CN109361997A - 一种扬声器多级音频增益控制系统 - Google Patents

一种扬声器多级音频增益控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种扬声器多级音频增益控制系统，包括若干能对音频信号进行音频增益控制的音频增益控制单元，各音频增益控制单元相互串联在一起，从而对音频信号进行逐级增益控制后输出给扬声器，所述音频增益控制单元包括：归一化扬声器模型建模模块、归一化音频模块、扬声器位移预测模块、音频增益计算模块及音频增益控制模块。本发明的优点是：能精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移。

Description

一种扬声器多级音频增益控制系统
技术领域
本发明涉及扬声器信号处理与保护技术领域，具体涉及一种扬声器多级音频增益控制系统。
技术背景
随着手机电脑等消费类产品的高度集成，要求扬声器在发出高响度声音的前提下，体积要尽量小。微型扬声器的出现解决了这方面的矛盾，它将电信号转换为声音信号，并随着空气震动传播到周围环境中，微型扬声器应用广泛于手机和平板电脑上。然而，微型扬声器虽然能够发出比较响亮的声音，但是在电信号低频部分容易发生共振，如果不加以保护，瞬时或者持久的超出扬声器位移极限，将永久性损坏扬声器振膜和结构。在工程实践中，通过计算位移和输入信号之间的转换函数，预测输出信号调节增益，可以有效减小扬声器振膜位移，但是由于扬声器位移与音频信号的之间的转换呈非线性且计算复杂，难以通过控制音频信号来对扬声器振膜位移进行控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移的扬声器多级音频增益控制系统。
为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其特征在于：包括若干能对音频信号进行音频增益控制的音频增益控制单元，各音频增益控制单元相互串联在一起，从而对音频信号进行逐级增益控制后输出给扬声器，所述音频增益控制单元包括：归一化扬声器模型建模模块、归一化音频模块、扬声器位移预测模块、音频增益计算模块及音频增益控制模块；
所述归一化扬声器模型建模模块：能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给扬声器位移预测模块；
所述归一化音频模块：能对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给扬声器位移预测模块；
所述扬声器位移预测模块：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给增益计算模块；
所述音频增益计算模块：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给增益控制模块；
所述音频增益控制模块：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号。
进一步地，前述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其中：在音频增益控制单元中的音频增益控制模块的输入端还连接有延时模块，延时模块用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给音频增益控制模块。
进一步地，前述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其中：延时模块对信号进行延时的预设延时时间为10ms。
进一步地，前述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其中：归一化扬声器模型建模模块通过电流电压传感器模块实时采集扬声器的电流值与电压值。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：通过对音频信号进行多级增益控制，调节了音频信号与位移之间的非线性误差，有效精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，使扬声器振膜得到保护，从而延长了扬声器的使用寿命；同时通过位移预测，能让未超出预测位移阈值的音频部分保持不变，减小了音频失真，使音频能保持较高音质。
附图说明：
图1为本发明具体实施一中所述的一种扬声器多级音频增益控制系统的结构原理示意图。
图2为本发明具体实施二中所述的一种扬声器多级音频增益控制系统的结构原理示意图。
图3为本发明具体实施三中所述的一种扬声器多级音频增益控制系统的结构原理示意图。
图4为位移增益曲线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例一：
如图1所示，本实施例只包含一个能对音频信号进行音频增益控制的音频增益控制单元，即：只对音频信号只进行一级音频增益控制后输出给扬声器；音频增益控制系统具体包括：一级归一化扬声器模型建模模块1、一级归一化音频模块2、一级扬声器位移预测模块3、一级音频增益计算模块4及一级音频增益控制模块5；
所述一级归一化扬声器模型建模模块1：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级归一化音频模块2：能对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级扬声器位移预测模块3：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级音频增益计算模块4；
所述一级音频增益计算模块4：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级音频增益控制模块5，其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述一级音频增益控制模块5：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
在本实施例中，在音频增益控制单元中的一级音频增益控制模块5的输入端还连接有延时模块7，延时模块7用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给一级音频增益控制模块5，这样可以确保音频信号在输入一级音频增益控制模块5前，一级音频增益控制模块5调整完成，进而提高了扬声器的使用稳定性；在本实施例中，延时模块7对信号进行延时的预设延时时间为10ms；
