CN105099387B - 多音圈扬声器的频响均衡方法及装置 - Google Patents
多音圈扬声器的频响均衡方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种多音圈扬声器的频响均衡方法及装置，有效利用了多个音圈的自由度，利用多个音圈的合成有效减少了各通道滤波器的时域阶数，减少了滤波器的复杂度水平。一种多音圈扬声器的频响均衡方法，依次包括如下步骤：S1、获取各个音圈通道的脉冲相应序列；S2、将获得的各个脉冲相应序列分别与对应的音圈通道所输入的白噪声序列进行卷积，获得各个音圈通道在白噪声激励下的输出信号序列；S3、根据各个音圈通道的所述白噪声序列和所述输出信号序列，通过最小二乘准则获取施加于各个音圈通道的有限脉冲响应滤波器的系数估计值；S4、将获得的各所述系数估计值分别施加于对应的音圈通道的有限脉冲响应滤波器，获得多音圈扬声器的整体频响均衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种扬声器的频响均衡方法及装置，特别是一种多音圈扬声器频响均衡方法及频响均衡装置。
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、US4130726中所涉及的传统的扬声器频响均衡方法，都是针对传统的单音圈扬声器单体，通过预先测量出的扬声器单体频响曲线数据进行均衡器参数设计。为了提升扬声器单体输出的声压级水平，改善低频响应特性，许多厂家开始推出多音圈扬声器单体，像Clarion公司推出的8音圈汽车扬声器、铁三角(Audio Technica)公司推出的4音圈USB耳机、Intel公司推出的6音圈笔记本电脑扬声器、Sonavox公司推出的双音圈便携蓝牙音响扬声器。多音圈扬声器的发声机理，与传统单音圈扬声器的发声机理不完全相同，多音圈扬声器的每个音圈都有独立的功放驱动，每个音圈所产生的电磁力最终通过线性叠加形成合成电磁力驱动单一扬声器振膜发声。
基于多音圈扬声器自身所具有的多圈线性叠加特性，在多音圈扬声器的频响均衡方法上，需要充分利用多个音圈通道的自由度所带来的均衡贡献，以减少各音圈通道所使用的FIR(Finite Impulse Response)滤波器的阶数，通过多个音圈通道所形成的空域滤波器，完成多音圈扬声器单体整体频响的均衡处理。
针对现有的多音圈扬声器的频响均衡问题，需要结合多音圈扬声器自身所具有的多圈线性叠加特性，寻找更为有效的多音圈扬声器单体的频响均衡方法，以提高多音圈扬声器频响均衡方法的响应均衡效果同时减少均衡方法的实现复杂度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种多音圈扬声器的频响均衡方法及装置，本发明基于多圈声场合成原理，有效利用了多个音圈的自由度，利用多个音圈的合成有效减少了各通道滤波器的时域阶数，减少了滤波器的复杂度水平。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案之一是：
一种多音圈扬声器的频响均衡方法，依次包括如下步骤：
S1、获取各个音圈通道的脉冲相应序列；
S2、将获得的各个脉冲相应序列分别与对应的音圈通道所输入的白噪声序列进行卷积，获得各个音圈通道在白噪声激励下的输出信号序列；
S3、根据各个音圈通道的所述白噪声序列和所述输出信号序列，通过最小二乘准则获取施加于各个音圈通道的有限脉冲响应滤波器的系数估计值；
S4、将获得的各所述系数估计值分别施加于对应的音圈通道的有限脉冲响应滤波器，获得多音圈扬声器的整体频响均衡。
优选地，步骤S1中，所述脉冲相应序列通过声学测量仪器测试获得。
优选地，步骤S1中，多音圈扬声器包含L个音圈通道，第l个音圈通道的脉冲响应序列hl为：
hl＝[hl,1 hl,2 ... hl,P]T
其中1≤l≤L，P为脉冲响应序列的阶数，hl,p为对应于第l个音圈上第p个阶次的脉冲响应序列的元素值。
更优选地，步骤S2中，第l个音圈上施加的白噪声信号的时域序列矢量sl为：
sl＝[sl(0) sl(1) … sl(N-1)]T
其中，N是白噪声信号的时域离散序列长度，sl为第l个音圈上施加的白噪声信号的时域序列矢量的元素值；
施加于第l个音圈上的白噪声信号的时域序列矢量sl与第l个音圈通道的脉冲响应序列hl卷积后获得的输出信号时域序列矢量rl为：
