音頻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音頻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]典型地，音頻系統(tǒng)可能產(chǎn)生由例如揚(yáng)聲器或放大器導(dǎo)致的非線性引起的失真。這種失真可能影響用戶體驗(yàn)的音頻質(zhì)量。具體地，車(chē)輛和移動(dòng)設(shè)備(例如移動(dòng)電話、平板和筆記本電腦)中使用的音頻系統(tǒng)使用較小的揚(yáng)聲器，失真可能更嚴(yán)重。在對(duì)非線性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N方法中，使用揚(yáng)聲器模型來(lái)對(duì)輸入信號(hào)預(yù)失真以有效地使系統(tǒng)響應(yīng)線性化，從而減小失真量。這要求在合適位移工作范圍內(nèi)獲得的足夠精確的揚(yáng)聲器非線性模型。雖然非線性揚(yáng)聲器模型和測(cè)量數(shù)據(jù)很好地匹配并且可以預(yù)測(cè)適度振膜位移時(shí)的揚(yáng)聲器性能，但卻難以預(yù)測(cè)較大位移時(shí)的性能。I
[0003]在另一種方法中，音頻系統(tǒng)可以限制輸入電壓，使得其頻率幅度分量低于引起恰好可接受的失真的最大電壓。優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)揚(yáng)聲器施加給定頻率的正弦波、并且測(cè)量在達(dá)到該頻率的恰好可接受的失真前的那一刻施加的電壓的最大幅度來(lái)測(cè)量該最大電壓。根據(jù)該曲線，可以得到與揚(yáng)聲器的電壓-位移傳輸函數(shù)相似的傳輸函數(shù)。該方法將正確地預(yù)測(cè)單正弦波產(chǎn)生的失真，但卻無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一般情形的失真，因?yàn)榀B加原理不適用于非線性系統(tǒng):當(dāng)施加兩個(gè)正弦波時(shí)，通過(guò)在分別施加正弦波時(shí)不存在的非線性系統(tǒng)產(chǎn)生和頻和差頻。因此，該系統(tǒng)不限制一般情形中的失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]所附權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的各個(gè)方面。在第一方面中，定義了一種音頻系統(tǒng)，包括:音頻處理器，用于接收音頻輸入信號(hào)并且輸出音頻輸出信號(hào)；耦接至音頻處理器的放大器；耦接至放大器的揚(yáng)聲器；失真估計(jì)器，配置為確定放大器和/或揚(yáng)聲器對(duì)音頻輸入信號(hào)和音頻輸出信號(hào)中至少一個(gè)的期望響應(yīng)；耦接至失真估計(jì)器和音頻處理器的控制器；其中失真估計(jì)器操作為根據(jù)揚(yáng)聲器和/或放大器的期望非線性響應(yīng)與揚(yáng)聲器和/或放大器的期望線性響應(yīng)之間的差來(lái)生成失真預(yù)測(cè)信號(hào)；并且控制器配置為根據(jù)所生成的失真預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)改變音頻處理器的操作參數(shù)。
[0005]通過(guò)限制在揚(yáng)聲器輸出中生成的、來(lái)自揚(yáng)聲器自身還可能來(lái)自放大器的失真，該音頻系統(tǒng)可以提高所感知的音頻質(zhì)量?；趯?duì)輸出中失真而不是與揚(yáng)聲器的瞬時(shí)負(fù)載有關(guān)的信號(hào)(例如振膜位移)的測(cè)量或估計(jì)，控制對(duì)輸入信號(hào)施加的處理。揚(yáng)聲器可以是將電能轉(zhuǎn)換為聲能的換能器。
[0006]與預(yù)失真方法不同的是，由于該音頻系統(tǒng)對(duì)揚(yáng)聲器模型的精確性較不敏感，該音頻系統(tǒng)可以允許使用更為簡(jiǎn)單的模型來(lái)估計(jì)揚(yáng)聲器的響應(yīng)。預(yù)失真方法針對(duì)給定輸入信號(hào)確定生成所需輸出信號(hào)的合適預(yù)失真的輸入信號(hào)，也就是來(lái)自非線性揚(yáng)聲器系統(tǒng)的原始輸入的線性版本。預(yù)失真方法要求很精確的非線性模型，并且這種方法的成效很大程度上依賴于模型的精確度。該音頻系統(tǒng)要求對(duì)所期望失真級(jí)別的估計(jì)，并且例如不要求對(duì)非線性失真的預(yù)測(cè)達(dá)到相位精確。
