CN117119358B - 一种声像偏侧的补偿方法、装置、电子设备及存储设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声像偏侧的补偿方法、装置、电子设备及存储设备。该方法应用于电子设备,电子设备包括至少两个扬声器,该方法包括:分别获取至少两个扬声器的幅度频响,并从至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将至少两个扬声器中除第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;针对每个第二扬声器,根据幅度频响确定第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响;根据目标强度差频响,确定第二扬声器的目标群时延频响;将待播放的音频信号输入至第一扬声器,并基于目标群时延频响对音频信号进行延时后输入至第二扬声器。本发明实施例,可有效确保所有频率的声像位置都可准确还原,避免扬声器间的强度差导致的声像偏侧问题。
Description
技术领域
本发明涉及音频技术领域,尤其涉及一种声像偏侧的补偿方法、装置、电子设备及存储设备。
背景技术
非对称双扬声器类型的终端设备往往因上扬声器的回放能力不如下扬声器、安装位置不对称等因素导致终端设备外放音频时,声像位置不居中、偏向响度更大的下扬声器一侧。
对于上扬声器的频响略微小于下扬声器的情况,现有技术通常通过调整上下扬声器的频响曲线(如将700Hz以上频段的幅度频响调至基本一致,再将双扬声器的相位差补偿至接近0度)的方式,使声像位置居中。然而,对于上下扬声器的频响差异过大、声像严重不居中的情况,将上下频响调至一致的方法会显著衰减下扬声器响度,从而导致终端设备外放总响度过小。为了校正感知声像位置而牺牲了外放响度音量,这是得不偿失的。
另外,根据hass效应,若两个扬声器播放音频信号到达双耳的时间存在差异时(比如时间差为0.6ms左右),人耳所感知的声像位置主要取决于先到声,因此可给响度较大的扬声器施加一个固定延时,让响度较小的扬声器发出的声信号成为先到声,也可改善声像不居中、偏向响度较大一侧的现象。然而,基于hass效应给响度较大的扬声器施加固定延时的方法,未考虑两个扬声器在不同频段的强度差不同因而所需的偏侧补偿延时也不同的问题,无法确保不同频率的音频的声像都能准确补偿。
发明内容
本发明提供了一种声像偏侧的补偿方法、装置、电子设备及存储设备,以解决扬声器间的强度差导致的声像偏侧问题。
根据本发明的一方面,提供了一种声像偏侧的补偿方法,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述方法包括:
分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;
针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;
根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;
将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
根据本发明的另一方面,提供了一种声像偏侧的补偿装置,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述装置包括:
幅度频响获取模块,用于分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;
目标强度差频响确定模块,用于针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;
目标群时延频响确定模块,用于根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;
音频信号延时模块,用于将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
根据本发明的另一方面,提供了一种电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述电子设备还包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的声像偏侧的补偿方法。
根据本发明的另一方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的声像偏侧的补偿方法。
本发明实施例的声像偏侧的补偿方案,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述方法包括:分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。通过本发明实施例提供的技术方案,在保证扬声器外放响度不衰减且不引入严重音色畸变的同时,通过对输入至声像偏向侧扬声器的音频信号的每个频率延时对应的延时补偿量,可有效确保所有频率的声像位置都可准确还原,避免扬声器间的强度差导致的声像偏侧问题。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例一提供的一种声像偏侧的补偿方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的上下扬声器的幅度频响的曲线示意图;
图3是本发明实施例提供的上下扬声器的目标强度差频响的曲线示意图。
图4是本发明实施例提供的不同频率下强度差与延时补偿量的关系曲线示意图;
图5是本发明实施例提供的不同声像偏侧程度对应的群时延频响的曲线示意图;
