CN107181996A - 一种用于音箱的音频幅度限制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于音箱的音频幅度限制装置和方法，该装置包括：分频模块，用于从音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；检测模块，连接分频模块，用于对分频处理后不同频段的音频信号的幅度进行检测；调节模块，连接检测模块和拾音装置，用于根据检测模块的监测结果对拾音装置采集的音频信号进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；输出模块，用于将调节模块调节的音频信号传输到音箱的放大模块以进行放大输出。通过本发明，能够有效降低音频中幅度较高的部分，降低高幅度音频信号对音箱设备的损害，且不影响音箱设备输出的音质。

Description

一种用于音箱的音频幅度限制的方法和装置

技术领域

本发明涉及音箱设备领域，特别是涉及一种用于音箱的音频幅度限制的方法和装置。

背景技术

人耳可听到的声音是由声音的频率决定，而人耳听到声音的强弱则由声音的幅度决定。一般的人能察觉出3分贝的音强变化，对于小于3分贝的音强变化，人耳是无法识别的。但是声音的音强太强，即声音信号的幅度过高时，可能对播放该声音信号的音箱设备造成损坏，带来损失。

现有技术在克服声音信号幅度过高的问题时，通常是对整个声音信号进行压缩，或者通过均衡器对声音信号所有频率范围内的指定频率点的幅度进行调节。上述方式可能导致整个音频的音质受到影响，破坏了音乐的美感，用户体验度较差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于音箱的音频幅度限制的方法和装置，能够有效降低音频中幅度较高的部分，降低高幅度音频信号对音箱设备的损害，且不影响音箱设备输出的音质。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于音箱的音频幅度限制装置，包括：分频模块，用于从所述音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；检测模块，连接所述分频模块，用于对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测；调节模块，连接所述检测模块和所述拾音装置，用于根据所述检测模块的检测结果对所述拾音装置采集的音频信号进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；输出模块，用于将所述调节模块调节的音频信号传输到所述音箱的放大模块以进行放大输出。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于音箱的音频幅度限制方法，该方法的步骤包括：从音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；对分频处理后不同频段的音频信号的幅度进行检测；根据检测结果对音频信号的幅度进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；将调节完成的音频信号传输到音箱的放大器以进行放大输出。

区别于现有技术，本发明的用于音箱的音频幅度限制装置包括：分频模块，用于从所述音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；检测模块，连接所述分频模块，用于对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测；调节模块，连接所述检测模块和所述拾音装置，用于根据所述检测模块的监测结果对所述拾音装置采集的音频信号进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；输出模块，用于将所述调节模块调节的音频信号传输到所述音箱的放大模块以进行放大输出。通过本发明，能够有效降低音频中幅度较高的部分，降低高幅度音频信号对音箱设备的损害，且不影响音箱设备输出的音质。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于音箱的音频幅度限制装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种用于音箱的音频幅度限制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

参阅图1，图1是本发明提供的一种用于音箱的音频幅度限制装置的结构示意图。该装置100包括：分频模块110、检测模块120、调节模块130和输出模块140。

其中，分频模块110连接到音箱101的拾音装置102，从拾音装置102获取其采集的音频信号，并对其采集的音频信号进行分频处理。具体的，分频处理的操作可采用音箱101内置的分频装置(图未示)，或针对本发明设置的分频装置。音箱101内置的分频装置是音箱内部电路中的一种电路装置，主要用以将输入的音乐信号分离成高音、中音、低音等不同部分，然后分别送入相应的高、中、低音喇叭单元中播放。在本发明中，为防止对音箱101播放功能的影响，设置专门用于对声音信号进行分频操作的分频装置，即分频模块110。分频模块110连接于音箱内部电路，从音箱102的拾音装置102接收传输进入音箱的声音信号，对声音信号进行分频处理。具体处理方式是：设定若干分频阈值，以分频阈值为分频点将声音信号分为多个不同的频段。在本实施方式中，分频点设置为40Hz、100Hz、400Hz、2000Hz和10000Hz，而声音信号的频率范围通常为20Hz-20000Hz，此时通过设定的5个分频点将声音频率范围分为6个频段。

分频完成后，检测模块120分别对分频处理后的不同频段的音频信号的幅度进行检测。在本实施方式中，检测模块120通过设定幅度阈值与各个频段内音频信号的幅度进行比较，检测各个频段内的音频信号的幅度是否有大于设定的幅度阈值的部分。检测模块120包括幅度阈值设定单元121和对比单元122。其中，幅度阈值设定单元121用于设定与各个频段内音频信号的幅度进行对比的幅度阈值。幅度阈值可设定为特定值，或根据不同的音频类型切换幅度阈值。对比单元122连接分频模块110以获取分频模块110分频处理得到的各个频段的音频信号的幅度，并与幅度阈值设定单元121设定的幅度阈值进行对比，确定比较结果。在本发明中，设置对比单元122的数量与分频模块110对音频信号的分频数量相同，即设置6个对比单元122分别对应的将一个判断内音频信号的幅度和幅度阈值进行对比。对比的过程是判断各频段的音频信号的幅度与幅度阈值的大小关系。在确定对比结果后，将对比结果输出到调节模块130。

