CN109246543B - 一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及低音音箱 - Google Patents

一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及低音音箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及一种低音音箱。所述方法包括以下步骤：获取在预设频段中的音频信号；所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号。本发明能够通过调节音频信号的信号强度，帮助用户在使用音箱时，避免因无源辐射器在共振时所发出的轰鸣异响过大而影响收听质量，也能够提高无源辐射器对低频段的增强效果。

Description

一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及低音音箱
技术领域
本发明涉及声电转换技术领域，特别是涉及一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及一种低音音箱。
背景技术
随着音箱的普及，简单的听音乐已不能满足人们对商品及音色多元化的要求，一部份消费者在听音乐时希望获得更为强劲的低频感受。现在常规的音箱通常为开口式音箱或者无源辐射式音箱，包括无源辐射式扬声器的现有音箱的具体结构如图1所示，在音箱壳体内除了具有低音喇叭还有被动辐射的无源辐射器作为假喇叭。
目前，为了提升音箱的低频段的音频效果，通常采用加大低音喇叭的尺寸的传统方法来增强低频段的声压大小。当音箱的音频信号以较大的功率进行输出时，音箱内的无源辐射器在发生低频被动辐射共振，会产生很大的轰鸣异响，也就导致了音箱所播放的音频信号的频响会出现异常，如图2椭圆区域所示，图2为消音室环境下低音音箱的声学频响曲线，其中横坐标为频率，纵坐标为声压级，从图2中可以得到，在大功率下60Hz附近很出现很大的轰鸣异响声，这样会降低用户的体验感，而当音频的音响信号以较小的功率进行输出时，低音音频内的无源辐射器低频段的增强效果会降低，从而也会降低用户的体验感。为了增加用户的体验感，需要当音箱的音响信号以不太大的功率输出时，尽量的增强低音效果，当大功率出现轰鸣异音时，适当的压制低频输出功率大小来抑制轰鸣异音。
因此，需要提供一种扬声器音频信号的调节方法、调节装置及低音音箱。
发明内容
为达到上述目的，本发明第一方面提出一种扬声器音频信号的调节方法，包括以下步骤：
获取在预设频段中的音频信号；
所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；
所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；
将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号。
优选地，所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第一调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第一调节系数并将所述音频信号的信号强度下降预设减弱值，根据减弱结果以及所述第一调节系数得到减弱音频信号。
优选地，所述第一调节系数通过下式得到：
Figure BDA0001802410500000021
其中，h(i)为所述第一调节系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值。
优选地，所述减弱音频信号的信号强度通过下式得到：
Imin＝(i-x)·h(i)；
其中，Imin为减弱音频信号的信号强度，x为预设减弱值。
优选地，所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第二调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第二调节系数并将所述音频信号的信号强度增加预设增强值，根据增强结果以及所述第二调节系数得到增强音频信号。
优选地，所述第二调节系数通过下式得到：
Figure BDA0001802410500000022
其中，l(i)为所述第二调节系数系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值。
优选地，所述增强音频信号的信号强度通过下式得到：
Imax＝(i+y)·l(i)；
其中，Imax为增强音频信号的信号强度，y为预设增强值。
优选地，其特征在于，所述叠加音频信号的信号强度由下式得到：
εI＝Imax+Imin；
其中，εI为叠加音频信号的信号强度，Imax为增强音频信号的信号强度，Imin为减弱音频信号的信号强度。
本发明第二方面提出一种扬声器音频信号的调节装置，包括：
获取单元，用于获取在预设频段中的音频信号；
第一调节单元，用于将所述音频信号进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；
第二调节单元，用于将所述音频信号进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；
合成单元，用于将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号。
本发明第三方面提出一种低音音箱，包括壳体，所述音箱进一步包括
扬声器；
