CN104918176A - 音频信号处理设备和音频信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及音频信号处理设备和音频信号处理方法。音频信号处理设备包括音量设定单元，所述音量设定单元按照变更音量的控制，变更音频信号的音量，和电平控制单元，所述电平控制单元按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。

Description

音频信号处理设备和音频信号处理方法
相关申请的引用
本申请要求2014年3月11日提交的日本专利申请JP 2014-047715的优先权，在此通过引用纳入该申请的整个内容。
技术领域
本公开涉及音频信号处理设备和音频信号处理方法。
背景技术
近年来，为了扬声器单元的结构的高效率，或者利用扬声器单元再现的声音的音质的改善，提出了具有无阻尼器结构的扬声器单元，所述无阻尼器结构没有任何机械阻尼器。作为具有无阻尼器结构的扬声器单元的例子，在未经审查的日本专利申请公开No.6-014394和未经审查的日本专利申请公开No.2013-046112中，提出了在音圈周边形成的磁极间隙中充满具有粘性的磁流体的扬声器单元。
发明内容
同时，在具有上述无阻尼器结构的扬声器单元中，也必须利用高声压再现音频信号。如果振动板被振动，从而产生声压，那么振动板的振幅超过设计极限，从而出现振动板会达到过振幅的问题。
理想的是提供一种尽可能地维持再现的声音的声压，从而防止扬声器单元的振动板达到过振幅的音频信号处理设备和音频信号处理方法。
按照本公开的实施例，提供一种音频信号处理设备，包括：音量设定单元，所述音量设定单元按照改变音量的控制，改变音频信号的音量；和电平控制单元，所述电平控制单元按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
按照本公开的另一个实施例，提供一种音频信号处理设备的音频信号处理方法，包括：按照改变音量的控制，改变音频信号的音量；和按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
按照至少一个实施例，能够尽可能地维持再现的声音的声压，从而防止扬声器单元的振动板达到过振幅。另外，这里说明的效果不一定受限，可以是在本公开中说明的效果之一。另外，本公开的内容并不打算被解释成局限于例示的效果。
附图说明
图1是图解说明磁流体扬声器单元的特性的例子的示图；
图2是图解说明按照本公开的第一实施例的音频信号再现系统的结构的例子的方框图；
图3是图解说明二维IIR滤波器的结构的例子的示图；
图4是图解说明在二维IIR滤波器中设定的参数的例子的示图；
图5是图解说明二维IIR滤波器的特性的例子的示图；
图6是图解说明按照第一实施例的音频信号处理设备的操作的例子的流程图；
图7A和7B是图解说明按照本公开的第一实施例的效果的例子的示图；
图8是图解说明按照本公开的第二实施例的音频信号处理设备的结构的例子的方框图；
图9是图解说明增益确定单元的结构的例子的方框图；
图10是图解说明按照第二实施例的音频信号处理设备的操作的例子的流程图；
图11A图解说明增益变化的例子，图11B是图解说明音频信号的例子的示图。
具体实施方式
下面参考附图，说明按照本公开的多个实施例。另外，将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施例
2.第二实施例
3.变形例
以下的实施例是按照本公开的合适的具体例子，本公开的内容并不局限于实施例等。
此外，下面说明的“声音”可以指的是各种声音，比如人的声音和乐音。
1.第一实施例
扬声器单元的例子
首先，说明按照本公开的扬声器单元的例子。普通的扬声器单元利用阻尼器来机械地防止振动板达到过振幅。这里，例如，过振幅意味振动板振动超过振幅的设计极限的现象。然而，尽管利用阻尼器的扬声器单元能够防止过振幅，不过由于振动板的振幅受到物理抑制，因此存在再现的声音发生失真的情况，或者扬声器单元的效率被降低的情况。