本发明的工作原理如下：
音频信号输入后，一路传给一级归一化音频模块2，一路传给延时模块7，延时模块7将所输入的音频信号延时10ms后再发送给一级音频增益控制模块5，在延时模块7对音频信号进行延时的过程中，一级归一化音频模块2会对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；同时一级归一化扬声器模型建模模块1通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
一级扬声器位移预测模块3再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级增益计算模块4；一级音频增益计算模块4再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级增益控制模块5；一级音频增益控制模块5再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号给音频放大器8，音频放大器8再根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器9；
本发明的优点是：通过对音频信号进行增益控制，调节了音频信号与位移之间的非线性误差，有效精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，使扬声器振膜得到保护，从而延长了扬声器的使用寿命；同时通过位移预测，能让未超出预测位移阈值的音频部分保持不变，减小了音频失真，使音频能保持较高音质。
具体实例二：
在扬声器系统中，小信号条件下，系统是近似于线性的，然而在大信号时，系统呈现较大的非线性，对音频信号只采用一级音频增益控制单元进行音频增益控制会变得不准确。所以，为了确保扬声器位移不超出最大振膜位移，在一级音频增益控制单元之后又加了二级音频增益控制单元，二级音频增益控制单元可以是一个限幅器，当预测输入位移大于阈值时，目标输出位移保持不变。
如图2所示，本实施例包含两个能对音频信号进行音频增益控制的音频增益控制单元，即一级音频增益控制单元10与二级音频增益控制单元11，
其中，一级音频增益控制单元10包括：一级归一化扬声器模型建模模块1、一级归一化音频模块2、一级扬声器位移预测模块3、一级音频增益计算模块4及一级音频增益控制模块5；
所述一级归一化扬声器模型建模模块1：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级归一化音频模块2：能对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级扬声器位移预测模块3：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级增益计算模块4；其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述一级音频增益计算模块4：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级增益控制模块5；
所述一级音频增益控制模块5：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
其中，二级音频增益控制单元11包括：二级归一化扬声器模型建模模块12、二级归一化音频模块13、二级扬声器位移预测模块14、二级音频增益计算模块15及二级音频增益控制模块16；
所述二级归一化扬声器模型建模模块12：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给二级扬声器位移预测模块14；
所述二级归一化音频模块13：能对经一级音频增益控制模块5增益控制输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给二级扬声器位移预测模块14；
所述二级扬声器位移预测模块14：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给二级音频增益计算模块15；其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述二级音频增益计算模块15：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给二级音频增益控制模块16；
所述二级音频增益控制模块16：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
在本实施例中，在一级音频增益控制单元10中的一级音频增益控制模块5的输入端还连接有延时模块7，延时模块7用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给一级音频增益控制模块5，这样可以确保音频信号在输入一级音频增益控制模块5前，一级音频增益控制模块5调整完成，进而提高了扬声器的使用稳定性；在本实施例中，延时模块7对信号进行延时的预设延时时间为10ms；
本发明的工作原理如下：
音频信号输入后，一路传给一级音频增益控制单元10中的一级归一化音频模块2，一路传给一级音频增益控制单元10中的延时模块7，延时模块7将所输入的音频信号延时10ms后再发送给一级音频增益控制模块5，在延时模块7对音频信号进行延时的过程中，一级归一化音频模块2会对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；同时一级归一化扬声器模型建模模块1通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
一级扬声器位移预测模块3再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级增益计算模块4；一级音频增益计算模块4再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级增益控制模块5；一级音频增益控制模块5再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出，经一级音频增益控制模块5增益输出的音频信号一路传给二级音频增益控制单元11中的二级归一化音频模块13，一路传给二级音频增益控制单元11中的二级音频增益控制模块16，在音频信号发送到二级音频增益控制模块16的过程中，二级归一化音频模块13会对经一级音频增益控制模块5增益输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给二级扬声器位移预测模块14；同时二级归一化扬声器模型建模模块12通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给二级扬声器位移预测模块14；
