，所述二级循环控制规则包括：当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量相等时，二级调整次数为零；当初始功率放大信号与当前合成信号幅度之间的差值与预定二级动态调整量不相等时，二级调整次数由该差值与预定二级动态调整量作差之后除以二级比例控制量得到；

以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号，并在当前二级循环中利用二级比例控制量对检测信号的电平幅度进行调整，直至达到所述二级调整次数；

将所述初始功率放大信号、功率放大后的各二级循环的输出信号分别逐次输出至扬声器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述以初始功率放大信号作为第一次二级循环的处理信号，当满足二级循环的触发条件时，将上一次二级循环输出的信号作为当前二级循环的检测信号包括：

采集所述初始功率放大信号以及所述二级循环输出的信号中符合二级采集条件的音频点，其中，所述二级采集条件为信号的失真度大于失真度阈值；

当单元时间内所述音频点的数量超过二级数量阈值时满足所述二级循环的触发条件，启动所述二级循环。