rl＝[rl(0) rl(1) … rl(N-1)]T
＝sl*hl
其中，rl为第l个音圈通道获得的输出信号时域序列矢量的元素值，*表示卷积运算。
进一步地，步骤S3中，待求解的第l个音圈上的有限脉冲响应滤波器的时域序列矢量gl为：
gl＝[gl(0) gl(1) … gl(M-1)]T
其中，M为有限脉冲响应滤波器的系数长度，gl为第l个音圈上的有限脉冲响应滤波器的时域序列矢量的元素值；
施加于各个音圈通道上的有限脉冲响应滤波器的系数估计值为：
其中，R＝[R1 R2 … RL]，
i表示矩阵Rl的行标号，j表示矩阵Rl的列标号。
更进一步地，步骤S3中，第l个音圈通道上所施加的有限脉冲响应滤波器的系数估计值为：
在一更为优选的实施例中，步骤S4中，在每个音圈上施加各自计算的滤波器，将获得均衡后多音圈扬声器整体脉冲响应序列的表达式如下：
更优选地，步骤S1中，
h1＝h2＝…＝hL
步骤S1中对任一个音圈通道的脉冲相应序列。
本发明在用的又一技术方案是：
一种如上所述的多音圈扬声器的频响均衡方法所采用的频响均衡装置，包括多个音圈通道，每个所述音圈通道包括：
白噪声信号发生器，用于输入白噪声序列；
滤波器，其输入端与所述白噪声信号发生器相连接，用于多音圈扬声器的频响均衡处理；
功率放大器，其输入端与所述滤波器的输出端相连接，用于输出信号的功率放大，以驱动多音圈扬声器发声；
音圈，其输入端与所述功率放大器的输出端相连接以由所述功率放大器驱动，用于电声转换，将功率放大器送入的电信号转换为空气振动信号。
优选地，所述滤波器为有限脉冲响应滤波器。
本发明采用以上结构，相比现有技术具有如下优点：本发明充分利用了多个音圈之间所具有的线性叠加原理，通过使用多个音圈通道所具有的自由度，明显减少了每个音圈通道上有限脉冲响应滤波器的时域阶数。本发明在多个音圈的工艺一致性保证的前提下，可以仅通过测量一个音圈通道的脉冲响应序列，就可以完成多音圈扬声器所有多个音圈通道的均衡处理，实现简单。本发明为多音圈扬声器单元整体的频响均衡提供了一种新的实现途径，通过时域滤波器和空间多音圈通道的自由度组成时间和空间两维的滤波器，能够明显提高均衡器的均衡效果。
附图说明
图1是本发明的一种多音圈扬声器的频响均衡装置的示意图；
图2是本发明的一种8音圈扬声器的单个音圈上的脉冲响应曲线；
图3是本发明的一种8音圈扬声器的单个音圈通道输入的白噪声信号时域波形图；
图4是本发明的一种8音圈扬声器的单个音圈通道输入的白噪声信号时频图；
图5是本发明的一种8音圈扬声器的单个音圈通道上脉冲响应卷积后输出信号的时频图；
图6是本发明的一种8音圈扬声器均衡后的脉冲响应波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
本发明首先利用声学测量仪器测试每个音圈通道的脉冲响应序列，在获得脉冲响应序列后，将每个音圈通道所对应的脉冲响应序列与各音圈通道所输入的不同白噪声序列进行卷积，获得各音圈通道在白噪声激励下的输出信号序列。结合所有音圈通道输入的白噪声序列和输出信号序列，利用最小二乘准则，计算出每个音圈通道上所施加的有限脉冲响应滤波器的系数估计值。在每个音圈通道上施加各通道所计算的滤波器系数估计值获得多音圈扬声器整体的频响均衡效果。
结合图1所示，本发明的一种多音圈扬声器的频响均衡装置包括8个音圈通道，每个音圈通道均包括：
白噪声信号发生器，用于向每个音圈通道输入白噪声序列；
滤波器，其输入端与所述白噪声信号发生器相连接，用于多音圈扬声器的频响均衡处理；
功率放大器，其输入端与所述滤波器的输出端相连接，用于输出信号的功率放大，以驱动多音圈扬声器发声；
音圈，其输入端与所述功率放大器的输出端相连接以由所述功率放大器驱动，用于电声转换，将功率放大器送入的电信号转换为空气振动信号。
其中，本实施例中的滤波器选用有限脉冲响应滤波器。
本实施例中，8音圈的扬声器的各音圈通道的脉冲相应一致，即：h1＝h2＝…＝hL。对于8音圈扬声器每个音圈通道的脉冲响应序列测试，可简化为对该8音圈扬声器其中任意一个音圈通道的脉冲响应序列进行测试，其他所有剩余音圈通道的脉冲响应序列与已测试的此通道的脉冲响应序列相同，这样可以将步骤S 1中对多音圈扬声器每个音圈通道的脉冲响应序列的测量简化为仅对其中任意一个通道的测量。因此，利用Audio Precision声学测试仪测量8音圈扬声器其中任意一个音圈的脉冲响应曲线，测试结果如图2所示。