与所述扬声器连接的如权利要求9所述的一种扬声器音频信号的调节装置；以及
无源辐射器。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的技术方案通过对音频信号的信号强度进行检测，并将音频信号分别通过第一调节单元以及第二调节单元来实现对音频信号的信号强度的减弱以及增强，并将减弱以及增强后的音频信号进行叠加，从而达到对音频信号的音频强度的调节，帮助用户在使用音箱时，避免因无源辐射器在共振时所发出的轰鸣异响过大而影响收听质量，并且也能够提高无源辐射器对低频段的增强效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出低音音箱的结构示意图；
图2示出现有低音音箱的声学频响曲线；
图3示出根据本发明扬声器音频信号调节方法的流程图；
图4示出本发明中的扬声器音频信号的调节装置的框图；
图5示出根据本发明的低音音箱的框图；
图6示出根据本发明的低音音箱的声学频响曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
图3为本发明的一个实施例提出的一种扬声器音频信号的调节方法，如图3所示，所述方法具体包括：
S1、获取在预设频段中的音频信号。
需要说明的是，具有无源辐射器的音箱在进行音频信号的播放时，通过扬声器例如低音喇叭进行播放原始音频信号，这时原始音频信号会通过空气振动的方式进行振动传播，从而带动无源辐射器进行振动来达到对低音频段的加强，。但是，当无源辐射器的共振频率与原始音频信号的振动频率达到一致时，则会使得无源辐射器发生共振，而原始音频信号的输出功率越大时，无源辐射器因共振所发出的轰鸣异响的声音也就越大。为了改善消除无源辐射器所发出的轰鸣异响的声音，根据本发明的技术方案，将原始音频信号中可能产生共振的频段内的音频信号的信号强度进行调节，处于共振频段外的音频信号不会使无源辐射器发生共振现象，可不对共振频段外音频信号的信号强度进行调节。当原始音频信号的输出功率较小时，无源辐射器对低频段的增强效果较低，为了提高无源辐射器的工作效率，我们需要将原始音频信号中处于预设共振频段内的部分音频信号的信号强度进行提高，从而提升无源辐射器的工作效率，在这里预设频段的范围可根据用户以及无源辐射器的共振频率进行预先设定，示例性的，如果无源辐射器的共振频率为50Hz时，预设共振频段可以选择为40Hz-100Hz，当扬声器所播放的音频信号的频段为0-200Hz时，只获取处于40Hz-100Hz内的音频信号来进行调节。
S2、所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号。
在这里，可以理解为，原始音频信号的处于预设频段内的部分音频信号会通过第一调节单元来进行第一调节，得到减弱后的减弱音频信号。
进一步的，所述S2还包括：
S21、检测所述音频信号的信号强度；。
在这里，检测音频信号的信号强度也就是检测原始音频信号中处于预设频段内的部分音频信号的信号强度大小，其具体检测方法在本发明中不做限定。
S22、所述第一调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第一调节系数并将所述音频信号的信号强度下降预设减弱值，根据减弱结果以及所述第一调节系数得到减弱音频信号。
通过S21得到处于预设频段内的音频信号的信号强度，接着将音频信号通过第一调节单元来得到音频信号的第一调节系数，这里的第一调节系数是根据音频信号的信号强度来的得到的。
在本实施例的具体实施中，在S22中的第一调节系数可通过下式得到：
Figure BDA0001802410500000051
其中，h(i)为所述第一调节系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值。
在这里，由于无源辐射器在发生共振时，音频信号的信号强度越大，无源辐射器所发出的轰鸣异响也就越大，对用户收听效果的影响也就越大，当音频信号的信号强度较低时，无源辐射器所发出的轰鸣异响对用户收听效果的影响可忽略，将预设上限阈值设定为调节音频信号的信号强度的上限值，也就是说，当音频信号的信号强度超过预设上限阈值时，无源辐射器所发出的轰鸣异响对用户收听效果影响较大，当音频信号的信号强度较小时，无源辐射器对低频段的增强效果较小，将预设下限阈值设定为调节音频信号的信号强度的下限值，也就是说，音频信号的信号强度小于预设下限阈值时，无源辐射器对低频段的增强效果可忽略。
由于第一调节系数是根据音频信号的信号强度得到的，根据上式可知，当音频信号的信号强度大于预设上限阈值时，第一调节系数系数为1，当音频信号的信号强度小于预设下限阈值时，第一调节系数为0，也就是说，第一调节系数的范围为0～1之间，而当音频信号的信号强度处于预设上限阈值与预设下限阈值之间时，第一调节系数为
Figure BDA0001802410500000052
第一调节系数随着音频信号的信号强度的增强而增大。
由于第一调节单元的作用是将音频信号的信号强度进行减弱，在这里，预设减弱值是将音频信号的信号强度减弱的具体数值，而第一调节系数代表将音频信号减弱的程度，预设减弱值可又用户进行设定，其具体数值本发明不做限定，需要知道的是，当音频信号的信号强度小于预设下限阈值时，第一调节系数为0，也就是说，得到的减弱音频信号的信号强度也为0。
进一步的，减弱音频信号的信号强度可由下式的得到：
Imin＝(i-x)·h(i)；
其中，Imin为减弱音频信号的信号强度，x为预设减弱值。
通过将音频信号的信号强度与预设减弱值进行相减，并将结果与第一调节系数相乘，这样就能够得到减弱音频信号的信号强度。