于是，如上所述，提出了具有其中不使用阻尼器的结构(无阻尼器结构)的扬声器单元，作为其例子，提出了其中在音圈周边充填磁流体的扬声器单元(如果适当的话，也可称为磁流体扬声器单元)。例如，通过利用表面活性剂，在水或油中分散作为磁性材料的微粒，来形成磁流体，所述磁流体具有30毫特斯拉(mT)～40mT的饱和磁通量，并且具有等于或小于300厘泊(cP)(＝3帕斯卡·秒(Pa·s))的粘度。
要求能够输出具有高声压的声音的磁流体扬声器单元。如果通过增大音量以便产生声压，来使振动板振动，那么存在振动板的振幅超过设计极限，从而振动板达到过振幅的可能性。在振动板达到过振幅的情况下，磁流体被驱散，从而存在扬声器单元被破坏的可能性。
图1是图解说明利用磁流体扬声器单元的低音反射式扬声器设备的频率特性的例子的示图。图1中，水平轴表示频率，垂直轴表示振动板的振幅的大小(当振动板从中立位置，沿正方向或负方向振动时获得的振幅(单位为毫米(mm))。图1中的多条曲线A0,A1,A3…A6分别对应于音量的大小，并且音量从A0增大到A6。另外，图1的例子是其中使用磁流体扬声器单元作为中频(mid-range)扬声器单元的例子，利用高通滤波器(HPF)电切除低频带。另外，100Hz附近变成低音反射式扬声器设备的反射孔谐振频率。
如图1中图解所示，当音量被增大时，振动板的振幅变得更大。于是，如果音量超过预定音量(在图1的例子中，用A5表示的音量的大小)，那么振动板的振幅超过在200Hz附近的频带中的设计极限值。即，振动板达到过振幅，从而磁流体会被驱散。作为一种假定的技术(非现有技术)，考虑按在最大音量下振动板的振幅不超过设计极限值的方式，降低增益。然而，在这种技术中，由于除其中振动板达到过振幅的频带外的声压也被降低，因此存在用户期待的音量感受损的可能性。下面将说明解决这种问题的本公开。
另外，利用以下操作，可以获得扬声器单元的振动板的振幅的设计极限值。首先，提供使用的放大器和扬声器单元的组合，把测试信号(音调突发信号)输入放大器。随后，通过利用激光位移计，预先测量扬声器单元的振动板的振幅，放大器的音量，振幅值的增益曲线等，能够获得振动板的振幅的设计极限值。后面将进行详细说明，不过，按照振动板的振幅不超过设计极限值的方式，确定抑制过振幅的滤波器的中心频率、带宽和增益。
音频信号再现系统的例子
图2是图解说明按照第一实施例的音频信号再现系统的结构的例子的示图。例如，音频信号再现系统1包括音频信号处理设备10、源声源150、功率放大器部件160、扬声器单元170和用户接口单元180。
音频信号处理设备10包括数字信号处理器(DSP)100，和由例如微计算机构成的系统控制单元110。DSP 100包括二维无限脉冲响应(IIR)滤波器101和音量设定单元102。系统控制单元110包括由随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)等构成的存储器111。存储器111由单个存储器或多个存储器构成。
源声源150连接到音频信号处理设备10，数字音频信号从源声源150被提供给音频信号处理设备10。音频信号处理设备10对从源声源150供给的数字音频信号进行预定信号处理，从音频信号处理设备10输出其中进行信号处理的数字音频信号。另外，从源声源150供给音频信号处理设备10的数字音频信号被酌情称为音频信号。
功率放大器部件160连接到音频信号处理设备10，扬声器单元170连接到功率放大器部件160。其中音频信号处理设备10进行信号处理的音频信号被提供给功率放大器部件160。功率放大器部件160利用预定的放大率，进行放大处理，利用从功率放大器部件160输出的模拟音频信号操作扬声器单元170，从而再现声音。例如，上述磁流体扬声器单元被用作扬声器单元170。
用户接口单元180连接到音频信号处理设备10。产生与相对于用户接口单元180的操作相应的操作信号，该操作信号被提供给音频信号处理设备10的系统控制单元110。
下面详细说明各个单元。音频信号处理设备10的系统控制单元110通过执行保存在例如存储器111中的程序，控制音频信号处理设备10的各个单元。除此之外，存储器111被用作当执行程序时的工作存储器等。以用户接口单元180的操作为基础的操作信号被提供给系统控制单元110。系统控制单元110根据所述操作信号，进行控制。