图6是本发明实施例提供的对声像偏侧的补偿过程示意图;
图7是本发明实施例提供的另一种对声像偏侧的补偿过程示意图;
图8a是本发明实施例提供的第一扬声器与第二扬声器输出音频信号的相位频响曲线示意图;
图8b是本发明实施例提供第一扬声器与第二扬声器输出音频信号的相位频响差曲线示意图;
图9是根据本发明实施例二提供的一种声像偏侧的补偿装置的结构示意图;
图10是实现本发明实施例的声像偏侧的补偿方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供了一种声像偏侧的补偿方法的流程图,本实施例可适用于对声像偏侧进行补偿的情况,该方法可以由声像偏侧的补偿装置来执行,该声像偏侧的补偿装置可以采用硬件和/或软件的形式实现,该声像偏侧的补偿装置可配置于电子设备中,其中,电子设备中包括至少两个扬声器。如图1所示,该方法包括:
S110、分别获取至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器。
在本发明实施例中,电子设备中包括至少两个扬声器,受限于结构和尺寸,各个扬声器的幅度频响在不同频段往往不一致。示例性的,在非对称双扬声器电子设备中,上扬声器的幅度频响一般比下扬声器在绝大部分频段要小不少,且上扬声器的额定功率和最大振幅也小于下扬声器,故扬声器保护算法将会在音频信号峰值时段对上扬声器进行更多的能量和振幅压制,上述两个因素导致双扬声器播放立体声音源时人耳所感知的声像严重偏向响度更大的下扬声器一侧。
双耳声学定位原理指出,当两个同款扬声器在人正前方±60度相同距离下,同时播放相同信号时,人耳会在两个扬声器中线方向感知出虚拟的“居中”声像,当播放的信号强度不同时,人耳感知声像会偏向信号强度更大的扬声器,而当播放的信号强度相同但给某一个扬声器的信号人为延时若干毫秒时,声像会偏向先播放的扬声器,另外,双耳辩位所依靠的强度差和延时差在一定程度上可互相补偿、综合影响定位结果。因此,为将立体声声像位置补偿至理想的居中位置,可利用双耳声学定位中的双耳延时差和双耳强度差的相互补偿的特性,给强度更大的扬声器施加一定延时,从而将偏向扬声器的立体声声像位置修正至居中,以获得准确的声场重放效果。
在本发明实施例中,分别获取电子设备中至少两个扬声器的幅度频响,其中,幅度频响指的是扬声器在不同频率下输出信号的幅度响应情况,也即幅度频响用于反映扬声器输出的音频信号的幅度随频率的变化情况。比较至少两个扬声器中每个扬声器的幅度频响,将幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将至少两个扬声器中除第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器。其中,在比较扬声器的幅度频响的过程中,可能会存在某个扬声器的幅度频响比另一个扬声器在大部分频段要小,但是在少部分频段比另一个扬声器要大的情况,此时,以大部分频段的幅度频响的大小关系为两个扬声器的幅度频响大小的判断结果。可选的,还可以计算扬声器幅度频响对应幅度的均值,根据幅度频响对应幅度的均值判断扬声器幅度频响的大小关系。可选的,还可以将用户关注的一个频段或多个频段的幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器。可选的,还可以进行耳听实验,即通过至少两个扬声器播放某段音频,通过用户人耳感知声像偏侧程度,根据用户反馈的声像偏侧程度,将声像偏离程度最大的扬声器作为第一扬声器。需要说明的是,本发明实施例对从至少两个扬声器中确定幅度频响最小的第一扬声器的方式不做限定。
S120、针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响。
在本发明实施例中,针对每个第二扬声器,根据幅度频响确定第一扬声器与第二扬声器间目标强度差频响。示例性的,计算第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响间的幅度频响差,将该幅度频响差作为第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响。以电子设备为非对称双扬声器电子设备为例,上下扬声器间的目标强度差频响可以表示为: -/>,其中,/>表示目标强度差频响,/>表示上扬声器的幅度频响,/>表示下扬声器的幅度频响,/>表示频率。图2为本发明实施例提供的上下扬声器的幅度频响的曲线示意图,图3为本发明实施例提供的上下扬声器的目标强度差频响的曲线示意图。
又示例性的,电子设备中包括A、B及C三个扬声器,其中,扬声器A的幅度频响最小,因此,将扬声器A作为第一扬声器,将扬声器B及扬声器C均作为第二扬声器。对于扬声器B,根据扬声器A的幅度频响和扬声器B的幅度频响,确定扬声器A与扬声器B间的目标强度差频响。对于扬声器C,根据扬声器A的幅度频响和扬声器C的幅度频响,确定扬声器A与扬声器C间的目标强度差频响。
S130、根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况。
在本发明实施例中,根据目标强度差频响,确定第二扬声器的目标群时延频响,其中,目标群时延频响用于反映延时补偿量随频率的变化情况。可以理解的是,根据目标强度差频响,可以确定第二扬声器在每个频率对应的延时补偿量。
可选的,所述根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响,包括:获取不同频段的强度差与延时补偿量的对应关系表;根据目标强度差频响及所述对应关系表,确定所述第二扬声器的目标群时延频响。这样设置的好处在于,可以准确确定第二扬声器的目标群时延频响。