S3、所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号。
在这里，应当理解为，原始音频信号的处于预设频段内的部分音频信号会通过第二调节单元来进行信号强度的增强，从而得到增强后的增强音频信号。
进一步的，所述S3包括：
S31、检测所述音频信号的信号强度；。
在这里，所述的S31与上述的S21相同，检测音频信号的信号强度也就是检测原始音频信号中处于预设频段内的音频信号的信号强度大小，其具体检测方法在本发明中不做限定。
S32、所述第二调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第二调节系数并将所述音频信号的信号强度增加预设增强值，根据增强结果以及所述第二调节系数得到增强音频信号。
通过S31得到处于预设频段内的音频信号的信号强度，接着将音频信号通过第二调节单元来得到音频信号的第二调节系数，这里的第二调节系数是根据音频信号的信号强度来的得到的。
在本实施例的具体实施中，在S32中的第二调节系数可通过下式得到：
Figure BDA0001802410500000061
其中，l(i)为所述第二调节系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值。
通过上文可知道，预设上限阈值可以被设定为调节音频信号的信号强度的上限值，预设下限阈值设置为调节音频信号的信号强度的下限值。
由于第二调节系数是根据音频信号的信号强度得到的，根据上式可知，当音频信号的信号强度大于预设上限阈值时，第二调节系数系数为1；当音频信号的信号强度小于预设下限阈值时，第二调节系数系数为0，第二调节系数的范围为0～1之间；当音频信号的信号强度处于预设上限阈值与预设下限阈值之间时，第二调节系数为
Figure BDA0001802410500000071
也就是说，第二调节系数随着音频信号的信号强度的增强而减小。
由于第二调节单元的作用是将音频信号的信号强度进行增强，在这里，预设增强值是将音频信号的信号强度增强的具体数值，而第二调节系数代表将音频信号增强的程度，预设增强值可又用户进行设定，其具体数值本发明不做限定，当音频信号的信号强度大于预设上限阈值时，第二调节系数为0，也就是说，得到的增强音频信号的信号强度也为0。
进一步的，增强音频信号的信号强度可由下式的得到：
Imax＝(i+y)·l(i)；
其中，Imax为增强音频信号的信号强度，y为预设增强值。
通过将音频信号的信号强度与预设增强值进行相加，并将结果与第二调节系数相乘，这样就能够得到增强音频信号的信号强度。
S4、将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号。
处于预设频段内的音频信号分别通过第一调节单元以及第二调节单元来进行减弱以及增强后得到的减弱音频信号以及增强音频信号，通过将减弱音频信号与增强音频信号进行叠加，从而得到叠加音频信号，这样就完整的实现了整个方案，对音频信号的信号强度也就完成了调节。
需要说明的是，在本实施例中对S2与S3的先后顺序不做限定。
进一步的，所述叠加音频信号的信号强度由下式得到：
εI＝Imax+Imin；
其中，εI为叠加音频信号的信号强度，Imax为增强音频信号的信号强度，Imin为减弱音频信号的信号强度。
示例性的，结合实际应用我们来对本实施例提出的一种扬声器音频信号的调节方法进行说明，首先我们获取在预设共振频段中的音频信号，例如为40Hz-100Hz内的音频信号，通过检测音频信号的能量大小，从而得到音频信号的信号强度，分别将音频信号通过第一调节单元以及第二调节单元进行减弱以及增强，当音频信号大于预设上限阈值时，音频信号会在第一调节单元进行减弱，而音频信号小于预设下限阈值时，音频信号会在第二调节单元进行增强，当音频信号处于预设上限阈值以及预设下限阈值时，音频信号会在第一调节单元以及第二调节单元通同时依次进行调节，通过将调节后得到的增强音频信号与减弱音频信号进行叠加，得到叠加音频信号，这样就达到了音频信号的信号强度调节，不仅能够增强无源辐射器对音频信号的低频段的增强效果，也能够防止无源辐射器因信号强度过大而产生音量较高的轰鸣异响，使音箱播放的声音给用户带来愉悦感，提高了用户的收听质量。
本发明的另一个实施例中提出了一种扬声器音频信号的调节装置，如图4所示，所述装置包括：
获取单元，用于获取在预设频段中的音频信号；
第一调节单元，用于将所述音频信号进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；
第二调节单元，用于将所述音频信号进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；
合成单元，用于将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号。
在本实施例的具体实施中，获取模块、第一调节单元以及第二调节单元可通过滤波器进行实现，合成可以为处理器或计算机，示例性的，获取模块可以为带通滤波器，第一调节单元可以为高通滤波器，第二调节单元可以为低通滤波器或带通滤波器(增益大于0)。
本发明的又一个实施例中提出一种低音音箱，如图5所示，所述低音音箱包括壳体；
扬声器；
与所述扬声器连接的一种扬声器音频信号的调节装置；以及
无源辐射器。