例如，在系统控制单元110和DSP 100之间，进行串行通信。系统控制单元110利用串行通信，把用于操作DSP 100的各种设定值，或者二维IIR滤波器101的滤波器系数传送给DSP 100。滤波器系数等在开启电源的适当定时，在切换模式之际，在对用户接口单元180进行操作之际，等等，被传送给DSP 100。
传送给DSP 100的滤波器系数被预先保存在例如存储器111中。滤波器系数等可以供给自音频信号处理设备10的外部，并且可被配置成保存在存储器111中。
DSP 100进行诸如改变音质的均衡处理之类的已知信号处理。图2图解说明二维IIR滤波器101和音量设定单元102，作为关于按照第一实施例的处理的功能部件。二维IIR滤波器101起如果需要，那么抑制从源声源150供给的音频信号的预定频带的电平的抑制滤波器作用。所述预定频带是其中在音量等于或大于预定音量的情况下，扬声器单元170达到过振幅的频带，在扬声器单元170是磁流体扬声器单元的情况下，约为200Hz。另外，除二维IIR滤波器外的滤波器可以用作抑制滤波器。例如，按照系统控制单元110的控制，设定二维IIR滤波器101的系数。
DSP 100的音量设定单元102按照依据设定的音量再现声音的方式，设定音频信号的电平(增益)。例如，如果利用对于用户接口单元180的操作新设定音量，那么，系统控制单元110把指示变更后的音量的音量值传送给音量设定单元102。音量设定单元102相乘系统控制单元110指示的音量值和从源声源150供给的音频信号。结果，用设定的音量再现声音。
另外，变更音量的控制并不局限于用户进行的操作，存在其中利用设备具有的自动音量变更功能进行控制的情况。和变更音量的控制一起，系统控制单元110进行对于二维IIR滤波器101设定系数的控制。
源声源150是向音频信号处理设备10供给音频信号的声源。从源声源150供给的音频信号可以是从诸如光盘(CD)之类的光学记录介质、便携式小型存储器、硬盘等读取的信号，可以是通过诸如因特网之类网络获得的信号。
来自源声源150的音频信号例如是右(R)声道信号，是通过具有预定截止频率的HPF的信号。当然，从源声源150供给的音频信号可以是左(L)声道信号。源声源150对应于立体声或多声道，并且在对于每个声道把音频信号输入音频信号处理设备10的情况下，设置对应于每个声道的相同结构。
例如，作为数字放大器构成的功率放大器部件160包括进行D级操作的放大级。例如，功率放大器部件160具有带有数字滤波器、ΔΣ调制器、PWM调制器和放大输出单元的结构。
具有预定采样频率和量化比特的音频信号从音频信号处理设备10被输入数字滤波器。数字滤波器对输入的音频信号进行诸如把原始采样频率增大到该采样频率的预定倍数的再采样处理之类的数字信号处理。这样，其中由数字滤波器进行信号处理的音频信号被输出给ΔΣ调制器。
ΔΣ调制器例如包括积分器、量化器等，被配置成把量化器的输出负反馈到积分器的输入。利用这种结构，音频信号的量化比特的字长被缩短到预定比特数。另外，此时发生的量化噪声分量移动到比音频频带高的频带，进行所谓的噪声整形的处理。这被称为ΔΣ调制，当音频信号被看作语音信号波形时，其中按照这种方式进行ΔΣ调制的音频信号变成其中“1”和“0”的密度取决于语音信号波形的振幅的时间轴变化而变化的1比特的脉冲列。按照这种方式，由按照这种方式获得的1比特的脉冲列构成的ΔΣ调制信号被输入PWM调制器。
PWM调制器对输入的ΔΣ调制信号，进行脉宽调制(PWM)处理。如上所述，ΔΣ调制信号是其中“1”和“0”的密度取决于语音信号波形的振幅而变化的1比特的脉冲列。从而，通过对该信号进行PWM，产生其中脉宽取决于“1”和“0”的密度而被改变(振幅恒定)的PWM信号。即，获得其脉宽取决于与ΔΣ调制信号对应的语音信号波形的振幅而被改变的信号。
从PWM调制器输出的PWM信号被放大输出单元接收。众所周知，放大输出单元由开关和放大PWM信号的开关放大电路、和把放大的输出转换成语音信号波形的低通滤波器构成。开关放大电路例如包括能够在高电压下进行开关的N沟道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。另外，众所周知，低通滤波器采用被配置成包括电感器和电容器的LC低通滤波器。