示例性的,通过人耳听音试验,获取播放不同频段下指定强度差所需要的延时补偿量,从而生成不同频段的强度差与延时补偿量的对应关系表。听音试验要求举例如下:1、两个扬声器为频响基本一致的同款扬声器,扬声器之间的间距以及扬声器到人耳的间距尽量与用户使用电子设备的真实场景相一致,比如扬声器间距为16cm,受试者的头中心距离两个扬声器的中点约为40cm。2、播放信号为100Hz到20kHz范围内的窄带白噪声(也可为其他类型的信号),1kHz以下频段的带宽为100Hz(各个信号的频段可为100~200Hz,200~300Hz,...直到900~1kHz),1k以上带宽为1kHz(各个信号的频段可为1~2kHz,2~3kHz,...,直到19~20kHz)。3、每个测试信号均以固定的0dB幅度输出给下扬声器播放,而输出给上扬声器的信号幅度则依次为-1dB,-2dB,....直到-15dB,以此产生固定的强度差。4、在指定频段和指定强度差下,记录受试者在感知到声像位置居中时所对下扬声器添加的延时补偿量,最终获得不同频率下强度差与延时补偿量间的对应关系表。5、由于双耳定位感知特性存在个体差异,可以做多人试验并对试验结果取平均值来获得不同频率下强度差与延时补偿量间的对应关系表。示例性的,图4为本发明实施例提供的不同频率下强度差与延时补偿量的关系曲线示意图。
根据S120确定的目标强度差频响,强度差与延时补偿量的对应关系表中,查找每个频率的强度差下对应的延时补偿量,从而生成第二扬声器的目标群时延频响。
可选的,所述根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响,包括:获取预先设定的至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响;根据所述目标强度差频响确定所述第二扬声器与所述第一扬声器间的目标声像偏侧程度;从所述至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响中确定与所述目标声像偏侧程度对应的群时延频响,作为所述第二扬声器的目标群时延频响。这样设置的好处在于,可以快速确定第二扬声器的目标群时延频响。
在本发明实施例中,可以通过多次人耳听音试验,获取至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响,例如,可以获取完全偏侧、严重偏侧、中等偏侧、轻微偏侧四种声像偏侧程度对应的群时延频响。示例性的,图5为本发明实施例提供的不同声像偏侧程度对应的群时延频响的曲线示意图。根据目标强度差频响确定第二扬声器与第一扬声器间的目标声像偏侧程度,其中,目标强度差频响中对应的强度差越大,目标声像偏侧程度越严重。例如,当目标强度差频响中对应的强度差处于第一预设强度差范围内时,确定第二扬声器与第一扬声器间的目标声像偏侧程度为完全偏侧;当目标强度差频响中对应的强度差处于第二预设强度差范围内时,确定第二扬声器与第一扬声器间的目标声像偏侧程度为严重偏侧;当目标强度差频响中对应的强度差处于第三预设强度差范围内时,确定第二扬声器与第一扬声器间的目标声像偏侧程度为中等偏侧;当目标强度差频响中对应的强度差处于第四预设强度差范围内时,确定第二扬声器与第一扬声器间的目标声像偏侧程度为轻微偏侧。其中,第一预设强度差范围的最小值大于第二预设强度差范围的最大值,第二预设强度差范围的最小值大于第三预设强度差范围的最大值,第三预设强度差范围的最小值大于第四预设强度差范围的最大值。可选的,还可以在未对第二扬声器进行延时补偿前听测多个音频,用户通过听感评估出第一扬声器与第二扬声器的偏侧程度,根据用户输入的偏侧程度确定第二扬声器与第二扬声器间的目标声像偏侧程度。然后从至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响中确定与目标声像偏侧程度对应的群时延频响,作为第二扬声器的目标群时延频响。
S140、将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
在本发明实施例中,将待播放的音频信号输入至第一扬声器,同时基于目标群时延频响对该音频信号进行延时,将延时后的音频信号输入至第二扬声器。示例性的,基于目标群时延频响对该音频信号进行延时,可以是音频信号的每个频率对应的信号延时时长为目标群时延频响中与所述频率对应的延时补偿量,还可以是音频信号的每个频段对应的信号延时时长为目标群时延频响中与所述频段对应的延时补偿量。在本发明实施例中,通过对输入至声像偏向侧扬声器的音频信号进行不同频率的延时补偿量,可避免扬声器间的强度差导致的声像偏侧问题。
可选的,所述基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时,包括:基于所述目标群时延频响确定第一全通滤波器组参数,并基于所述第一全通滤波器组参数构建第一目标全通滤波器组;将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时。
在本发明实施例中,根据目标群时延频响反求出对应的第一全通滤波器组的参数(称为第一全通滤波器组参数),其中,第一全通滤波器组参数可以包括多个串联的全通滤波器组参数,例如,全通滤波器组参数可以包括串联的每个全通滤波器的截止频率f0和品质因数Q,其中,Q=中心频率/滤波器带宽。示例性的,可以基于matlab中自带的iirgrpdelay函数确定第一全通滤波器组参数。然后基于第一全通滤波器组参数构建第一目标全通滤波器组,并将音频信号输入至第一目标全通滤波器组,以使第一目标全通滤波器组对音频信号的不同频率添加对应的延时补偿量,从而完成对音频信号的延时。将第一目标全通滤波器组输出的音频信号输入至第二扬声器进行播放。