[0007]在實(shí)施例中，操作參數(shù)可以包括增益、壓縮閾值和壓縮率中的至少一個(gè)。
[0008]音頻系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)可以根據(jù)估計(jì)的失真而改變。例如，如果失真級(jí)別估計(jì)為高，則可以減小增益，可以減小壓縮閾值以及可以增加壓縮率。
[0009]在實(shí)施例中，控制器可以包括感知模型，并且控制器可以操作為向具有較低感知相關(guān)性的失真預(yù)測(cè)信號(hào)的頻率分量分配較低加權(quán)因子。
[0010]在實(shí)施例中，感知加權(quán)模型可以包括A-加權(quán)模型。
[0011]控制器可以包括A-加權(quán)模型或者函數(shù)，從而甚高頻(如1kHz以上)失真是不相關(guān)的，并且甚低頻(如30Hz以下)失真是不相關(guān)。這是因?yàn)槿硕鷮?duì)這些頻率不敏感，因此這些頻率上的失真不會(huì)導(dǎo)致感知的音頻質(zhì)量下降。
[0012]控制器可以包括遮蔽模型，從而如果特定頻率上的失真被非失真頻率分量所掩蓋，則如果不存在感知的音頻質(zhì)量損失則可以忽略。例如，可能發(fā)生在以下情形中，在非?？拷^小失真頻率分量的頻率處存在較大非失真頻率分量，例如針對(duì)1000Hz非失真頻率分量在10Hz以內(nèi)。在這種情形中，不需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行移除失真分量的處理。
[0013]在實(shí)施例中，失真估計(jì)器可以包括線性揚(yáng)聲器響應(yīng)估計(jì)器、非線性揚(yáng)聲器響應(yīng)估計(jì)器以及耦接至線性揚(yáng)聲器響應(yīng)估計(jì)器和非線性揚(yáng)聲器響應(yīng)估計(jì)器的比較器，并且比較器操作為輸出估計(jì)的線性揚(yáng)聲器響應(yīng)和估計(jì)的非線性揚(yáng)聲器響應(yīng)之間的差。
[0014]在實(shí)施例中，音頻處理器配置為對(duì)音頻信號(hào)施加時(shí)變?cè)鲆?，并且控制器可操作為確定時(shí)間平均的失真預(yù)測(cè)信號(hào)值并根據(jù)所述時(shí)間平均的失真預(yù)測(cè)信號(hào)值來(lái)改變時(shí)變?cè)鲆妗?br>[0015]在實(shí)施例中，音頻處理器可以包括多頻帶處理器，并且控制器可操作為對(duì)不同頻帶施加不同增益。
[0016]在實(shí)施例中，音頻處理器可以包括動(dòng)態(tài)范圍控制器。
[0017]在實(shí)施例中，音頻處理器可以包括耦接至音頻失真估計(jì)器的麥克風(fēng)，其中音頻失真估計(jì)器可操作為響應(yīng)于聲學(xué)輸入來(lái)改變揚(yáng)聲器和放大器中至少一個(gè)的期望響應(yīng)。
[0018]在實(shí)施例中，音頻系統(tǒng)可以包括耦接至揚(yáng)聲器和失真估計(jì)器的電流傳感器，其中失真估計(jì)器可操作為根據(jù)流過(guò)揚(yáng)聲器線圈的電流來(lái)改變揚(yáng)聲器的期望線性和非線性響應(yīng)。
[0019]在實(shí)施例中，失真估計(jì)器可以配置為根據(jù)揚(yáng)聲器和放大器的期望非線性響應(yīng)與揚(yáng)聲器和放大器的期望線性響應(yīng)之間的差，生成失真預(yù)測(cè)信號(hào)；并且控制器配置為根據(jù)所生成的失真預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)改變音頻處理器的操作參數(shù)。
[0020]在實(shí)施例中，失真估計(jì)器可以配置為根據(jù)揚(yáng)聲器對(duì)音頻輸入信號(hào)的預(yù)測(cè)線性響應(yīng)和揚(yáng)聲器對(duì)音頻輸出信號(hào)的預(yù)測(cè)線性響應(yīng)之間的差，生成另一個(gè)失真預(yù)測(cè)信號(hào)；并且控制器配置為根據(jù)所生成的失真預(yù)測(cè)信號(hào)和所述另一個(gè)失真預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)改變音頻處理器的操作參數(shù)。