在放大输出单元中，首先，开关放大电路开关和放大从PWM调制器输入的PWM信号，通过使所述信号经过低通滤波器进行放大操作。结果，具有语音信号波形的驱动电流流过扬声器单元170，从而从扬声器单元170输出语音。
功率放大器部件160并不局限于包括进行D级操作的放大级的数字放大器，可以是包括进行其它操作(B级、AB级等)的放大级的放大器。另外，在DSP 100和功率放大器部件160之间，可以设置数-模(D/A)转换器，以实现输入模拟信号的放大器。
例如，作为再现中频信号(mid-range signal)的磁流体扬声器单元地构成扬声器单元170。扬声器设备由包括扬声器单元170的多个扬声器单元构成。例如，通过把低音扬声器用扬声器单元、超低音扬声器用扬声器单元、中频信号用扬声器单元和高音扬声器用扬声器单元附到扬声器箱上，构成扬声器设备。
另外，构成扬声器设备的各个扬声器单元的结构不必相同。例如，具有机械阻尼器的扬声器单元可用作低音扬声器用扬声器单元和超低音扬声器用扬声器单元，磁流体扬声器单元可以用作中频信号用扬声器单元和高音扬声器用扬声器单元。另外，利用各个扬声器单元再现的声音的频带可以相互重叠。
用户接口单元180是用户通过其操作音频信号处理设备10的操作单元，比如按钮或转盘。例如，用户接口180包括用于改变音量的操作单元。用户接口单元180可以是用于远程操作音频信号处理设备10的遥控器。用户接口单元180可具有包括显示单元的结构。利用音频信号处理系统进行的声音的再现状态等可被显示在显示单元上。可以触摸屏的形式构成显示单元。
用户接口单元180生成与操作相应的操作信号。操作信号被提供给系统控制单元110。收到操作信号的系统控制单元110按照进行响应所述操作的功能的方式，控制音频信号处理设备10的各个单元。
如上所述，说明了包括音频信号处理设备的音频信号再现系统的例子。另外，图2中图解所示的结构是例子，可以适当增加与例示的结构不同的结构或功能部件。
关于二维IIR滤波器
图3图解说明二维IIR滤波器101的结构的例子。二维IIR滤波器101包括乘法器120、乘法器121、乘法器122、乘法器123和乘法器124。二维IIR滤波器101包括延迟元件130、延迟元件131、延迟元件132和延迟元件133。
乘法器120把输入信号x(n)乘以系数a0。延迟元件130把输入信号x(n)延迟预定一段时间，延迟元件131把被延迟元件130延迟的信号进一步延迟预定一段时间。乘法器121把从延迟元件130输出的信号乘以系数a1。乘法器122把从延迟元件131输出的信号乘以系数a2。
延迟元件132把输出信号y(n)延迟预定一段时间，延迟元件133把被延迟元件132延迟的信号进一步延迟预定一段时间。乘法器123把从延迟元件132输出的信号乘以系数b1。乘法器124把从延迟元件133输出的信号乘以系数b2。加法器135相加从各个乘法器输出的信号，然后输出相加的信号。各个乘法器的系数(系数a0、系数a1、系数a2、系数b1和系数b2)是按照系统控制单元110的控制设定的。
按照扬声器单元170的振动板不因超过设计极限值而达到过振幅的方式，确定二维IIR滤波器101的参数。中心频率f0、带宽Q和增益(截止增益)被用作二维IIR滤波器101的参数。这里，作为例子，中心频率f0被设定为200Hz(其中在音量等于或大于预定音量的情况下，扬声器单元170的振动板达到过振幅的频带)，带宽Q被设定为2。增益是按照音量设定的。
图4图解说明在二维IIR滤波器101中设定的参数的例子。图4中图解说明的参数以表格的形式，被保存在存储器111中。所述参数是从音频信号处理设备10的外部设备供给的，以便被保存。
在图4的例子中，从源声源150供给的音频信号的最大信号电平被设定为0dB(分贝)，按照相对于最大电平的电平差，从最高级开始，音量级被依次分成L5级、L4级、L3级…和L0级等6个等级。音量级的每个等级被设定成例如2dB。对应于各个音量级设定二维IIR滤波器101的参数。例如，参数是二维IIR滤波器101的中心频率、带宽和增益，以及在各个乘法器中设定的系数。图4的例子是其中在音量级在比音量级L0的范围小的范围中的情况下，振动板的振幅包含在设计极限值的范围内的例子。