可选的,在基于目标群时延频响对音频信号进行延时,可以基于延迟线(固定延时补偿量)和全通滤波器组相结合方式对音频信号进行延时,其中,延迟线(固定延时补偿量)和全通滤波器组所共同产生的总延时补偿量与目标群时延频响在每个频段的延时补偿量接近或者相等。
可选的,所述基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时,包括:当根据所述目标群时延频响确定目标频段对应的延时补偿量均大于预设延时补偿量阈值,且所述目标频段对应的延时补偿量间的差值处于预设范围时,基于所述目标频段对应的延时补偿量确定目标延时时长;其中,所述目标频段为所述目标群时延频响对应的全频段范围内任意频段;基于所述目标群时延频响及所述目标延时时长确定第二全通滤波器组参数,并基于所述第二全通滤波器组参数构建第二目标全通滤波器组;对所述音频信号延时所述目标延时时长后输入至所述第二目标全通滤波器组,以基于所述第二目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时。这样设置的好处在于,可以减少计算量。
在本发明实施例中,当根据目标群时延频响确定某一频段对应的延时补偿量均大于预设延时补偿量阈值,且该频段对应的延时补偿量间的差值处于预设范围时,说明在该频段对应的延时补偿量很接近,此时,可基于该频段对应的延时补偿量确定目标延时时长。例如,目标延时时长可以为该频段对应的延时补偿量的均值。根据目标群时延频响及目标延时时长确定第二全通滤波器组参数,然后基于第二全通滤波器组参数构建第二目标全通滤波器组。对音频信号全频段延时目标延时时长后,输入至第二目标全通滤波器组中,以使第二目标全通滤波器对音频信号进行再次延时,并将第二目标全通滤波器组输出的音频信号输入至第二扬声器。当然,也可以先将音频信号输入至第二目标全通滤波器组中,以基于第二目标全通滤波器组对音频信号的每个频率延时对应的延时补偿量,然后再将第二目标全通滤波器组输出的音频信号延时目标延时时长,并将延时目标延时时长的音频信号输入至第二扬声器进行播放。需要说明的是,目标延时时长和第二目标全通滤波器组所共同产生的总延时补偿量与目标群时延频响在每个频段的延时补偿量相等。示例性的,图6为本发明实施例提供的对声像偏侧的补偿过程示意图。
示例性的,当目标群时延频响在1kHz以上的中高频段的整体延时补偿量较大且相近时(比如目标群时延频响中在1k以上频段的延时补偿量均在0.5ms~1ms之间),若仅使用全通滤波器组产生全频段所需的延时补偿量,则全通滤波器组所使用的全通滤波器组的个数较多、计算量较大。因此,此时可将中高频段的延时补偿量用一个固定的目标延时时长(比如0.75ms)来近似代替,基于延迟线技术以较低计算量给第二扬声器施加全频段的固定延时DT(目标延时时长),剩余1kHz以下所需要的延时再用少数几个全通滤波器即可实现。
当然,若目标群时延频响在全频段(20Hz-20kHz)的延时补偿量都较为接近时(如都是1ms左右),也可以不使用全通滤波器组而仅使用延迟线技术给第二扬声器一个全频段固定的延时补偿量,以达到最小计算量。
可选的,可选取若干个立体声音频进行声像偏侧的补偿效果测听,若发现声像仍存在偏侧的现象,则用户可采取手动增加额外全通滤波器的方式或利用延迟线技术给测试的音频信号增加额外的全频段的固定延时量,来确保微调后所有测试音频的声像都居中。
本发明实施例的声像偏侧的补偿方法,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述方法包括:分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。通过本发明实施例提供的技术方案,在保证扬声器外放响度不衰减且不引入严重音色畸变的同时,通过对输入至声像偏向侧扬声器的音频信号的每个频率延时对应的延时补偿量,可有效确保所有频率的声像位置都可准确还原,避免扬声器间的强度差导致的声像偏侧问题。
在一些实施例中,所述目标强度差频响包括静态强度差频响和动态强度差频响;所述根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响,包括:计算所述第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响的幅度频响差,将所述幅度频响差作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的静态强度差频响;实时获取所述第一扬声器的第一防受损增益及所述第二扬声器的第二防受损增益;计算所述第一防受损增益与所述第二防受损增益的增益差值,并将所述增益差值作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的动态强度差频响;将所述静态强度差频响与所述动态强度差频响的和,作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响。
在本发明实施例中,在电子设备的扬声器的音频信号处理链路中,除了使用常规的均衡器EQ来静态调节频响之外,一般还配备了杂音抑制、小信号放大以及扬声器保护等算法,来防止扬声器受损同时尽量提升响度。杂音抑制、小信号放大以及扬声器保护等算法均是给输入音频信号施加了一个动态时变但全频段相同的增益Gain_post,这不同于常规均衡器带来的时域静态但频域不平坦的增益Gain_eq(f)。对于非对称扬声器,结构和尺寸差异较大的扬声器所使用的上述算法的增益控制阈值的差异自然也较大,这相当于给扬声器的输入信号再引入了一个不可忽略的动态强度差DiLD,双耳感知声像位置也会受DiLD的影响而实时变化,也即扬声器间的强度差频响并不是固定不变的,而是实时改变的。因此,第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响包括静态强度差频响和动态强度差频响。
