CN107172568B - 一种立体声声场校准设备及校准方法 - Google Patents

Abstract

一种立体声声场校准设备包含：左声道收音器，设置于待测手机左侧；右声道收音器，设置于待测手机右侧；前置放大器，输入端分别与左声道收音器和右声道收音器连接，输出放大的音频信号；音频处理器，输入端与前置放大器连接，对输入的音频进行数字化处理并提取频率响应曲线；微处理器，输入端与音频处理器连接，分析所述频率响应曲线并计算校正曲线；所述左声道收音器和右声道收音器沿手机横向中心线设置，且关于手机左右对称。本发明运用在立体声项目上，技术瓶颈低，对器件和结构设计没有特殊要求，可以兼容原有设计。且测试值准确，外放效果好，声场准确。

Description

一种立体声声场校准设备及校准方法

技术领域

本发明涉及手机立体声技术领域，具体涉及一种立体声声场校准设备及校准方法。

背景技术

立体声，就是指具有立体感的声音。它是一个几何概念，是指在三维空间中占有位置的事物。因为声源有确定的空间位置，声音有确定的方向来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力。尤其是有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况。从这个意义上讲，自然界所发出的一切声音都是立体声，如雷声、火车声、枪炮声等。当我们直接听到这些立体空间中的声音时，除了能感受到声音的强度、音调和音色外，还能感受到它们的方位和层次。这种人们直接听到的具有方位层次等空间分布特性的声音，称为自然界中的立体声。

自然界发出的声音是立体声，但是我们如果把这些立体声经记录、放大等处理后而重放时，所有的声音都从一个扬声器放出来，这种重放声(与原声源相比)就不是立体的了。这时由于各种声音都从同一个扬声器发出，原来的空间感(特别是声群的空间分布感)也消失了。这种重放声称为单声。如果从记录到重放整个系统能够在一定程度上恢复原发生的空间感(不可能完全恢复)，那么，这种具有一定程度的方位层次等空间分布特性的重放声，称为音响技术中的立体声。

与单声道技术相比，立体声技术具有各声源的方位感和分布感；提高了信息的清晰度和可懂度；对于影视应用而言，能提高节目的临场感、层次感和透明度。我们在听MP3时，一般会用到一对耳机，最重要的理由就是产生立体声的效果，让声音呈现出左右空间的感觉。因此在声音信号中，我们会用两个声道来传送立体声信号：一个是负责左声道、另一个则是负责右声道。

声波在室内传播时，要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射，每反射一次都要被障碍物吸收一些。这样，当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失，我们就感觉到声源停止发声后声音还继续一段时间。这种现象叫做混响。混响现象在实际生活中无法避免，左右声道分别播放对可以模拟实际混响效果。

人们听声音时，可以分辨出声音是由哪个方向传来的，从而大致确定声源的位置。我们所以能分辨声音的方向，是由于我们有两只耳朵的缘故。例如，在我们的右前方有一个声源，那么，由于右耳离声源较近，声音就首先传到右耳，然后才传到左耳，并且右耳听到的声音比左耳听到的声音稍强些。如果声源发出的声音频率很高，传向左耳的声音有一部分会被人头反射回去，因而左耳就不容易听到这个声音。两只耳朵对声音的感觉的这种微小差别，传到大脑神经中，就使我们能够判断声音是来自右前方。这就是通常所说的“双耳效应”。

一般的录音是单声道的。例如一个音乐会的录音，从舞台各方面同时传来的不同乐器声音，被一个传声器接收(或被几个传声器接收然后混合在一起)，综合成一种音频电流而记录下来。放音时也是由一个扬声器发出声音。我们只能听到各个方向不同乐器的综合声，而不能分辨哪个乐器声音是从哪个方向来的，感觉不到像在音乐厅里面听音乐时的那种立体感(空间感)。在手机等设备中放音时，由于扬声器的功率、位置等因素影响，立体感更难体现。如果在声音播放设备中预置一些混响效果，使单声道录取的声音产生立体声的效果，将会大大改善手机用户的收听感受。

