CN106604184A - 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统 - Google Patents

一种带均衡的有源无指向性扬声器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106604184A
CN106604184A CN201710051365.0A CN201710051365A CN106604184A CN 106604184 A CN106604184 A CN 106604184A CN 201710051365 A CN201710051365 A CN 201710051365A CN 106604184 A CN106604184 A CN 106604184A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transfer function
inverse
frequency
equalization
digital filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710051365.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106604184B (zh
Inventor
蔡阳生
林从华
何惠妍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian University of Technology
Original Assignee
Fujian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian University of Technology filed Critical Fujian University of Technology
Priority to CN201710051365.0A priority Critical patent/CN106604184B/zh
Publication of CN106604184A publication Critical patent/CN106604184A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106604184B publication Critical patent/CN106604184B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字滤波器，所述数字滤波器包括逆均衡器和带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。本发明体积小，仅工作在相关标准要求的测试频率范围内；通过对扬声器的空间多点传输函数进行测试，并根据多点传输函数设计一个数字信号滤波系统，该数字信号滤波系统的幅度频率响应在峰谷上与无指向性扬声器系统的空间多点平均的幅度频率响应互逆，达到扬声器系统的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小的目的；可用于建筑声学和电声测试。

Description

一种带均衡的有源无指向性扬声器系统
技术领域
本发明涉及声学测量用专用声源领域，尤其涉及一种带均衡的有源无指向性扬声器系统。
背景技术
在建筑声学和噪声测试中，无指向性声源扬声器系统作为测试声源，要求其向空间各个方向辐射声音的能力一致(无指向性)，并且要在测试关注的频率范围内有相对平直的频率响应。并且随着低频噪声研究的深入，越来越多的实验人员和研究者希望无指向性声源扬声器系统有更好的低频重放能力(低至44.5Hz)，以满足低频信噪比的要求。
在使用无指向声源扬声器系统的过程中，发现现有无指向性声源扬声器系统不容易满足ISO 10140系列标准、ISO 3382系列标准和国家标准GB/T 19889系列标准对无指向声源扬声器系统的产生的声场频率响应要求：同一个倍频程中的各个1/3倍频程声功率级差在125Hz倍频程中不得大于6dB,在250Hz倍频程中不得大于5dB,在其它中心频率更高的倍频程中不得大于4dB。
目前常用无指向性声源包括12面体声源和逆号角形音箱，对于12面体声源来说存在两个问题：
因为12面体声源其特殊的正12面体形状，若要通过改善箱体结构和更换更高品质的扬声器单元，以平滑12面体声源在其有效频率范围内频率响应曲线的峰谷幅度，难度较大实现且性价比低；
由于12面体扬声器系统是由12个相同的扬声器系统组成，由于扬声器单元的尺寸较小和12面箱体的有效容积较小，在一般在低频范围会有较大的衰减，而导致无法满足低频信噪比的测量要求。
针对上述问题，检索到国内相关专利，但没有一份专利能够完全解决这个问题，相关专利具体如下：
1、专利申请号200910095351.4的无指向性扬声器低频T铁中心倒相音箱，该专利只采用一只扬声器单元，且其声音未经过逆号角形(inverse horn)处理，必然无法实现三维空间的无指向性；
2、专利申请号201010224857.3的用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源及设计方法，但该专利只是采用十二只相同尺寸的扬声器单元，必然会在其谐振频率有较大的峰值，且未采用均衡处理方法，因此不能满足ISO 10140系列标准、ISO 3382系列标准和国家标准GB/T 19889系列对平直频率响应的要求；亦没有采用低频重放能力较强的大尺寸扬声器单元，因此低频重放仍然存在问题。
3、专利申请号201520352719.1的正十二面体全指向扬声器箱，该系统只针对100～8000Hz的频率范围，同样未能解决低频不足的问题。
4、专利申请号200310120729.4的在三维空间的全指向性扬声器系统的发明专利中，该专利是提出一个系统，并未提出均衡处理方法。
发明内容
本发明的目的是设计一个扬声器系统，以解决上述技术存在的频率响应不平直和低频范围衰减严重等问题。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字滤波器，所述数字滤波器包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。
本发明的带均衡的有源无指向性扬声器系统的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将逆号角形音箱、低频音箱以及功率放大器连接组成一个可重放宽频率声音信号的有源扬声器系统；
步骤二，在空间多点测量有源扬声器系统的一组传输函数，并对该组传输函数在44.5Hz～8979.7Hz频率范围内进行1/m Oct平滑，得到一组空间多点的平滑传输函数；
步骤三，在该组空间多点的平滑传输函数中设一相对电平0dB，该相对电平要确保该组平滑传输函数在44.5Hz～8979.7Hz频率范围的幅值的对数尺寸皆为正数，即其dB值皆为正值；
步骤四：对该组平滑传输函数进行几何平均得到逆均衡的目标传输函数；
步骤五，对目标传输函数进行线性预测编码，得到其逆均衡传输函数，并由该逆均衡传输函数设置逆均衡器；
步骤六，设置上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器；