具体的,计算第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响的幅度频响差,将幅度频响差作为第一扬声器与所述第二扬声器间的静态强度差频响。需要说明的是,静态强度差频响是在关闭后续的杂音抑制、小信号放大以及扬声器保护算法的模块的前提下获得的,也即利用实测的第一扬声器及第二扬声器的自然幅度频响与EQ引入的幅度频响之和,分别作为对应的幅度频响,然后将第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响来作即可获得第一扬声器与第二扬声器的静态强度差频响。实时获取第一扬声器的第一防受损增益及第二扬声器的第二防受损增益,其中,第一防受损增益为第一扬声器的杂音抑制、小信号放大以及扬声器保护等算法的总增益,第二防受损增益为第二扬声器的杂音抑制、小信号放大以及扬声器保护等算法的总增益。计算第一防受损增益与第二防受损增益的增益差值,并将增益差值作为第一扬声器与第二扬声器间的动态强度差频响。可以理解的是,动态强度差频响在每个采样时刻是动态变化的,但是动态强度差频响中的强度差随着频率的改变而保持不变,也即动态强度差频响中不同频率对应的强度差相同。例如,动态强度差频响可以表示为:D ,其中,D />表示动态强度差频响,/>表示第一防受损增益,/>表示第二防受损增益,/>表示采样时刻。将静态强度差频响与动态强度差频响的和,作为第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响。
可选的,所述目标强度差频响包括静态强度差频响;在所述将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时之前,还包括:分别确定所述第一扬声器及所述第二扬声器的防受损增益;根据所述第一扬声器的防受损增益与所述第二扬声器的防受损增益的差值,确定动态延时时长;所述将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时,包括:对所述音频信号延时所述动态延时时长后输入至所述第一目标全通滤波器组,以基于所述第一目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时;或者,将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,并对所述第一目标全通滤波器组输出的音频信号延时所述动态延时时长。
在本发明实施例中,可以根据第一扬声器及第二扬声器的防受损增益的差值,确定动态强度差频响,然后根据动态强度差频响确定动态延时时长。示例性的,获取动态强度差频响与动态延时时长间的函数关系,根据该函数关系及确定的动态强度差频响,计算动态延时时长。其中,动态强度差频响D 与动态延时时长/>间的函数关系可根据听音试验确定,并且还可对动态延时时长/>做平滑和限幅处理,以减少动态延迟时对音频信号进行延时时带来的音色畸变或杂音。示例性的,可限制第二扬声器的动态延时时长不超过1ms,强度差每变化1dB动态延时时长变化0.1ms,因此,动态强度差频响与动态延时时长间的函数关系可表示为:
其中,表示采样时刻n时的动态延时时长,/>表示采样时刻n的动态强度差频响,n为采样时刻。
为减少计算量,根据动态强度差与频率不相关的特点,可采用延迟线技术给第二扬声器施加一个全频段相同的动态延时时长。因此,可对音频信号延时动态延时时长后输入至第一目标全通滤波器组,以基于第一目标全通滤波器对音频信号进行再次延时,然后再将第一目标全通滤波器组输出的音频信号输入至第二扬声器进行播放;或者,将音频信号输入至第一目标全通滤波器组,然后对第一目标全通滤波器组输出的音频信号延时动态延时时长,最后将延时动态延时时长后的音频信号输入至第二扬声器进行播放。示例性的,图7为本发明实施例提供的另一种对声像偏侧的补偿过程示意图。
在所述将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器之后,还包括:获取输入至所述第一扬声器的音频信号与输入至所述第二扬声器的音频信号间的相位差,并对所述相位差进行修正。
图8a是本发明实施例提供的第一扬声器与第二扬声器输出音频信号的相位频响曲线示意图,图8b是本发明实施例提供第一扬声器与第二扬声器输出音频信号的相位频响差曲线示意图。由图8a和图8b可知,对待输入第二扬声器的音频信号进行延时后输入第二扬声器,对响度更大的第二扬声器引入较多延时,使得相位频响差曲线上,多个频点处于抵消或者更严重的±180°的反相状态,这对应于人耳接收点处的立体声幅度频响上会接连出现多个峰和谷(类似于梳妆滤波效应),最终会导致立体声音色的畸变。因此,为尽量减少此梳妆滤波效应来维持原始声重放音色,获取输入至第一扬声器的音频信号与输入至第二扬声器的音频信号间的相位差,并对相位差进行修正,以减少±180°相位抵消点的个数或者将抵消频点搬移到人耳不敏感的频段。对相位差进行修正可以包括如下至少一种方法:1、微调第一目标全通滤波器的参数,以将各个频段的相位差为±180°的反相点的所处频点位置移动至人耳不敏感的频段。2、在第一目标全通滤波器组中,关闭(不使用)截止频率f0在低频段或者中高频段的少数几个全通滤波器,以减少相位差为±180°的反相点的个数并移动剩余反相点的频点位置至人耳不敏感的频段。3、将第一目标全通滤波器组中的一个或多个全通滤波器的参数(f0或Q)设置为在一定小范围随机变化或者做周期性的调制变化,以使相位差为±180°的反相点在小范围频段内抖动和变化,从而减少固定频点的相位抵消程度。4、基于短时傅里叶变换的实时相位补偿。根据第一扬声器的音频信号与输入至第二扬声器的音频信号间的相位差,生成一个幅度谱全为1相位谱为diffP的复数频谱X,再将延时后的音频信号逐帧进行短时傅里叶变换,再与复数频谱X相乘,之后再进行逆傅里叶变换得到相位补偿后的信号,从而将第一扬声器和第二扬声器的输出音频信号的相位差修正为0°,以避免发生相位抵消。5、其他基于心理声学、掩蔽效应的对梳妆滤波、相位抵消改善方法。