目前，在手机上实现立体声的方式主要有以下两种：

1.左右声道完全分离，这样对两个声道的一致性要求非常高，对于腔体设计和器件的选择做出了很大的限制，使用喇叭加听筒的设计方式将无法产生正常的声场；

2.使用诸如DIRAC音效的方式，通过算法处理匹配多种多样的器件和结构设计。这种方案比较成熟，适用性强，但是调试周期较长，比较耗费人力。

上述两种对于双喇叭的效果和声场定位都需要通过被动调试来解决，这样对于不同类型的双喇叭声场匹配和不同的产品需求都需要单独进行调节，这样实现起来费时费力，可延续性也比较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立体声声场校准设备及校准方法，应用于手机、IPAD等移动终端和音视频播放器中，为使用者带来较佳的听觉感受。本发明对立体声声场进行校准，需要使用两个沿手机横轴设置的麦克风进行声信号采集。在调试时，手机上的两个喇叭依次播放扫频音源，通过两个麦克风同时采集声信号并通过接收到的信号同输入信号频率、幅度和相位上的差异，分析两个喇叭在轴线方向的声场变化。再让两个喇叭同时播放扫频音源，收集两个麦克风同时采集并通过接收到的信号同输入信号频率、幅度和相位上的差异，分析两个喇叭在轴线方向的声场变化，最后再分析比较单喇叭播放和双喇叭播放的异同，分别对两个喇叭做不同外放效果调试，最终可以达到一个声场较为准确，主观听感提升较明显的效果。

一种立体声声场校准设备，包含：

左声道收音器，设置于待测手机左侧；

右声道收音器，设置于待测手机右侧；

前置放大器，分别与左声道收音器和右声道收音器连接，输出放大的音频信号；

音频处理器，与前置放大器连接，对输入的音频进行数字化处理并提取频率响应曲线；

微处理器，与音频处理器连接，分析所述频率响应曲线并计算校正曲线；

所述左声道收音器和右声道收音器沿待测手机横向中心线设置，且关于待测手机左右对称。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，在所述前置放大器和音频处理器之间设置一滤波器，滤波器的输入端与所述前置放大器连接，滤波器的输出端与所述音频处理器连接。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，所述音频处理器包含：

模数转换单元，输入端与所述前置放大器连接，将输入的模拟音频信号转换为数字音频信号；

存储单元，输入端与所述模数转换单元连接，存储已数字化的音频信号；

频响获取单元，输入端与所述存储单元连接，根据其中存储的音频数据获取实际的频率响应曲线。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，在所述模数转换单元和存储单元之间设置一数字滤波器，数字滤波器的输入端与所述模数转换单元连接，滤波器的输出端与所述存储单元连接。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，所述微处理器包含：

校准单元；

计算单元，输入端与所述校准单元和所述音频处理器中的频响获取单元连接，计算校准曲线；

固化单元，输入端与所述计算单元连接，接收所述校准曲线，输出端与手机连接，将校准曲线固化到手机中。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，在所述校准单元中存储理想频率响应曲线。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，所述固化单元通过OTG线与手机直接连接。

上述的一种立体声声场校准设备，其中，所述滤波器为模拟滤波器。

一种立体声声场校准方法，包含如下步骤：

S1、确定左声道收音器和右声道收音器的摆放位置；

S2、待测手机扫频播放全音频频段声音，左声道收音器和右声道收音器接收音频信息；且所述待测手机具有双扬声器，上扬声器(11)设置于所述待测手机的正面上部，下扬声器(12)设置于所述待测手机的背面下部；所述左声道收音器(21)和右声道收音器(22)沿所述待测手机横向中心线设置，且关于所述待测手机左右对称；