单个音圈通道上所使用白噪声信号的时域波形和时频图如图3和图4所示。白噪声信号与单个音圈通道脉冲响应序列卷积后输出信号的时频图如图5所示。
假定每个音圈通道所使用的有限脉冲响应滤波器的阶数为13，结合白噪声信号和与脉冲响应卷积后的输出信号，利用最小二乘准则，计算出滤波器系数，在每个音圈通道上施加各自计算的滤波器系数，将获得均衡后多音圈扬声器整体脉冲响应曲线，如图6所示
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多音圈扬声器的频响均衡方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1、获取各个音圈通道的脉冲响应序列；
S2、将获得的各个脉冲响应序列分别与对应的音圈通道所输入的白噪声序列进行卷积，获得各个音圈通道在白噪声激励下的输出信号序列；
S3、根据各个音圈通道的所述白噪声序列和所述输出信号序列，通过最小二乘准则获取施加于各个音圈通道的有限脉冲响应滤波器的系数估计值；
S4、将获得的各所述系数估计值分别施加于对应的音圈通道的有限脉冲响应滤波器，获得多音圈扬声器的整体频响均衡；
步骤S1中，多音圈扬声器包含L个音圈通道，第l个音圈通道的脉冲响应序列hl为：
hl＝[hl,1 hl,2 … hl,P]T
其中1≤l≤L，P为脉冲响应序列的阶数，hl,p为对应于第l个音圈上第p个阶次的脉冲响应序列的元素值；
步骤S2中，第l个音圈上施加的白噪声信号的时域序列矢量sl为：
sl＝[sl(0) sl(1) … sl(N-1)]T
其中，N是白噪声信号的时域离散序列长度，sl为第l个音圈上施加的白噪声信号的时域序列矢量的元素值；
施加于第l个音圈上的白噪声信号的时域序列矢量sl与第l个音圈通道的脉冲响应序列hl卷积后获得的输出信号时域序列矢量rl为：
rl＝[rl(0) rl(1) … rl(N-1)]T
＝sl*hl
其中，rl为第l个音圈通道获得的输出信号时域序列矢量的元素值，*表示卷积运算；
步骤S3中，待求解的第l个音圈上的有限脉冲响应滤波器的时域序列矢量gl为：
gl＝[gl(0) gl(1) … gl(M-1)]T
其中，M为有限脉冲响应滤波器的时域序列矢量长度，gl为第l个音圈上的有限脉冲响应滤波器的时域序列矢量的元素值；
施加于各个音圈通道上的有限脉冲响应滤波器的系数估计值为：
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1
其中，R＝[R1 R2 … RL]，
i表示矩阵Rl的行标号，j表示矩阵Rl的列标号。
2.根据权利要求1所述的频响均衡方法，其特征在于，步骤S1中，所述脉冲响应序列通过声学测量仪器测试获得。
3.根据权利要求1所述的频响均衡方法，其特征在于，步骤S3中，第l个音圈通道上所施加的有限脉冲响应滤波器的系数估计值为：
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4.根据权利要求3所述的频响均衡方法，其特征在于，步骤S4中，在每个音圈上施加各自计算的滤波器，将获得均衡后多音圈扬声器整体脉冲响应序列的表达式如下：
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5.根据权利要求1所述的频响均衡方法，其特征在于，步骤S1中，
h1＝h2＝…＝hL
步骤S1中对任一个音圈通道的脉冲响应序列。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的多音圈扬声器的频响均衡方法所采用的频响均衡装置，其特征在于，包括多个音圈通道，每个所述音圈通道包括：
白噪声信号发生器，用于输入白噪声序列；
滤波器，其输入端与所述白噪声信号发生器相连接，用于多音圈扬声器的频响均衡处理；
功率放大器，其输入端与所述滤波器的输出端相连接，用于输出信号的功率放大，以驱动多音圈扬声器发声；
音圈，其输入端与所述功率放大器的输出端相连接以由所述功率放大器驱动，用于电声转换，将功率放大器送入的电信号转换为空气振动信号。
7.根据权利要求6所述的频响均衡装置，其特征在于：所述滤波器为有限脉冲响应滤波器。
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