实施例二
图9为本发明实施例二提供的一种声像偏侧的补偿装置的结构示意图。如图9所示,该装置应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述装置包括:
幅度频响获取模块910,用于分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;
目标强度差频响确定模块920,用于针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;
目标群时延频响确定模块930,用于根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;
音频信号延时模块940,用于将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
可选的,所述目标群时延频响确定模块,用于:
获取不同频段的强度差与延时补偿量的对应关系表;
根据目标强度差频响及所述对应关系表,确定所述第二扬声器的目标群时延频响。
可选的,所述目标群时延频响确定模块,用于:
获取预先设定的至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响;
根据所述目标强度差频响确定所述第二扬声器与所述第一扬声器间的目标声像偏侧程度;
从所述至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响中确定与所述目标声像偏侧程度对应的群时延频响,作为所述第二扬声器的目标群时延频响。
可选的,所述音频信号延时模块,包括:
第一目标全通滤波器组构建单元,用于基于所述目标群时延频响确定第一全通滤波器组参数,并基于所述第一全通滤波器组参数构建第一目标全通滤波器组;
音频信号输入单元,用于将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时。
可选的,所述目标强度差频响包括静态强度差频响;
所述装置还包括:
防受损增益确定模块,用于在所述将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时之前,分别确定所述第一扬声器及所述第二扬声器的防受损增益;
动态延时时长确定模块,用于根据所述第一扬声器的防受损增益与所述第二扬声器的防受损增益的差值,确定动态延时时长;
所述音频信号输入单元,用于:
对所述音频信号延时所述动态延时时长后输入至所述第一目标全通滤波器组,以基于所述第一目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时;或者,
将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,并对所述第一目标全通滤波器组输出的音频信号延时所述动态延时时长。
可选的,音频信号延时模块,用于:
当根据所述目标群时延频响确定目标频段对应的延时补偿量均大于预设延时补偿量阈值,且所述目标频段对应的延时补偿量间的差值处于预设范围时,基于所述目标频段对应的延时补偿量确定目标延时时长;其中,所述目标频段为所述目标群时延频响对应的全频段范围内任意频段;
基于所述目标群时延频响及所述目标延时时长确定第二全通滤波器组参数,并基于所述第二全通滤波器组参数构建第二目标全通滤波器组;
对所述音频信号延时所述目标延时时长后输入至所述第二目标全通滤波器组,以基于所述第二目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时。
可选的,所述目标强度差频响包括静态强度差频响和动态强度差频响;
所述目标强度差频响确定模块,用于:
计算所述第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响的幅度频响差,将所述幅度频响差作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的静态强度差频响;
实时获取所述第一扬声器的第一防受损增益及所述第二扬声器的第二防受损增益;
计算所述第一防受损增益与所述第二防受损增益的增益差值,并将所述增益差值作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的动态强度差频响;
将所述静态强度差频响与所述动态强度差频响的和,作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响。
可选的,所述装置还包括:
相位差修正模块,用于在所述将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器之后,获取输入至所述第一扬声器的音频信号与输入至所述第二扬声器的音频信号间的相位差,并对所述相位差进行修正。
本发明实施例所提供的声像偏侧的补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的声像偏侧的补偿方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例三