S3、音频处理器记录音频信息并提取频率响应曲线；

S4、微处理器将步骤S3中所得的频率响应曲线与理想频率响应曲线进行比较和计算，得出校准曲线；

S5、微处理器将步骤S4中所得的校准曲线通过编程器固化到待测手机中。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，在步骤S2中播放的声音为单频脉冲或单频正弦波。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，所述步骤S2反复多次执行。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，所述步骤S2中一个完整的接收音频信息过程具体包含：

S21、左声道收音器单独收音，；

S22、右声道收音器单独收音；

S23、左声道收音器和右声道收音器同时收音。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，在步骤S23后还包含：

S24、交换左声道收音器和右声道收音器的位置，两者同时收音。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，所述步骤S3具体包含：

S31、所述模数转换单元对步骤S2所接收的音频信息进行数字化处理；

S32、所述存储单元储存数字化的音频信息；

S33、所述频响获取单元根据所述存储单元中存储的音频信息获取频率响应曲线。

上述的一种立体声声场校准方法，其中，所述步骤S4具体包含：

S41、对比左声道收音器21接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器21在轴线方向的声场变化；

S42、对比右声道收音器22接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析右声道收音器22在轴线方向的声场变化；

S43、对比双声道同时接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器21和右声道收音器22在轴线方向的声场变化；

S44、根据上述变化，计算校准曲线。

本发明的优点和有益效果是：

1.运用在立体声项目上，技术瓶颈低。

2.对器件和结构设计没有特殊要求，可以兼容原有设计。

3.测试值准确，外放效果好，声场准确。

附图说明

图1是本发明中校准设备的连接框图。

图2是本发明中音频处理器的功能框图。

图3是本发明中微处理器的功能框图。

图4是本发明中校准技术的步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个或若干个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，是校准声场时的连接图，校准时使用具有双扬声器的手机作为对象，上扬声器11设置于手机正面上部，功率较小，一般供接听电话时使用；下扬声器12设置于手机背面下部，且有时偏向一侧，功率较大，一般供外放使用。

一种立体声声场校准设备，包含：

左声道收音器21，设置于待测手机左侧；

右声道收音器22，设置于待测手机右侧；

前置放大器3，分别与左声道收音器21和右声道收音器22连接，输出放大的音频信号；

音频处理器4，与前置放大器3连接，对输入的音频进行数字化处理并提取频率响应曲线；

微处理器5，与音频处理器4连接，分析所述频率响应曲线并计算校正曲线；

所述左声道收音器21和右声道收音器22沿待测手机横向中心线设置，且关于待测手机左右对称。

进一步地，在所述前置放大器3和音频处理器4之间可以设置一滤波器，滤波器的输入端与所述前置放大器3连接，滤波器的输出端与所述音频处理器4连接。

进一步地，所述滤波器为模拟滤波器。

如图2所示，所述音频处理器4具体包含：

模数转换单元41，输入端与所述前置放大器3连接，将输入的模拟音频信号转换为数字音频信号；

存储单元42，输入端与所述模数转换单元41连接，存储已数字化的音频信号；

频响获取单元43，输入端与所述存储单元42连接，根据其中存储的音频数据获取实际的频率响应曲线。

基于数字化的考虑，如果在前置放大器3和音频处理器4之间不设置模拟滤波器，还可以在所述模数转换单元41和存储单元42之间设置一数字滤波器，数字滤波器的输入端与所述模数转换单元41连接，滤波器的输出端与所述存储单元42连接。

如图3所示，所述微处理器5具体包含：

校准单元52；

计算单元51，输入端与所述校准单元52和所述音频处理器4中的频响获取单元43连接，计算校准曲线；

固化单元53，输入端与所述计算单元51连接，接收所述校准曲线，输出端与手机连接，将校准曲线固化到手机中。

进一步地，在所述校准单元52中存储理想频率响应曲线。

进一步地，所述固化单元53通过OTG线与手机直接连接。

一种立体声声场校准方法，如图4所示，包含如下步骤：

S1、确定左声道收音器21和右声道收音器22的摆放位置；

S2、待测手机扫频播放全音频频段声音，左声道收音器21和右声道收音器22接收音频信息；且所述待测手机具有双扬声器，上扬声器11设置于所述待测手机的正面上部，下扬声器12设置于所述待测手机的背面下部；所述左声道收音器21和右声道收音器22沿所述待测手机横向中心线设置，且关于所述待测手机左右对称；