调节模块130连接对比单元122和拾音装置，用于根据检测模块120的检测结果对拾音装置采集的音频信号进行调节。在本发明中，设置调节模块130的数量与对比单元122的数量相同，且每一调节模块130对应的连接一对比单元122。且在本发明中，分频模块110对原始音频信号分频处理之前先对原始音频信号进行复制操作，得到两个相同的音频信号。其中一者通过分频模块110进行分频处理，并在分频完成后通过检测模块120进行检测；另一者则传输到调节模块130，以使调节模块130根据对比单元122的比较结果对原始的音频信号进行调节。

对比单元122对不同频段的音频信号的幅度进行检测，当得到任意频段内音频信号的幅度存在大于幅度阈值的情况时，则需调节模块130进行调节。调节模块130包括识别单元131、限幅调节单元132和压缩调节单元133。识别单元131接收对比单元的122的比较结果，根据不同频段内的音频信号的幅度与幅度阈值的比值确定比较结果类型。具体的，当对比单元122对比确定对应的频段内的音频信号存在幅度大于幅度阈值的频率点时，与之连接的调节模块130对传输到调节模块130的原始音频信号中相同频段的幅度进行调节。调节方式包括压缩和限幅。识别单元131设定一幅度比较阈值，在识别比较结果为相应频段内的音频信号存在幅度大于幅度阈值的情况时，根据音频信号的幅度与幅度阈值的比值确定调节类型。具体的，依据音频信号在不同频段内的幅度与幅度阈值的比值与幅度比较阈值的大小，调节方式分为限幅和压缩。

音频信号的幅度的高低代表着音频信号的音量强弱，因此在本发明中，通过分贝值衡量音频信号的幅度。设定幅度阈值为3分贝，幅度比较阈值设定为3。对比单元122对音频信号的幅度与幅度阈值进行比较，若对比单元122检测到其检测的频段内音频信号的幅度均小于3分贝，识别单元131识别该比较结果，与该对比单元122连接的调节模块130不对原始音频信号的相应频段内的音频信号幅度进行处理；反之，若对比单元122检测到其检测的频段内音频信号的幅度存在大于3分贝的情况时，与该对比单元122连接的调节模块130的识别单元131进一步判断相应频段内大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值和设定的幅度比较阈值的大小。若大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值小于幅度比较阈值时，即在幅度大于3分贝且小于9分贝时，识别调节方式为压缩，压缩调节单元133对该部分幅度按照设定比例进行压缩，压缩比例通常设定为3:1；若大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值大于幅度比较阈值时，即在幅度大于9分贝时，通过压缩的调节方式进行压缩后，幅度仍然大于幅度阈值，此时识别调节方式为限幅，限幅调节单元132对该部分幅度限定为指定幅度，在本实施方式中，可将幅度限制为3分贝。

本发明中，将音频信号复制产生两个相同的音频信号，其中一者经过分频模块110进行分频操作，分频后传输到检测模块120进行检测，检测各个频段的的音频信号中是否有幅度值高于设定的幅度阈值的情况。设置与频段数量相等的对比单元122，分别对每一频段内的音频信号的幅度进行对比。原始音频信号中的另一者则传输到调节模块130，调节模块130的数量与对音频信号进行分频处理后的频段数量相同，每一调节模块130连接一对比单元120。在实际应用中，调节模块130的限幅调节单元132和压缩度调节单元133是合为一体的，根据识别单元131确定的调节方式确定对音频信号的幅度进行限幅或压缩。在本发明中，全部的调节模块130相互串联连接，且每一调节模块130在接收到原始音频信号后，对应的对原始音频信号中、与其连接的对比单元122检测的音频信号的频段对应的频率范围的幅度进行调节，各个调节模块130分别调节原始音频信号的不同频段，互不干扰。

经调节模块130调节完成后，音频信号经输出模块140传输到音箱101的功放模块103进行放大输出播放。

区别于现有技术，本发明的用于音箱的音频幅度限制装置包括：分频模块，用于从所述音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；检测模块，连接所述分频模块，用于对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测；调节模块，连接所述检测模块和所述拾音装置，用于根据所述检测模块的监测结果对所述拾音装置采集的音频信号进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；输出模块，用于将所述调节模块调节的音频信号传输到所述音箱的放大模块以进行放大输出。通过本发明，能够有效降低音频中幅度较高的部分，降低高幅度音频信号对音箱设备的损害，且不影响音箱设备输出的音质。