图10示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机,诸如,膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置,诸如,个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例,并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图10所示,电子设备10包括至少两个扬声器(未在图中示意出),还包括至少一个处理器11,以及与至少一个处理器11通信连接的存储器,如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等,其中,存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序,处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序,来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中,还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15,包括:输入单元16,例如键盘、鼠标等;输出单元17,例如各种类型的显示器、扬声器等;存储单元18,例如磁盘、光盘等;以及通信单元19,例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理,例如声像偏侧的补偿方法。
在一些实施例中,声像偏侧的补偿方法可被实现为计算机程序,其被有形地包含于计算机可读存储介质,例如存储单元18。在一些实施例中,计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时,可以执行上文描述的声像偏侧的补偿方法的一个或多个步骤。备选地,在其他实施例中,处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如,借助于固件)而被配置为执行声像偏侧的补偿方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括:实施在一个或者多个计算机程序中,该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释,该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器,可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令,并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器,使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行,作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中,计算机可读存储介质可以是有形的介质,其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备,或者上述内容的任何合适组合。备选地,计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互,可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术,该电子设备具有:用于向用户显示信息的显示装置(例如,CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器);以及键盘和指向装置(例如,鼠标或者轨迹球),用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互;例如,提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如,视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈);并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如,作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如,应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如,具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机,用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如,通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括:局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器,又称为云计算服务器或云主机,是云计算服务体系中的一项主机产品,以解决了传统物理主机与VPS服务中,存在的管理难度大,业务扩展性弱的缺陷。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (11)
1.一种声像偏侧的补偿方法,其特征在于,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述方法包括:
分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;
针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;
根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;