在本实施例的具体实施例中，扬声器所输出的音频信号会首先经过扬声器音频信号的调节装置进行调节，调节后输出叠加音频信号并进行播放，而无源辐射器会通过振动的方式提高低频段的播音效果，图6为消音室内使用SoundCheek(电声测试系统)测试本发明所述的低音音箱经过音频调节后的输出结果，其中，横坐标为频率，纵坐标为声压级，图6与图2相比有很大的改善，在图6中低功率下60Hz附近的频响被提升，而在大功率下60Hz附近的频响被压制，从而使用户在收听时不会受到轰鸣异响的影响，也能够提高收听质量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种扬声器音频信号的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取在预设频段中的音频信号；
所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；
所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；
将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号；
所述音频信号经由第一调节单元进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第一调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第一调节系数并将所述音频信号的信号强度下降预设减弱值，根据减弱结果以及所述第一调节系数得到减弱音频信号；
所述第一调节系数通过下式得到：
Figure FDA0002364584490000011
其中，h(i)为所述第一调节系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值；
所述减弱音频信号的信号强度通过下式得到：
Imin＝(i-x)·h(i)；
其中，Imin为减弱音频信号的信号强度，x为预设减弱值；
所述音频信号经由第二调节单元进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第二调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第二调节系数并将所述音频信号的信号强度增加预设增强值，根据增强结果以及所述第二调节系数得到增强音频信号；
所述第二调节系数通过下式得到：
Figure FDA0002364584490000021
其中，l(i)为所述第二调节系数系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值；
所述增强音频信号的信号强度通过下式得到：
Imax＝(i+y)·l(i)；
其中，Imax为增强音频信号的信号强度，y为预设增强值；
所述叠加音频信号的信号强度由下式得到：
εI＝Imax+Imin；
其中，εI为叠加音频信号的信号强度，Imax为增强音频信号的信号强度，Imin为减弱音频信号的信号强度。
2.一种扬声器音频信号的调节装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取在预设频段中的音频信号；
第一调节单元，用于将所述音频信号进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号；
第二调节单元，用于将所述音频信号进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号；
合成单元，用于将所述减弱音频信号与所述增强音频信号进行叠加得到叠加音频信号；
其中，对所述音频信号进行第一调节，得到强度减弱的减弱音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第一调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第一调节系数并将所述音频信号的信号强度下降预设减弱值，根据减弱结果以及所述第一调节系数得到减弱音频信号；
所述第一调节系数通过下式得到：
Figure FDA0002364584490000022
其中，h(i)为所述第一调节系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值；
所述减弱音频信号的信号强度通过下式得到：
Imin＝(i-x)·h(i)；
其中，Imin为减弱音频信号的信号强度，x为预设减弱值；
对所述音频信号进行第二调节，得到强度增强的增强音频信号包括：
检测所述音频信号的信号强度；
所述第二调节单元根据所述音频信号的信号强度得到所述音频信号的第二调节系数并将所述音频信号的信号强度增加预设增强值，根据增强结果以及所述第二调节系数得到增强音频信号；
所述第二调节系数通过下式得到：
Figure FDA0002364584490000031
其中，l(i)为所述第二调节系数系数，i为音频信号的信号强度，lt为预设下限阈值，ht为预设上限阈值；
所述增强音频信号的信号强度通过下式得到：
Imax＝(i+y)·l(i)；
其中，Imax为增强音频信号的信号强度，y为预设增强值；
所述叠加音频信号的信号强度由下式得到：
εI＝Imax+Imin；
其中，εI为叠加音频信号的信号强度，Imax为增强音频信号的信号强度，Imin为减弱音频信号的信号强度。
3.一种低音音箱，包括壳体，其特征在于，所述音箱进一步包括
扬声器；
与所述扬声器连接的如权利要求2所述的一种扬声器音频信号的调节装置；以及
无源辐射器。
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