[0021]所述另一個(gè)失真信號(hào)與當(dāng)放大器和揚(yáng)聲器在沒(méi)有來(lái)自放大器和揚(yáng)聲器的附加非線性時(shí)所再現(xiàn)的、由音頻處理器中執(zhí)行的處理引起的失真。控制器可以調(diào)整處理參數(shù)，使得音頻處理器對(duì)失真的預(yù)測(cè)貢獻(xiàn)與放大器和/或揚(yáng)聲器對(duì)失真的貢獻(xiàn)相同。備選地，控制器可以調(diào)整處理參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)音頻處理器所貢獻(xiàn)的預(yù)測(cè)失真和放大器和/或揚(yáng)聲器所貢獻(xiàn)的失真之間的預(yù)定固定比率。
[0022]在實(shí)施例中，控制器進(jìn)一步可操作為確定所述失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別和所述另一個(gè)失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別的時(shí)間平均，并根據(jù)所述失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別的時(shí)間平均和另一個(gè)失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別的時(shí)間平均來(lái)改變音頻處理器的操作參數(shù)。
[0023]控制器可以配置為比較所述失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別和所述另一個(gè)失真預(yù)測(cè)信號(hào)級(jí)別的時(shí)間平均，并根據(jù)所述比較來(lái)改變音頻處理器的操作參數(shù)。
[0024]在實(shí)施例中，控制器可以配置為當(dāng)所述另一個(gè)失真信號(hào)的時(shí)間平均大于所述失真信號(hào)的時(shí)間平均時(shí)，減小音頻處理器的動(dòng)態(tài)范圍閾值。
[0025]在實(shí)施例中，音頻處理器可以配置為在處理信號(hào)前對(duì)音頻輸入信號(hào)施加域變換，并且在輸出音頻信號(hào)前施加相反的域變換。
[0026]音頻處理器可以將輸入信號(hào)變換到另一個(gè)域進(jìn)行處理，例如使用快速傅里葉變換變換到頻域。
[0027]該音頻系統(tǒng)的實(shí)施例可以包括在移動(dòng)設(shè)備中，例如移動(dòng)電話、平板PC或筆記本PCo該音頻系統(tǒng)的實(shí)施例可以包括在汽車(chē)中。
【附圖說(shuō)明】
[0028]在說(shuō)明書(shū)和附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代相似的特征?，F(xiàn)在僅通過(guò)示例方式，詳細(xì)描述附圖示出的本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0029]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的具有前饋控制回路的音頻系統(tǒng)。
[0030]圖2示出了根據(jù)示例性控制方法的需求增益相對(duì)于失真級(jí)測(cè)量的圖。
[0031]圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的具有反饋控制回路的音頻系統(tǒng)。
[0032]圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的具有前饋和反饋控制回路的音頻系統(tǒng)。
[0033]圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的具有自適應(yīng)控制的音頻系統(tǒng)。
[0034]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的控制音頻處理器的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0035]圖1示出了音頻系統(tǒng)1000。失真估計(jì)器100可以具有非線性響應(yīng)估計(jì)器102和線性響應(yīng)估計(jì)器104。非線性響應(yīng)估計(jì)器102可以連接到音頻輸入118。線性響應(yīng)估計(jì)器104的輸入可以連接到音頻輸入118。非線性響應(yīng)估計(jì)器102的輸出可以連接到差分模塊106。線性響應(yīng)估計(jì)器104的輸出可以連接到差分模塊106。差分模塊106的輸出120可以連接到控制器108的輸入?？刂破鬏敵?