将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响,包括:
获取不同频段的强度差与延时补偿量的对应关系表;
根据目标强度差频响及所述对应关系表,确定所述第二扬声器的目标群时延频响。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响,包括:
获取预先设定的至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响;
根据所述目标强度差频响确定所述第二扬声器与所述第一扬声器间的目标声像偏侧程度;
从所述至少两个声像偏侧程度对应的群时延频响中确定与所述目标声像偏侧程度对应的群时延频响,作为所述第二扬声器的目标群时延频响。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时,包括:
基于所述目标群时延频响确定第一全通滤波器组参数,并基于所述第一全通滤波器组参数构建第一目标全通滤波器组;
将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述目标强度差频响包括静态强度差频响;
在所述将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时之前,还包括:
分别确定所述第一扬声器及所述第二扬声器的防受损增益;
根据所述第一扬声器的防受损增益与所述第二扬声器的防受损增益的差值,确定动态延时时长;
所述将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,以对所述音频信号进行延时,包括:
对所述音频信号延时所述动态延时时长后输入至所述第一目标全通滤波器组,以基于所述第一目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时;或者,
将所述音频信号输入至所述第一目标全通滤波器组,并对所述第一目标全通滤波器组输出的音频信号延时所述动态延时时长。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时,包括:
当根据所述目标群时延频响确定目标频段对应的延时补偿量均大于预设延时补偿量阈值,且所述目标频段对应的延时补偿量间的差值处于预设范围时,基于所述目标频段对应的延时补偿量确定目标延时时长;其中,所述目标频段为所述目标群时延频响对应的全频段范围内任意频段;
基于所述目标群时延频响及所述目标延时时长确定第二全通滤波器组参数,并基于所述第二全通滤波器组参数构建第二目标全通滤波器组;
对所述音频信号延时所述目标延时时长后输入至所述第二目标全通滤波器组,以基于所述第二目标全通滤波器对所述音频信号进行再次延时。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述目标强度差频响包括静态强度差频响和动态强度差频响;
所述根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与第二扬声器间的目标强度差频响,包括:
计算所述第一扬声器的幅度频响与第二扬声器的幅度频响的幅度频响差,将所述幅度频响差作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的静态强度差频响;
实时获取所述第一扬声器的第一防受损增益及所述第二扬声器的第二防受损增益;
计算所述第一防受损增益与所述第二防受损增益的增益差值,并将所述增益差值作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的动态强度差频响;
将所述静态强度差频响与所述动态强度差频响的和,作为所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法,其特征在于,在所述将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器之后,还包括:
获取输入至所述第一扬声器的音频信号与输入至所述第二扬声器的音频信号间的相位差,并对所述相位差进行修正。
9.一种声像偏侧的补偿装置,其特征在于,应用于电子设备,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述装置包括:
幅度频响获取模块,用于分别获取所述至少两个扬声器的幅度频响,并从所述至少两个扬声器中确定幅度频响最小的扬声器作为第一扬声器,将所述至少两个扬声器中除所述第一扬声器外的扬声器作为第二扬声器;
目标强度差频响确定模块,用于针对每个所述第二扬声器,根据所述幅度频响确定所述第一扬声器与所述第二扬声器间的目标强度差频响;
目标群时延频响确定模块,用于根据所述目标强度差频响,确定所述第二扬声器的目标群时延频响;其中,所述目标群时延频响用于指示延时补偿量随频率的变化情况;
音频信号延时模块,用于将待播放的音频信号输入至所述第一扬声器,并基于所述目标群时延频响对所述音频信号进行延时后输入至所述第二扬声器。
10.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括至少两个扬声器,所述电子设备还包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任一项所述的声像偏侧的补偿方法。
11.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的声像偏侧的补偿方法。
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