在图4的例子中，系数是按照音频信号的采样频率fs设定的。结果，能够按照音频信号的采样频率fs，设定适当的系数。不一定必须按照音频信号的采样频率fs设定系数。例如，原始音频信号的采样频率可被再采样为某个频率，可以只保存与再采样的频率对应的系数。另外，每次可根据音频信号的采样频率，以及二维IIR滤波器101的中心频率、带宽和增益，来计算适当的系数。此外，可以只保留作为基准的系数，并且所述系数可被校正。
例如，在作为最大音量级的音量级L5(其中电平大于MAX(0dB)-2.0dB的范围)中，作为二维IIR滤波器101的参数，中心频率被设定为200Hz，带宽被设定为2，增益被设定为-10dB。即，音频信号的预定频带的电平被显著抑制。在来自源声源150的数字音频信号的采样频率fs为48kHz的情况下，选择并设定以下系数。
a0＝0.986135372
a1＝-1.9587752
a2＝0.973311277
b1＝1.958775195
b2＝-0.95944665
在其中音量比音量等级L5的等级低1个等级的音量级L4中，作为二维IIR滤波器101的参数，中心频率被设定为200Hz，带宽被设定为2，增益被设定为-8dB。在来自源声源150的数字音频信号的采样频率fs为48kHz的情况下，选择并设定以下系数。
a0＝0.990265114
a1＝-1.96697816
a2＝0.977387314
b1＝1.966978162
b2＝-0.96765243
在其中音量比音量等级L5的等级低5个等级的音量级L0(其中电平等于或小于MAX(0dB)-10.0dB的范围)中，作为二维IIR滤波器101的参数，中心频率被设定为200Hz，带宽被设定为2。在音量级L0中，为了防止扬声器单元170在200Hz附近达到过振幅，增益被设定为0dB。即，音频信号的预定频带的电平不被抑制。在来自源声源150的数字音频信号的采样频率fs为48kHz的情况下，选择并设定以下系数。
a0＝1
a1＝-1.98631471
a2＝0.986995603
b1＝1.986314709
b2＝-0.9869956
另一方面，按照音频信号通过二维IIR滤波器101的方式，选择并设定以下系数。
a0＝1.0
a1＝0.0
a2＝0.0
b1＝0.0
b2＝0.0
图5示意地图解说明二维IIR滤波器101的频率特性。通过在200Hz附近增大音量级，增大二维IIR滤波器101的截止增益的数量。
如上所述，在音量大于设定值(上述例子中的音量级L0)的情况下，进行抑制音频信号的预定频带的电平的控制，而在音量的电平低于设定值的情况下，不进行抑制音频信号的预定频带的电平的控制。如在上面的实施例中所述，在音量级高于设定值的情况下，取决于大小，可以进行逐渐抑制音频信号的预定频带的电平的控制。
音频信号处理设备的操作的例子
下面参考图6，说明音频信号处理设备10的操作的例子。在步骤ST101，用户利用用户接口单元180，进行音量变更操作。然后，处理进入步骤ST102。
在步骤ST101，系统控制单元110按照把音量调整到与音量变更操作相应的音量的方式，控制音量设定单元102。然后，处理进入步骤ST103。
和步骤ST102中的控制一起地进行ST103中的控制。在步骤ST103，选择并设定二维IIR滤波器101的适当系数。在变更后的音量大于设定值的情况下，按照抑制音频信号的预定频带的电平的方式，设定二维IIR滤波器101的系数，从而能够防止扬声器单元达到过振幅。此外，由于只有音频信号的预定频带的电平被抑制，而其它电平不被抑制，从而能够确保最大的声压。另外，通过只抑制音频信号的预定频带的电平，能够避免用户感觉到音质的降低，或者音量的减小。
在具有其中包括机械阻尼器的结构的扬声器单元中，不必抑制音频信号中包括200Hz的频带的电平。即，在包括扬声器单元170的扬声器设备再现包括200Hz的频带，并且包括具有其中包含机械阻尼器的结构的扬声器单元的情况下，能够防止在200Hz附近的信号的电平降低。