参阅图2，图2是本发明提供的一种用于音箱的音频幅度限制方法的流程示意图。该方法的步骤包括：

S210：从音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理。

从音箱的拾音器获取其采集的音频信号，并对其采集的音频信号进行分频处理。具体的，分频处理的操作可采用音箱内置的分频装置(图未示)，或针对本发明设置的分频装置。音箱内置的分频装置是音箱内部电路中的一种电路装置，主要用以将输入的音乐信号分离成高音、中音、低音等不同部分，然后分别送入相应的高、中、低音喇叭单元中播放。在本发明中，为防止对音箱播放功能的影响，设置专门用于对声音信号进行分频操作的分频装置。分频装置连接于音箱内部电路，从音箱的拾音器接收传输进入音箱的声音信号，对声音信号进行分频处理。具体处理方式是：设定若干分频阈值，以分频阈值为分频点将声音信号分为多个不同的频段。在本实施方式中，分频点设置为40Hz、100Hz、400Hz、2000Hz和10000Hz，而声音信号的频率范围通常为20Hz-20000Hz，此时通过设定的5个分频点将声音频率范围分为6个频段。

S220：对分频处理后不同频段的音频信号的幅度进行检测。

通过设定幅度阈值与各个频段内音频信号的幅度进行比较，检测各个频段内的音频信号的幅度是否有大于设定的幅度阈值的部分。首先设定与各个频段内音频信号的幅度进行对比的幅度阈值。幅度阈值可设定为特定值，或根据不同的音频类型切换幅度阈值。获取分频器分频处理得到的各个频段的音频信号的幅度，并与设定的幅度阈值进行对比，确定比较结果。在本发明中，分别比较每一频段内音频信号的幅度和幅度阈值，即在上述设定的6个频段内分别对应的将音频信号的幅度和幅度阈值进行对比。对比的过程是判断各频段的音频信号的幅度与幅度阈值的大小关系。

S230：根据检测结果对音频信号的幅度进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅。

在本发明中，对原始音频信号分频处理之前先对原始音频信号进行复制操作，得到两个相同的音频信号。其中一者进行分频处理，并在分频完成后进行检测；另一者则传输到用于调节幅度的均衡器，以根据前一步骤确定的比较结果对原始的音频信号进行调节。

分别对不同频段的音频信号的幅度进行检测，当得到任意频段内音频信号的幅度存在大于幅度阈值的情况时，则需均衡器进行调节。首先接收比较结果，根据不同频段内的音频信号的幅度与幅度阈值的比值确定比较结果类型。具体的，当对比确定对应的频段内的音频信号存在幅度大于幅度阈值的频率点时，与之连接的均衡器对传输到均衡器的原始音频信号中相同频段的幅度进行调节。调节方式包括压缩和限幅。同时设定一幅度比较阈值，在识别比较结果为相应频段内的音频信号存在幅度大于幅度阈值的情况时，根据音频信号的幅度与幅度阈值的比值确定调节类型。具体的，依据音频信号在不同频段内的幅度与幅度阈值的比值与幅度比较阈值的大小，调节方式分为限幅和压缩。

音频信号的幅度的高低代表着音频信号的音量强弱，因此在本发明中，通过分贝值衡量音频信号的幅度。设定幅度阈值为3分贝，幅度比较阈值设定为3。音频信号的幅度与幅度阈值进行比较，若步骤S220中检测到某一频段内音频信号的幅度均小于3分贝，与用于调节该频率范围内幅度的均衡器不对原始音频信号的相应频段内的音频信号幅度进行处理；反之，若检测到其检测的频段内音频信号的幅度存在大于3分贝的情况时，进一步判断相应频段内大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值和设定的幅度比较阈值的大小。若大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值小于幅度比较阈值时，即在幅度大于3分贝且小于9分贝时，识别调节方式为压缩，均衡器采用压缩的调节方式对该部分幅度按照设定比例进行压缩，压缩比例通常设定为3:1；若大于幅度阈值的幅度与幅度阈值的比值大于幅度比较阈值时，即在幅度大于9分贝时，通过压缩的调节方式进行压缩后，幅度仍然大于幅度阈值，此时识别调节方式为限幅，限幅调节单元132对该部分幅度限定为指定幅度，在本实施方式中，可将幅度限制为3分贝。在本发明中，均衡器数量与分配后的频段数量相同且相互串联连接，且每一均衡器在接收到原始音频信号后，对应的对原始音频信号中、与分频处理后每个频段对应的频率范围的幅度进行调节，各个均衡器分别调节原始音频信号的不同频段，互不干扰。