二级扬声器位移预测模块14再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给二级增益计算模块15；二级音频增益计算模块15再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给二级增益控制模块16；二级音频增益控制模块16再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出给音频放大器8，音频放大器8再根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器9；
本发明的优点是：通过对音频信号进行多级增益控制，调节了音频信号与位移之间的非线性误差，有效精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，使扬声器振膜得到保护，从而延长了扬声器的使用寿命；同时通过位移预测，能让未超出预测位移阈值的音频部分保持不变，减小了音频失真，使音频能保持较高音质。
具体实施例三：
在本实施例中，对输入的音频信号采用了三级增益控制，即一级音频增益控制单元10、二级音频增益控制单元11及三级音频增益控制单元17，其中一级音频增益控制单元10主要作用在小信号音频输入时的调控，二级音频增益控制单元11主要作用在大信号音频输入，三级音频增益控制单元17主要用于限制最大位移输出；由于第一级增益在非线性较大的信号时，输出的误差较大，所以增加了第二级增益，再次预测输出振膜位移，调节增益，将非线性误差减小，最后经过限幅预测控制，将振膜位移控制在合理范围内。
如图3所示，一级音频增益控制单元10包括：一级归一化扬声器模型建模模块1、一级归一化音频模块2、一级扬声器位移预测模块3、一级音频增益计算模块4及一级音频增益控制模块5；
所述一级归一化扬声器模型建模模块1：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级归一化音频模块2：能对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；
所述一级扬声器位移预测模块3：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级增益计算模块4；
所述一级音频增益计算模块4：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级增益控制模块5，其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述一级音频增益控制模块5：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
其中，二级音频增益控制单元11包括：二级归一化扬声器模型建模模块12、二级归一化音频模块13、二级扬声器位移预测模块14、二级音频增益计算模块15及二级音频增益控制模块16；
所述二级归一化扬声器模型建模模块12：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给二级扬声器位移预测模块14；
所述二级归一化音频模块13：能对经一级音频增益控制模块5增益控制输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给二级扬声器位移预测模块14；
所述二级扬声器位移预测模块14：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给二级音频增益计算模块15；
所述二级音频增益计算模块15：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给二级音频增益控制模块16，其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述二级音频增益控制模块16：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
其中，三级音频增益控制单元11包括：三级归一化扬声器模型建模模块18、三级归一化音频模块19、三级扬声器位移预测模块20、三级音频增益计算模块21及三级音频增益控制模块22；
所述三级归一化扬声器模型建模模块18：通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给三级扬声器位移预测模块20；
所述三级归一化音频模块19：能对经二级音频增益控制模块16增益控制输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给三级扬声器位移预测模块20；
所述三级扬声器位移预测模块20：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给三级音频增益计算模块21；
所述三级音频增益计算模块21：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给三级音频增益控制模块22，其中，位移增益曲线如图4所示，从图4中可以得知：
当预测的位移小于阈值时，增益值为一固定常数，通常为1，不对增益进行控制，而当预测的位移大于阈值时，增益曲线发生改变，曲线斜率减小，输出位移也相应的进行压缩，压缩比例可以自由设定或者动态改变；当增益曲线斜率减小为零时，输出目标位移值保持不变；其中增益值的具体计算公式为：
G为计算的增益值，Xin为预测输入位移，Xout为输出目标位移；
所述三级音频增益控制模块22：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号；
在本实施例中，在一级音频增益控制单元10中的一级音频增益控制模块5的输入端还连接有延时模块7，延时模块7用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给一级音频增益控制模块5，这样可以确保音频信号在输入一级音频增益控制模块5前，一级音频增益控制模块5调整完成，进而提高了扬声器的使用稳定性；在本实施例中，延时模块7对信号进行延时的预设延时时间为10ms；
本发明的工作原理如下：