图7A图解说明在不应用按照本公开的第一实施例的处理的情况下，振动板的振幅的例子。图7B图解说明在应用按照本公开的第一实施例的处理的情况下，振动板的振幅的例子。图7A和7B中的水平轴表示时间，垂直轴表示振动板的振幅的大小。从这两个图可以看出，通过应用按照本公开的第一实施例的处理，振动板的振幅被包含在设计极限值的范围内，从而能够防止扬声器单元的振动板达到过振幅。另外，由于除其中扬声器单元的振动板达到过振幅的频带外的频带的电平不被抑制，因此能够维持最大声压。
2.第二实施例
下面，说明第二实施例。和第一实施例相同的结构将被赋予相同的符号和附图标记，其说明将被适当省略。另外，除非另有说明，否则在第一实施例中说明的内容可适用于第二实施例。
音频信号再现系统
图8图解说明按照第二实施例的音频信号再现系统的结构的例子。在第二实施例中，按照变更音量的控制，检测来自源声源的数字音频信号的电平。按照检测结果，动态控制二维IIR滤波器的增益。
音频信号再现系统2包括源声源150、音频信号处理设备20、功率放大器部件160、扬声器单元170和用户接口单元180。音频信号处理设备20包括系统控制单元110和DSP 200。DSP 200包括二维IIR滤波器101、音量设定单元102和检测单元201。检测单元201包括音量设定单元210和增益确定单元211。来自源声源150的音频数据被划分，一份音频数据被输入二维IIR滤波器101，而另一份音频数据被输入检测单元201的音量设定单元210。
图9是图解说明增益确定单元211的详细结构的例子的示图。增益确定单元211包括带通滤波器(BPF)220、绝对值电路221、峰值检测/保持单元222和比较器223。
例如，系统控制单元110进行按照用户进行的音量改变的操作，变更音量的处理。系统控制单元110把指示变更后的音量的音量值，传送给音量设定单元102和音量设定单元210。音量设定单元210通过组合音频信号和传送的音量值，变更音频信号的电平。音量设定单元102也进行相同的处理。借助音量设定单元210的处理，生成与从音量设定单元102提供给功率放大器部件160的音频信号相同的音频信号。
带通滤波器220提取从音量设定单元210供给的数字音频信号的预定频带的信号。所述预定频带是在当音量等于或大于预定音量时，扬声器单元的振动板达到过振幅的频带附近的频带。例如，在带通滤波器220的参数之中，中心频率f0被设定为200Hz，带宽Q被设定为1。其中利用带通滤波器220进行滤波处理的数字音频信号被提供给绝对值电路221。
绝对值电路221获得具有正负分量的数字音频信号的绝对值。绝对值电路221可以是求音频信号的电平的平方的平方电路。
在峰值检测/保持单元222中，以预定时间常数保存从绝对值电路221供给的绝对值，作为峰值。峰值检测/保持单元222比较保留的峰值和从绝对值电路221供给的最新绝对值，并在该绝对值大于峰值的情况下，保留所述绝对值作为新的峰值。随后，依据预定的时间常数(例如，作为释放时间的0.5秒)，逐渐衰减保留的峰值(峰值保持值)。
比较器223比较从峰值检测/保持单元222供给的峰值和设定的电平。设定的电平是与扬声器单元170的振动板的振幅的设计极限值对应的电平。在峰值大于设定的电平的情况下，DSP 200按照超过设定电平的数量，计算必需的增益。随后，DSP 200寻找用于实现从所述计算获得的增益的系数(控制值)。在二维IIR滤波器101中设定该系数。如果需要，那么利用二维IIR滤波器101，抑制音频信号的预定频带中的信号的电平。
例如，周期性地进行增益确定单元211的各个单元的处理。例如，按一定的周期，获得在包含的音频信号的预定频带的信号的电平的绝对值。比较获得的绝对值和峰值保持值，判定是否更新峰值。在峰值被更新的情况下，更新的峰值被提供比较器223，而在峰值未被更新的情况下，峰值保持值或者通过衰减峰值保持值而获得的值被提供给比较器223。
音频信号处理设备的操作的例子
下面参考图10的流程图，说明音频信号处理设备20的操作的例子。在步骤ST201，用户进行音量变更操作。按照音量变更操作，系统控制单元110在音量设定单元102和音量设定单元210中，设定音量值。随后，处理进入步骤ST202。
在步骤ST202，音量设定单元210进行组合来自源声源150的音频信号和设定的音量值的处理。结果，生成音频信号，该音频信号与从音量设定单元102提供给功率放大器部件160的音频信号相同。然后，处理进入步骤ST203。