S3、音频处理器4记录音频信息并提取频率响应曲线；

S4、微处理器5将步骤S3中所得的频率响应曲线与理想频率响应曲线进行比较和计算，得出校准曲线；

S5、微处理器5将步骤S4中所得的校准曲线通过编程器固化到待测手机中。

进一步地，在步骤S2中播放的声音为单频脉冲或单频正弦波。

进一步地，所述步骤S2反复多次执行。

进一步地，所述步骤S2中一个完整的接收音频信息过程具体包含：

S21、左声道收音器21单独收音；

S22、右声道收音器22单独收音；

S23、左声道收音器21和右声道收音器22同时收音。

进一步地，在步骤S23后还包含：

S24、交换左声道收音器21和右声道收音器22的位置，两者同时收音。

所述步骤S3具体包含：

S31、所述模数转换单元41对步骤S2所接收的音频信息进行数字化处理；

S32、所述存储单元42储存数字化的音频信息；

S33、所述频响获取单元43根据所述存储单元42中存储的音频信息获取频率响应曲线。

所述步骤S4具体包含：

S41、对比左声道收音器21接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器21在轴线方向的声场变化；

S42、对比右声道收音器22接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析右声道收音器22在轴线方向的声场变化；

S43、对比双声道同时接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器21和右声道收音器22在轴线方向的声场变化；

S44、根据上述变化，计算校准曲线。

本方案设计中，MIC位置的选择需要放在侧边中线两侧，如示意图所示。这种方式可以比较准确的校准声场，因为正常人使用手机时，侧拿手机时立体声的声场要左右均衡才能有不错的表现，MIC创新式的放置在轴线两侧从算法上来讲更为有效。

本方案的另一种应用方式是，结合声光转换器件和显示屏，将不可视的声波转换为可视彩色波形，显示在显示屏上，向调试人员提供视觉辅助参考，协助校准。

在所述一种立体声声场校准设备中加入声光转换器阵列、相应的控制模块和显示屏。声光转换器阵列与左声道收音器21和右声道收音器22分别呼应设置，并放置在同一位置，以期接收相同的声波信息。在控制模块的控制下，声光转换器阵列与左声道收音器21和右声道收音器22同步接收声波，该声波的传播状态通过声光转换器阵列可视化，并在显示屏中显示。

所述声光转换器阵列中包含N个声光转换器，其中，N为自然数。N个声光转换器以矩阵状排列而构成。对构成声光转换器阵列的各个声光转换器，由控制模块分别提供选通信号。各个声光转换器分别执行以下处理：与选通信号的上升沿同步地测量其配置位置处的该时刻的声压瞬时值，辐射与该瞬时值对应的亮度的光，直到选通信号下次上升为止。另外，在本实施方式中，说明了与选通信号的上升沿同步地进行声压测量等的情况，当然也可以与选通信号的下降沿同步地执行这些处理，也可与选通信号上升沿(或下降沿)以外的任意定时时刻同步地测量声压。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种立体声声场校准设备，其特征在于，包含：

左声道收音器（21），设置于待测手机左侧；

右声道收音器（22），设置于待测手机右侧；

前置放大器（3），分别与左声道收音器（21）和右声道收音器（22）连接，输出放大的音频信号；

音频处理器（4），与前置放大器（3）连接，对输入的音频进行数字化处理并提取频率响应曲线；

微处理器（5），与音频处理器（4）连接，分析所述频率响应曲线并计算校正曲线；

所述待测手机具有双扬声器，且上扬声器（11）设置于所述待测手机的正面上部，下扬声器（12）设置于所述待测手机的背面下部；所述左声道收音器（21）和右声道收音器（22）沿待测手机横向中心线设置，且关于待测手机左右对称;