本发明中，将音频信号复制产生两个相同的音频信号，其中一者经过分频操作，分频后进行检测，检测各个频段的的音频信号中是否有幅度值高于设定的幅度阈值的情况。原始音频信号中的另一者则传输到串联连接的均衡器，均衡器的数量与对音频信号进行分频处理后的频段数量相同，且步骤S220中对不同频段的检测对比结果传输到处理相同频段音频信号幅度的均衡器中，以使该均衡器对相应频率范围的幅度进行调节。

S240：将调节完成的音频信号传输到音箱的放大器以进行放大输出。

调节完成后，音频信号传输到音箱的功放电路进行放大输出播放。

区别于现有技术，本发明的用于音箱的音频幅度限制方法的步骤包括：从音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；对分频处理后不同频段的音频信号的幅度进行检测；根据检测结果对音频信号的幅度进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；将调节完成的音频信号传输到音箱的放大器以进行放大输出。通过本发明，能够有效降低音频中幅度较高的部分，降低高幅度音频信号对音箱设备的损害，且不影响音箱设备输出的音质。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于音箱的音频幅度限制装置，其特征在于，包括：

分频模块，用于从所述音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；

检测模块，连接所述分频模块，用于对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测；

调节模块，连接所述检测模块和所述拾音装置，用于根据所述检测模块的检测结果对所述拾音装置采集的音频信号进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；

输出模块，用于将所述调节模块调节的音频信号传输到所述音箱的功放模块以进行放大输出。

2.根据权利要求1所述的音频幅度限制装置，其特征在于，所述检测模块包括：

幅度阈值设定单元，用于设定检测所述音频信号幅度的幅度阈值；

对比单元，连接所述分频模块，用于获取所述分频模块分频处理得到的各个频段的音频信号的幅度，并与所述幅度阈值进行对比，确定比较结果。

3.根据权利要求2所述的音频幅度限制装置，其特征在于，所述对比单元及所述调节模块的数量等于所述分频模块对所述音频信号分频处理后产生的频段数，以每一所述对比单元对应比较一个频段内音频信号的幅度和所述幅度阈值，且每一所述调节模块连接一对比单元，以对对应频段内的音频信号的幅度进行调节。

4.根据权利要求3所述的音频幅度限制装置，其特征在于，每一所述调节模块包括：

识别单元，用于识别所述对比单元的比较结果，并设定幅度比较阈值，在识别比较结果为幅度值大于所述幅度阈值时，根据所述音频信号的幅度与所述幅度阈值的比值确定调节类型；依据所述音频信号在不同频段内的幅度与所述幅度阈值的比值与所述幅度比较阈值的大小，分为限幅和压缩；

限幅调节单元，用于在所述识别单元确定所述比较结果为限幅时，将对应频段内的幅度限定为指定幅度；

压缩度调节单元，用于在所述识别单元确定所述比较结果为低幅度类时，将对应频段内音频信号的幅度按照设定比例进行压缩。

5.根据权利要求3所述的音频幅度限制装置，其特征在于，若所述比较结果为对应频段内的幅度小于等于所述幅度阈值时，对应的所述调节模块将对应频段的音频信号的原始信号传输到所述输出模块进行输出。

6.一种用于音箱的音频幅度限制方法，其特征在于，包括：

从所述音箱的拾音装置接收其采集的音频信号并按频率进行分频处理；

对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测；

根据检测结果对所述音频信号的幅度进行调节；其中，调节的方式包括等比压缩和限幅；

将所述调节完成的所述音频信号传输到所述音箱的放大器以进行放大输出。

7.根据权利要求6所述的音频幅度限制方法，其特征在于，对分频处理后不同频段的所述音频信号的幅度进行检测的步骤中，包括步骤：

设定检测所述音频信号幅度的幅度阈值；

获取分频处理得到的各个频段的音频信号的幅度，并与所述幅度阈值进行对比，确定比较结果。

8.根据权利要求7所述的音频幅度限制方法，其特征在于，分别比较每一频段内音频信号的幅度和所述幅度阈值，对对应频段内的音频信号的幅度进行调节。

9.根据权利要求8所述的音频幅度限制方法，其特征在于，根据检测结果对所述音频信号的幅度进行调节的步骤中，包括步骤：

识别所述比较结果，并设定幅度比较阈值，在识别比较结果为幅度值大于所述幅度阈值时，根据所述音频信号的幅度与所述幅度阈值的比值确定调节类型；其中，所述调节类型在音频信号幅度大于所述幅度阈值时，依据所述音频信号在不同频段内的幅度与所述幅度阈值的比值与所述幅度比较阈值的大小，分为限幅和压缩；

在确定所述比较结果为限幅时，将对应频段内的幅度限定为指定幅度；

在确定所述比较结果为压缩时，将对应频段内音频信号的幅度按照设定比例进行压缩。

10.根据权利要求7所述的音频幅度限制方法，其特征在于，若所述比较结果为对应频段内的幅度小于等于所述幅度阈值时，将对应频段的音频信号的原始信号进行输出。