电平被音量设定单元210变更的音频信号被提供给带通滤波器220。带通滤波器220提取音频信号的预定频带。例如，所述预定频带是在200Hz附近的、其中当音量等于或大于预定音量时扬声器单元170的振动板达到过振幅的频带。随后，利用绝对值电路221，获得通过带通滤波器220的音频信号的电平的绝对值。然后，处理进入步骤ST204。
在步骤ST204，峰值检测/保持单元222以预定的时间常数保持(峰值保持)从绝对值电路221供给的绝对值，作为峰值。然后，处理进入步骤ST205。
在步骤ST205，判定最新的绝对值是否超过保持在峰值检测/保持单元222中的峰值。在最新的绝对值超过峰值的情况下，处理进入步骤ST206。
在步骤ST206，更新峰值。峰值检测/保持单元222保持更新的峰值。
在步骤ST205，在最新的绝对值小于峰值的情况下，处理进入步骤ST207。在步骤ST207，比较器223判定峰值是否大于设定的电平。随后，在峰值大于设定的电平的情况下，按照数字音频信号的预定频带的电平被抑制的方式，设定二维IIR滤波器101的系数。
图11A图解说明在应用按照第二实施例的处理的情况下，二维IIR滤波器101的增益变化，图11B图解说明实际音频信号。图11A和图11B的水平轴表示时间。图11A的垂直轴表示增益的大小，而图11B的垂直轴表示音频信号的电平。从图11A和图11B可以看出，二维IIR滤波器101的增益可被动态改变。
如上所述，在第二实施例中，只有当在振动板能够达到过振幅的频带内，通过相乘源信号和音量值而获得的电平超过其中振动板达到过振幅的电平时，才立即抑制该频带中的信号的电平。结果，能够防止振动板达到过振幅。此外，由于在除其中振动板能够达到过振幅的频带外的频带中，不抑制信号的电平，因此能够防止振动板达到过振动，并且能够维持最大声压。
3.变形例
如上所述，具体说明了按照本公开的实施例，不过，本公开并不局限于上述实施例，根据本公开的技术思想，可以作出各种修改。
在上面的说明中，作为例子，说明了磁流体扬声器单元，不过，本公开可适用于的扬声器单元并不局限于此。另外，利用磁流体扬声器单元的扬声器设备并不局限于低音反射式扬声器设备，可以使用其它类型(例如，密闭式扬声器设备)。此外，本公开也可适用于防止扬声器单元的异常声音(吱吱声)。例如，通过利用与其中产生吱吱声的共振频率和音量相应的抑制滤波器，能够获得与本公开的效果相同的效果。
按照本公开的音频信号处理设备可适用于例如电视机、车载设备、便携式音频播放器和便携式设备(智能电话机、膝上型计算机)。
本公开并不局限于设备，可用方法、程序、系统等实现。例如，程序可通过网络，或者通过便携式存储器，比如光盘或半导体存储器被提供给用户。
在其中不发生技术矛盾的范围内，可以适当地相互组合实施例和变形例的结构和处理。在其中不发生技术矛盾的范围内，可以适当改变例示的处理流程中的各个处理的序列。
本公开可适用于所谓的云系统，在云系统中，例示的处理由多个设备分散地执行。在其中进行在实施例和变形例中例示的处理的系统中，本公开可被实现成其中执行例示的处理的至少一部分的处理的设备。
本公开也可用以下结构实现。
(1)一种音频信号处理设备，包括：音量设定单元，所述音量设定单元按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；和电平控制单元，所述电平控制单元按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
(2)按照在(1)中所述的音频信号处理设备，其中电平控制单元被配置成在变更后的音量大于设定值的情况下，抑制音频信号的预定频带的电平。
(3)按照在(2)中所述的音频信号处理设备，其中电平控制单元被配置成按照变更后的音量大于设定值的程度，逐渐抑制音频信号的预定频带的电平。
(4)按照在(1)-(3)任意之一中所述的音频信号处理设备，其中电平控制单元被配置成在变更后的音量小于设定值的情况下，不改变音频信号的预定频带的电平。
(5)按照在(1)中所述的音频信号处理设备，包括：检测单元，所述检测单元检测音频信号的预定频带的电平，其中电平控制单元被配置成按照检测单元检测的结果，控制音频信号的预定频带的电平。