步骤七，根据步骤五的逆均衡器以及步骤六的带通滤波器组成数字滤波器；
步骤八，通过音频信号接口介入音频信号，实现音频播放。
本发明的有益效果是：
(1)本发明无指向性扬声器系统仅工作在相关标准要求的测试频率范围内；
(2)本发明通过对无指向性扬声器系统的空间多点传输函数进行测试，设计一个数字信号滤波系统，该数字信号滤波系统的幅度频率响应在峰谷上与无指向性扬声器系统的空间多点平均的幅度频率响应互逆，达到扬声器系统的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小的目的；可用于建筑声学和电声测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口1，音频信号接口1连接有数字滤波器2，所述数字滤波器2包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器201和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器202，数字滤波器2连接有功率放大器3，功率放大器3连接至扬声器4，所述扬声器4包括逆号角形音箱401和低频音箱402。
相对于12面体扬声器系统的无指向性声源，采用逆号角形音箱可以尽量减小扬声器系统的体积，有助于本发明方案实现空间各方位均匀重放的无指向性。
本系统对逆号角形音箱增加了低频音箱，有助于提升低频范围的能量强度。
为使本发明的扬声器系统频率响应较为平滑，相邻频段的幅度变化较为平缓均衡，且有较强的低频重放能力，以满足相关测试标准的要求。需要先确定扬声器系统的逆均衡传输函数，通过得到逆均衡传输函数设置数字滤波器，具体步骤如下：
(1)由一个逆号角形音箱、一个低频音箱以及对应功率放大器组成可重放较宽频率的有源扬声器系统；
(2)采用最大长度序列法(MLS)或者正弦扫频法(SS)在空间多点测量由(1)组成的扬声器系统的传输函数，该传输函数可用H1(z)、H2(z)……Hn(z)表示，其中n为在空间360度范围均匀取的点数，空间多点测量是为了对扬声器系统传输函数在空间不同方向进行采样，保证均衡的对象是扬声器系统在整个空间而非只是某个方向的声学响应；
(3)采用最小二乘拟合法或高斯权函数等平滑方法对H1(z)、H2(z)……Hn(z)在(44.5Hz～8979.7Hz)进行1/m Oct平滑(m一般3、6、12或48)，平滑后得到一组空间多点的平滑传输函数为G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)；
(4)在该组平滑传输函数中设一相对电平为0dB，该相对电平一般低于G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)、……Gn(z1，z2……zm)在44.5Hz～8979.7Hz频率范围内的最小值，以确保G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)、……Gn(z1，z2……zm)在44.5Hz～8979.7Hz频率范围内的幅值在对数尺寸皆为正数，即其dB值皆为正值；
(5)对平滑传输函数G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)进行几何平均得到均衡算法的目标传输函数G(z)＝G(z1，z2……zm)，即由G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)分别在不同系统频率z1，z2……zm上相乘的结果开n次方根，如下式：
(6)对几何平均后的目标传输函数G(z1，z2……zm)进行线性预测编码(LPC)计算得到其逆均衡传输函数Inv_G(z)，并由Inv_G(z)设置逆均衡器，该传输函数与1/G(z)的幅度频率响应基本相同；采用线性预测编码(LPC)进行逆均衡传输函数有助于保证整个系统的稳定性；该逆均衡滤波器可使得无指向性声源扬声器系统在重放声音的频率范围较为平直，可在不损坏扬声器单元和功率放大器的前提下提升声音重放功率。
(7)设置带通滤波器的上、下截止频率为无指向性声源扬声器系统的工作频率范围上下限(44.5～8979.7Hz)，该带通滤波器有助于无指向性声源扬声器系统只重放工作频率范围的声音信号，可在一定程度上提高无指向性声源扬声器系统的重放功率；
(8)将逆均衡器Inv_G(z)和带通滤波器组成一数字滤波器，该数字滤波器可采用有限长单位冲激响应滤波器(FIR滤波器)亦可采用递归滤波器(IIR滤波器)的技术实现；
(9)数字滤波器连接在音频信号接口与功率放大器之间，从而达到扬声器系统的发出的声信号的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小且能重放较强的低频范围信号的均衡目的。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，其特征在于，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字滤波器，所述数字滤波器包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。
2.根据权利要求1所述的带均衡的有源无指向性扬声器系统的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将逆号角形音箱、低频音箱以及功率放大器连接组成一个可重放宽频率声音信号的有源扬声器系统；
步骤二，在空间多点测量有源扬声器系统的一组传输函数，并对该组传输函数在44.5Hz～8979.7Hz频率范围内进行1/m Oct平滑，得到一组空间多点的平滑传输函数；
步骤三，在该组空间多点的平滑传输函数中设一相对电平0dB，该相对电平要确保该组平滑传输函数在44.5Hz～8979.7Hz频率范围的幅值的对数尺寸皆为正数，即其dB值皆为正值；
步骤四：对该组平滑传输函数进行几何平均得到逆均衡的目标传输函数；
步骤五，对目标传输函数进行线性预测编码，得到其逆均衡传输函数，并由该逆均衡传输函数设置逆均衡器；
步骤六，设置上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器；
步骤七，根据步骤五的逆均衡器以及步骤六的带通滤波器组成数字滤波器；
步骤八，通过音频信号接口介入音频信号，实现音频播放。
CN201710051365.0A 2017-01-23 2017-01-23 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统 Active CN106604184B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710051365.0A CN106604184B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710051365.0A CN106604184B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106604184A true CN106604184A (zh) 2017-04-26
CN106604184B CN106604184B (zh) 2022-05-13