所述音频处理器（4）包含:

模数转换单元（41），输入端与所述前置放大器（3）连接，将输入的模拟音频信号转换为数字音频信号；

存储单元（42），输入端与所述模数转换单元（41）连接，存储已数字化的音频信号；

频响获取单元（43），输入端与所述存储单元（42）连接，根据其中存储的音频数据获取实际的频率响应曲线；

所述微处理器（5）包含：

校准单元（52）；在所述校准单元（52）中存储理想频率响应曲线；

计算单元（51），输入端与所述校准单元（52）和所述音频处理器（4）中的频响获取单元（43）连接，计算校准曲线；

固化单元（53），输入端与所述计算单元（51）连接，接收所述校准曲线，输出端与手机连接，将校准曲线固化到手机中；所述固化单元（53）通过OTG线与手机直接连接。

2.如权利要求1所述的一种立体声声场校准设备，其特征在于，

在所述前置放大器（3）和音频处理器（4）之间设置一滤波器，滤波器的输入端与所述前置放大器（3）连接，滤波器的输出端与所述音频处理器（4）连接。

3.如权利要求1所述的一种立体声声场校准设备，其特征在于，

在所述模数转换单元（41）和存储单元（42）之间设置一数字滤波器，数字滤波器的输入端与所述模数转换单元（41）连接，滤波器的输出端与所述存储单元（42）连接。

4.如权利要求2所述的一种立体声声场校准设备，其特征在于，所述滤波器为模拟滤波器。

5.一种立体声声场校准方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、确定左声道收音器（21）和右声道收音器（22）的摆放位置；

S2、待测手机扫频播放全音频频段声音，左声道收音器（21）和右声道收音器（22）接收音频信息；且所述待测手机具有双扬声器，上扬声器（11）设置于所述待测手机的正面上部，下扬声器（12）设置于所述待测手机的背面下部；所述左声道收音器（21）和右声道收音器（22）沿所述待测手机横向中心线设置，且关于所述待测手机左右对称；

S3、音频处理器（4）记录音频信息并提取频率响应曲线；

S4、微处理器（5）将步骤S3中所得的频率响应曲线与理想频率响应曲线进行比较和计算，得出校准曲线；

S5、微处理器（5）将步骤S4中所得的校准曲线通过编程器固化到待测手机中；

所述音频处理器（4）包含模数转换单元（41）、存储单元（42）和频响获取单元（43），所述步骤S3具体包含：

S31、所述模数转换单元（41）对步骤S2所接收的音频信息进行数字化处理；

S32、所述存储单元（42）储存数字化的音频信息；

S33、所述频响获取单元（43）根据所述存储单元（42）中存储的音频信息获取频率响应曲线；

所述步骤S4具体包含：

S41、对比左声道收音器（21）接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器（21）在轴线方向的声场变化；

S42、对比右声道收音器（22）接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析右声道收音器（22）在轴线方向的声场变化；

S43、对比双声道同时接收到的信号与输入信号之间在频率、幅度和相位上的差异，分析左声道收音器（21）和右声道收音器（22）在轴线方向的声场变化；

S44、根据上述变化，计算校准曲线。

6.如权利要求5所述的一种立体声声场校准方法，其特征在于，在步骤S2中播放的声音为单频脉冲或单频正弦波。

7.如权利要求5或6所述的一种立体声声场校准方法，其特征在于，所述步骤S2反复多次执行。

8.如权利要求5所述的一种立体声声场校准方法，其特征在于，所述步骤S2中一个完整的接收音频信息过程具体包含：

S21、左声道收音器（21）单独收音；

S22、右声道收音器（22）单独收音；

S23、左声道收音器（21）和右声道收音器（22）同时收音。

9.如权利要求8所述的一种立体声声场校准方法，其特征在于，在步骤S23后还包含：

S24、交换左声道收音器（21）和右声道收音器（22）的位置，两者同时收音。