(6)按照在(5)中所述的音频信号处理设备，其中检测单元包括：第二音量设定单元，所述第二音量设定单元按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；滤波器，从第二音量设定单元输出的音频信号的预定频带能够通过所述滤波器；峰值保持单元，所述峰值保持单元检测通过滤波器的音频信号的电平的峰值，以预定的时间常数保持所述峰值，并在最新的峰值大于保持的峰值的情况下更新峰值；和控制值设定单元，所述控制值设定单元按照峰值保持单元保持的峰值，设定控制值。
(7)按照在(1)-(6)任意之一中所述的音频信号处理设备，其中预定频带是其中如果音量等于或大于预定音量，那么再现音频信号的扬声器单元的振动板达到过振幅的频带。
(8)按照在(7)中所述的音频信号处理设备，其中扬声器单元具有无阻尼器结构。
(9)按照在(8)中所述的音频信号处理设备，其中扬声器单元是其中在音圈周围使用磁流体的扬声器单元，所述预定频带是在200赫兹(Hz)附近的频带。
(10)一种音频信号处理设备的音频信号处理方法，所述方法包括：按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；和按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
本领域的技术人员应明白，根据设计要求和其它因素，可以产生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附的权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (10)

1.一种音频信号处理设备，包括：
音量设定单元，所述音量设定单元按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；和
电平控制单元，所述电平控制单元按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
2.按照权利要求1所述的音频信号处理设备，
其中电平控制单元被配置成在变更后的音量大于设定值的情况下，抑制音频信号的预定频带的电平。
3.按照权利要求2所述的音频信号处理设备，
其中电平控制单元被配置成按照变更后的音量大于设定值的程度，逐渐抑制音频信号的预定频带的电平。
4.按照权利要求1所述的音频信号处理设备，
其中电平控制单元被配置成在变更后的音量小于设定值的情况下，不改变音频信号的预定频带的电平。
5.按照权利要求1所述的音频信号处理设备，还包括：
检测单元，所述检测单元检测音频信号的预定频带的电平，
其中电平控制单元被配置成按照检测单元检测的结果，控制音频信号的预定频带的电平。
6.按照权利要求5所述的音频信号处理设备，
其中检测单元包括：
第二音量设定单元，所述第二音量设定单元按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；
滤波器，从第二音量设定单元输出的音频信号的预定频带能够通过所述滤波器；
峰值保持单元，所述峰值保持单元检测通过滤波器的音频信号的电平的峰值，以预定的时间常数保持所述峰值，并在最新的峰值大于保持的峰值的情况下更新峰值；和
控制值设定单元，所述控制值设定单元按照峰值保持单元保持的峰值，设定控制值。
7.按照权利要求1所述的音频信号处理设备，
其中预定频带是其中如果音量等于或大于预定音量，那么再现音频信号的扬声器单元的振动板达到过振幅的频带。
8.按照权利要求7所述的音频信号处理设备，
其中扬声器单元具有无阻尼器结构。
9.按照权利要求8所述的音频信号处理设备，
其中扬声器单元是其中在音圈周围使用磁流体的扬声器单元，所述预定频带是在200赫兹(Hz)附近的频带。
10.一种音频信号处理设备的音频信号处理方法，所述方法包括：
按照变更音量的控制，变更音频信号的音量；和
按照所述控制，控制音频信号的预定频带的电平。
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