Family

ID=58586507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710051365.0A Active CN106604184B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106604184B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444006A (zh) * 2018-10-30 2019-03-08 福建工程学院 一种利用共享单车的城市道路pm2．5浓度实时监控系统及方法
CN114724580A (zh) * 2022-05-13 2022-07-08 深圳市德康兴技术有限公司 一种音频信号调控方法及扬声器系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101155438A (zh) * 2006-09-26 2008-04-02 张秀丽 音频设备的频率响应自适应均衡方法
CN101778321A (zh) * 2009-12-24 2010-07-14 广州大学 一种全指向性声源扬声器系统的频率响应均衡处理方法
US20130114833A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Akg Acoustics Gmbh Microphone filter system
CN206481451U (zh) * 2017-01-23 2017-09-08 福建工程学院 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101155438A (zh) * 2006-09-26 2008-04-02 张秀丽 音频设备的频率响应自适应均衡方法
CN101778321A (zh) * 2009-12-24 2010-07-14 广州大学 一种全指向性声源扬声器系统的频率响应均衡处理方法
US20130114833A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Akg Acoustics Gmbh Microphone filter system
CN206481451U (zh) * 2017-01-23 2017-09-08 福建工程学院 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡阳生等: "逆滤波算法的扬声器系统均衡研究", 《科学技术与工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444006A (zh) * 2018-10-30 2019-03-08 福建工程学院 一种利用共享单车的城市道路pm2．5浓度实时监控系统及方法
CN114724580A (zh) * 2022-05-13 2022-07-08 深圳市德康兴技术有限公司 一种音频信号调控方法及扬声器系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106604184B (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203761556U (zh) 双重麦克风降噪耳机
US20140105417A1 (en) Audio signal playback system and electronic device
WO2003009639A1 (en) Recording a three dimensional auditory scene and reproducing it for the individual listener
CN104424953A (zh) 语音信号处理方法与装置
CN103165125A (zh) 音频定向处理方法和装置
CN101583064A (zh) 具有三维音效的微型声频定向扬声器
US20090103753A1 (en) Three-dimension array structure of surround-sound speaker
CN102724605A (zh) 虚拟低音增强处理方法
CN206481451U (zh) 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统
CN106604184B (zh) 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统
CN108476359A (zh) 扬声器组件及相关方法
CN101778321A (zh) 一种全指向性声源扬声器系统的频率响应均衡处理方法
CN113490098A (zh) 一种anc耳机主动降噪滤波器主动优化算法
CN101491110A (zh) 扬声器系统以及具有高音扬声器阵列的扬声器
CN107948870B (zh) 基于立体麦克风阵列的便携式音频降噪系统
CN205336519U (zh) 360°全方位发声中高频扬声器
Shabtai et al. Spherical array beamforming for binaural sound reproduction
CN110099351B (zh) 一种声场回放方法、装置和系统
Riedel et al. Design and Control of Mixed-Order Spherical Loudspeaker Arrays
Olik et al. Influence of low-order room reflections on sound zone system performance
CN207783121U (zh) 基于立体麦克风阵列的便携式音频降噪系统
Zotter et al. Spherical microphone array equalization for Ambisonics
Peled et al. Study of speech intelligibility in noisy enclosures using optimal spherical beamforming
CN105430561A (zh) 一种低失真音箱
CN204425622U (zh) 一种音频处理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant