音頻設備的頻率響應自適應均衡方法
2023-06-20 09:39:16 1
專利名稱：音頻設備的頻率響應自適應均衡方法
技術領域：
本發明是一種音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，特別是指一種可用於任何場合 對音頻設備進行頻率響應特性檢測並自動調整的方法。
背景技術：
音頻設備的頻率響應特性是不是平坦直接影響音色、音場表現等音質效果，是音頻 設備最主要的參數之一。如果頻率響應特性不平坦，有某段頻率下陷的地方，則這一頻 段就會聽不太清楚；而突出的頻段則又會把較弱的頻段遮蓋掉，所以無論是廠家、發燒 友都在想盡一切辦法改善音頻設備的頻響特性曲線。但實際情況是即使使用統一規格、 型號的元器件製造音頻設備，由於元器件的分散性，其頻率響應特性也不一定與設計要 求一致；同時不同材料的機械震動頻響不均也會造成音頻設備的頻響曲線不平坦；聽音 房間的幾何尺寸、形狀和牆面材料等都會影響其頻響曲線，而且隨著頻率的變化，頻響 曲線變化很大。因此要對音頻設備的頻率響應特性進行均衡。早期的圖示均衡器一般採 用模擬方法，對預先設置的8或10個頻點進行提升或衰減，以獲得所需的平坦頻響曲 線。由於頻點預先設置，不能跟隨環境變化，且頻點數少，實際使用不方便，效果也不 理想。數字參量均衡雖然可設多達31個頻點，但由於無法知道實際音頻設備的頻率響 應不平坦處對應的頻率和增益，很難通過調整參量均衡器的參數獲得平坦的頻率響應特 性曲線。因此，本發明針對上述數點提出一種音頻設備頻率響應特性的自我檢測校正方 法，以有效解決上述問題。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，使生 產者或使用者可自行檢測並調整音頻設備的頻率響應特性，不需外在的檢測、調整設備， 便於在家中或生產線等任何場合進行自我檢測、調整，同時使用本發明提供的音頻設備 頻率響應特性自適應均衡方法，不需把成品拆開即可實現，使用簡單方便。實現本發明目的的技術方案為 一種音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，其特徵 在於在音頻設備的一數位訊號處理器上設立頻率響應自適應均衡模塊，利用該模塊發出 一組帶限白噪聲測試信號序列，經過音頻CODEC後轉換為模擬的帶限白噪聲信號，
經一電路元件處理後連接到被測音頻設備的輸入端，將其輸出接至一聲音發送裝置發出 聲音信號，經一聲音接收裝置接收該聲音信號後，再經另一電路元件接至音頻CODEC處理該信號，並轉換成一數字序列後傳回該頻率響應自適應均衡模塊，該模塊將接收到 的序列作時域至頻域變換如FFT變換或小波變換，在頻域檢測接收到的信號的頻譜特 性，如果發現大於門限值的頻譜峰、谷值，就用數字削減濾波器或數字提升濾波器對帶 限白噪聲信號進行削減或提升濾波後，再次發送，去前面所述的循環處理過程，直至頻 譜峰、谷值在設定的要求範圍內結束，或者是，頻譜峰、谷值始終沒能在設定的要求範 圍內，提示出錯而結束；如果沒有出現大於門限值的頻譜峰、谷值，則無需進行頻率響 應均衡調整。作為優先，所述的循環處理過程次數控制在3次，第一次檢測的門限值設為6dB， 第二次檢測的門限值設為3dB，第三次檢測的門限值設為ldB。所述的設定的要求範圍 為土ldB。所述的數字削減濾波器或數字提升濾波器與頻率響應自適應均衡模塊做在同 一個數位訊號處理器中。頻率響應調整模塊採用一組數字提升(或削減)濾波器來實現，數字濾波器的傳遞formula see original document page 5
函數為 1 + (M2-A/3-IK +M3z- 。濾波器的個數即為接收信號的頻譜峰、谷數目。峰值(或削減)濾波器設置三個參數增益G、中心頻率QO和帶寬BW。帶 寬事先預設，增益G和中心頻率QO由接收信號的頻譜特性決定。傳遞函數中的M1、 M2和M3與峰值(或削減)濾波器的三個參數G、 Q0和BW有關。若檢測到的頻譜 特性在某一頻率處出現峰值，則用一數字削減濾波器來抵消峰值，使被測音頻設備的頻 譜特性變得平坦；相反，若檢測到的頻譜特性在某一頻率處出現谷值，則用一數字提升濾波器來抵消谷值，同樣使被測音頻設備的頻譜特性變得平坦。 本發明具有如下效果 1使用方便簡單本發明提供的音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，能自動地檢測並調整音頻設備 的整個頻率範圍內的頻率響應特性，不需外在的檢測、調整設備，不需拆卸成品，便於 在家中或生產線等任何場合進行自我檢測、調整。使用簡單方便，整個測試、調整過程 全部自動完成。2系統性能優良本發明對所述音頻設備整個頻段的頻率響應特性進行自適應均衡，確保每個設備具 有平坦的頻率響應特性波動幅度限制在土ldB範圍內。
圖1本發明方法的原理框2頻率響應特性較平坦時的仿真結果圖3頻率響應特性不平坦時的仿真結果 圖4本發明方法的實現流程圖具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。參照圖l，本發明的基本思路是在音頻設備的一數位訊號處理器(也可以外置)上 設立頻率響應自適應均衡模塊，利用該模塊發出一組帶限白噪聲測試信號序列，經過一 音頻CODEC後轉換為模擬的帶限白噪聲信號，經一電路元件處理後連接到被測音頻設備 的輸入端，將其輸出接至一聲音發送裝置，即揚聲器發出聲音信號聲音接收裝置麥克風 接收該聲音信號後，再經另一電路元件接音頻CODEC處理該信號，經音頻CODEC轉換成一 數字序列後傳回該頻率響應自適應均衡模塊。該模塊將接收到的序列作FFT變換或小波 變換，在頻域檢測接收到的信號的頻譜特性。根據頻譜特性決定是否需要進行頻率響應 均衡。參照圖4，本發明給出了音頻設備的頻率響應自適應均衡方法具體實現流程，其具 體實現步驟為-一、 首先假設被檢測的音頻設備具有平坦的頻率響應曲線，即均衡所需的數字提升 (衰減)濾波器的傳遞函數H(z"l。二、 聲音信號的傳遞預存在頻率響應自適應均衡模塊中的周期為2047的m序列經數字帶限濾波器、提升 (衰減)濾波後循環發出，轉換為模擬的帶限白噪聲信號後經一電路元件處理後連接到 被測音頻設備的輸入端，將其輸出接至一揚聲器發出聲音信號，麥克風接收該聲音信號 後，再經另一電路元件接音頻CODEC處理該信號，並轉換成一數字序列後傳回該頻率響 應自適應均衡模塊。 三、頻譜分析將接收到的數字序列作FFT變換或小波變換，得到包含有音頻設備頻率響應特性的 譜信息。然後判斷檢測次數，如果是第四次檢測，且所有譜線的幅度差值在土ldB範圍 內，則結束本次頻率響應自適應均衡過程，否則發出報警信號，提示被測設備的頻率響 應特性不平坦。對於第l、 2、 3次檢測來說，分別將各個頻率處的幅值與平均值對比，若發現某個 頻率點處的幅度差值超出相應的門限值，則保存峰谷點數目、對應的頻率及幅度差值， 並將檢測次數加l後保存。如果在頻譜分析過程中沒有發現峰、谷值，則將檢測次數增 力口1後直接返回步驟2。
四、頻率均衡如果在步驟3中檢測到頻譜峰值，則用數字削減濾波器來抵消頻譜峰值，使被測音 頻設備的頻率響應特性平坦。步驟三檢測到的頻譜峰值對應的頻率即為削減濾波器的中 心頻率Qo，幅度差值取反後即為其增益G。帶寬BW預設為l/3倍頻程。根據下面的公式 計算出相應的數字削減濾波器的係數M卜M2和M3。formula see original document page 7如果在步驟3中檢測到頻譜谷值，則用數字提升濾波器來抵消頻譜谷值，使被測音 頻設備的頻率響應特性平坦。步驟三檢測到的頻譜谷值對應的頻率即為削減濾波器的中 心頻率Qo，幅度差值取反後即為其增益G。帶寬BW預設為l/3倍頻程。根據下面的公式計算出相應的數字提升濾波器的係數M!、 M2和M3。formula see original document page 7在原來的數字提升(衰減)濾波器組後級聯本次檢測新增的數字濾波器，重複步驟 三、四，可以完成被測音頻設備的頻率響應自適應均衡。為了更好的說明本發明方法的具體實施方式
以及頻率響應自適應均衡效果，以 TMS320VC5402數位訊號處理器和TMS320AD77音頻CODEC為核心晶片組建頻率響應 自適應均衡模塊硬體平臺，參照圖4編寫程序後進行如下實驗。(1) 假設某音頻設備的頻率響應曲線如圖2實線所示，此設備的頻率響應特性在 1080Hz附近有1.5dB的衰減，在5240Hz附近有2.2犯的衰減，在9420Hz附近有3.1dB的衰 減；在3160Hz附近有6.6dB的提升，在7300Hz附近有5.1dB的提升，在11560Hz附近有3.9dB 的提升。整條頻率響應曲線有多處突起和凹陷的地方，但幅度都較小，權且稱之為頻率 響應較平坦的情況。採用本發明方法，對此設備的頻率響應特性進行檢測、分析，獲得 一組級聯的提升和衰減濾波器去補償原來的頻響特性，以實現被測設備的頻率響應自適 應均衡，均衡結果參照圖2虛線所示，整個音頻範圍內的衰減和提升的幅度都在土ldB 範圍內，獲得了平坦的頻率響應特性。(2) 假設某音頻設備的頻率響應曲線具有尖峰和深谷，如圖3實線所示，此設備的 頻率響應特性在980Hz附近有20.5dB的提升，在404Hz附近有22.1dB的衰減，權且稱之為 頻率響應不平坦的情況。同理採用本發明方法，對此設備的頻率響應特性進行檢測、分 析，獲得一組級聯的提升和衰減濾波器去補償原來的頻響特性，以實現被測設備的頻率 響應自適應均衡，均衡結果參照圖3虛線所示，整個音頻範圍內的衰減和提升的幅度都 在土ldB範圍內，獲得了平坦的頻率響應特性。以上所述，僅為本發明方法的較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍。 故即凡依本發明申請範圍所述的特徵及精神所為的均等變化或修飾，均應包括於本發明 的申請專利範圍內。
權利要求
1.一種音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，其特徵在於在音頻設備的一數位訊號處理器上設立頻率響應自適應均衡模塊，利用該模塊發出一組帶限白噪聲測試信號序列，經過音頻CODEC後轉換為模擬的帶限白噪聲信號，經一電路元件處理後連接到被測音頻設備的輸入端，將其輸出接至一聲音發送裝置發出聲音信號，經一聲音接收裝置接收該聲音信號後，再經另一電路元件接至音頻CODEC處理該信號，並轉換成一數字序列後傳回該頻率響應自適應均衡模塊，該模塊將接收到的序列作時域至頻域變換，在頻域檢測接收到的信號的頻譜特性，如果發現大於門限值的頻譜峰、谷值，就用數字削減濾波器或數字提升濾波器對帶限白噪聲信號進行削減或提升濾波後，再次發送，去前面所述的循環處理過程，直至頻譜峰、谷值在設定的要求範圍內結束，或者是，頻譜峰、谷值始終沒能在設定的要求範圍內，提示出錯而結束；如果沒有出現大於門限值的頻譜峰、谷值，則無需進行頻率響應均衡調整。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述的循環處理過程次數控制在3次， 第一次檢測的門限值設為6dB，第二次檢測的門限值設為3dB,第三次檢測的門限值設 為ldB。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的設定的要求範圍為士ldB。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於所述的數字削減濾波器或數字提升濾 波器的傳遞函數是formula see original document page 2。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的數字削減濾波器將檢測到的頻譜 峰值對應的頻率作為削減濾波器的中心頻率Qo，幅度差值取反後即為其增益G，帶寬BW 預設為l/3倍頻程，根據下面的公式計算出相應的數字削減濾波器的係數M^ M2和M3.formula see original document page 2
6. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的數字提升濾波器將頻譜谷值對應 的頻率作為削減濾波器的中心頻率Qo,幅度差值取反後即為其增益G，帶寬BW預設為 1/3倍頻程，根據下面的公式計算出相應的數字提升濾波器的係數M,、 M2和M3。formula see original document page 3。
7. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述的數字削減濾波器或數字提升濾波 器與頻率響應自適應均衡模塊做在同一個數位訊號處理器中。
8. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述的數位訊號處理器為外掛數位訊號 處理器。
9. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述的時域至頻域變換為傅立葉變換或 小波變換。
全文摘要
一種音頻設備的頻率響應自適應均衡方法，在音頻設備的一數位訊號處理器上設立頻率響應自適應均衡模塊，利用該模塊發出一組帶限白噪聲測試信號序列，經過音頻CODEC後轉換為模擬的信號，經一電路元件處理後連接到被測音頻設備的輸入端，將其輸出接至一聲音發送裝置發出聲音信號，經一聲音接收裝置接收該聲音信號後，再經另一電路元件接音頻CODEC處理該信號，並轉換成一數字序列後傳回該頻率響應自適應均衡模塊，作時域至頻域變換，在頻域檢測接收到的信號的頻譜特性，若檢測過程中出現頻譜峰、谷值，則根據被測音頻設備的頻率響應特性，自動設計一組級聯的提升和衰減數字濾波器對頻譜的峰、谷值進行補償，使被測音頻設備的頻譜特性變得平坦。
文檔編號H04R3/04GK101155438SQ20061005358
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月26日 優先權日2006年9月26日
發明者張秀麗 申請人:張秀麗