音频信号输入后，一路传给一级音频增益控制单元10中的一级归一化音频模块2，一路传给一级音频增益控制单元10中的延时模块7，延时模块7将所输入的音频信号延时10ms后再发送给一级音频增益控制模块5，在延时模块7对音频信号进行延时的过程中，一级归一化音频模块2会对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给一级扬声器位移预测模块3；同时一级归一化扬声器模型建模模块1通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给一级扬声器位移预测模块3；
一级扬声器位移预测模块3再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给一级增益计算模块4；一级音频增益计算模块4再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给一级增益控制模块5；一级音频增益控制模块5再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出，经一级音频增益控制模块5增益输出的音频信号一路传给二级音频增益控制单元11中的二级归一化音频模块13，一路传给二级音频增益控制单元11中的二级音频增益控制模块16，在音频信号发送到二级音频增益控制模块16的过程中，二级归一化音频模块13会对经一级音频增益控制模块5增益输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给二级扬声器位移预测模块14；同时二级归一化扬声器模型建模模块12通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给二级扬声器位移预测模块14；
二级扬声器位移预测模块14再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给二级增益计算模块15；二级音频增益计算模块15再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给二级增益控制模块16；二级音频增益控制模块16再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出，经二级音频增益控制模块16增益输出的音频信号一路传给三级音频增益控制单元17中的三级归一化音频模块19，一路传给三级音频增益控制单元17中的三级音频增益控制模块22，在音频信号发送到三级音频增益控制模块22的过程中，三级归一化音频模块19会对经二级音频增益控制模块16增益输出的音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给三级扬声器位移预测模块20；同时三级归一化扬声器模型建模模块18通过电流电压传感器模块6实时采集扬声器的电流值与电压值，并将采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，然后根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给三级扬声器位移预测模块20；
三级扬声器位移预测模块20再根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给三级增益计算模块21；三级音频增益计算模块21再根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给三级增益控制模块22；三级音频增益控制模块22再根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出给音频放大器8，音频放大器8再根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器9；
本发明的优点是：通过对音频信号进行多级增益控制，调节了音频信号与位移之间的非线性误差，有效精确控制音频信号的输出，使扬声器振膜位移始终控制在合理范围内，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，使扬声器振膜得到保护，从而延长了扬声器的使用寿命；同时通过位移预测，能让未超出预测位移阈值的音频部分保持不变，减小了音频失真，使音频能保持较高音质。

Claims (4)

1.一种扬声器多级音频增益控制系统，其特征在于：包括若干能对音频信号进行音频增益控制的音频增益控制单元，各音频增益控制单元相互串联在一起，从而对音频信号进行逐级增益控制后输出给扬声器，所述音频增益控制单元包括：归一化扬声器模型建模模块、归一化音频模块、扬声器位移预测模块、音频增益计算模块及音频增益控制模块；
所述归一化扬声器模型建模模块：能对采集的扬声器电流值与电压值进行归一化处理得到归一化扬声器模型参数，并根据得到的归一化扬声器模型参数建立归一化扬声器模型，并将归一化扬声器模型反馈给扬声器位移预测模块；
所述归一化音频模块：能对音频信号进行归一化，并将归一化音频信号反馈给扬声器位移预测模块；
所述扬声器位移预测模块：能根据反馈的归一化音频信号及归一化扬声器模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移反馈给音频增益计算模块；
所述音频增益计算模块：能根据接收的扬声器预测位移及内部预设的位移增益曲线计算出音频输出增益值，并将音频输出增益值反馈给音频增益控制模块；
所述音频增益控制模块：能根据反馈的音频输出增益值对输入的音频信号进行增益控制后输出音频信号。
2.根据权利要求1所述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其特征在于：在音频增益控制单元中的音频增益控制模块的输入端还连接有延时模块，延时模块用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给音频增益控制模块。
3.根据权利要求2所述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其特征在于：延时模块对信号进行延时的预设延时时间为10ms。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种扬声器多级音频增益控制系统，其特征在于：归一化扬声器模型建模模块通过电流电压传感器模块实时采集扬声器的电流值与电压值。
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