[发明专利]一种多输出通道音响系统的时延和频响特性的补偿方法

说明书

 

技术领域

本发明属于音频和电声技术应用领域，涉及一种多输出通道音响系统中各通道之间差异的同步补偿方法。采用该方法可消除多输出通道音响系统中各个通道之间的差异，使得通过不同通道到达特定听音区的声波的特性是一致的，可广泛应用于高档视听设备及专用实验室。

背景技术

多通道音响系统主要应用于剧场、影院、音乐厅、礼堂、体育馆、会议室及实验室等。该系统主要由声源、多通道输出设备和扬声器音箱组成，其示意图如图1所示。对于一些高档视听场所或实验室，要求通过不同通道输出到达指定听音区域的信号的特性是相同的。然而，由于不同音箱到听音区的距离并不一致，因而不同音箱发出的声波达到听音区的时延是不同的；另一方面，由于不同通道的扬声器及功率放大器等的频响特性也存在差异，使得经由不同通道输出的信号的频响特性也不一致。

随着数字信号处理技术的飞速发展，通过模拟电路对频响曲线的峰谷等特性进行补偿的技术正由于其滤波器设计困难和补偿效果不理想的原因被逐渐淘汰，而采用数字信号处理技术对频响特性及时延差进行补偿的方法正逐步成为主流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多输出通道音响系统的时延和频响特性的补偿方法。它通过对多输出通道音响系统的各个输出通道进行同步输出设置、时延补偿和频响曲线补偿等技术处理，最大限度地消除该系统中各个通道之间的差异，使得通过该系统的不同通道到达特定听音区的声波的特性尽可能一致。

为实现本发是有的目的，本发明的一种多输出通道音响系统的时延及频响补偿方法采用的技术方案是：在多通道输出设备上连接信号处理系统，该信号处理系统用于确保多通道输出设备本身处于同步输出信号的状态、补偿经由多通道输出设备的不同输出通道、功率放大器（可包含在输出通道设备或音箱中）、音箱及空间传播到达特定听音区的时延差；并补偿经由上述多通道输出设备、功率放大器、音箱及空间传播途径到达特定听音区的频响特性；具体补偿方法的步骤为：

（1）通过该信号处理系统中的模块确保多通道输出设备本身处于同步输出信号的状态的过程为：选取任意两个输出通道输出相同的单频信号至已同步输入的两输入通道；读取两输入通道所采集到的单频信号并使用相位差测量方法测量两路信号的相位差；若相位差足够小，则可认为选取的两路输出通道已完成同步输出的配置；更换其中一个输出通道并重复上述步骤，直至所有输出通道间的相位差都足够小。若任意通道间相位差过大，则应调整多通道输出设备的配置后再次进行上述测试，直至确认多通道输出设备本身处于同步输出信号的状态。

（2）通过该信号处理系统中的模块补偿经由不同输出通道设备、功率放大器、音箱及空间传播途径到达特定听音区的时延差的过程为：使用时延估计方法估计各通道信号从多通道输出设备输出至传声器采集所经历的时间。选取各通道中用时最长的通道作为基准通道，延迟输出其余通道的信号。其延迟的时间为各通道所用时间相对于基准通道所用时间的时间差。

（3）通过该信号处理系统中的模块补偿经由上述不同输出通道设备、功率放大器、音箱及空间传播途径到达特定听音区的频响特性的过程为：针对各路通道实际测得的频响特性设计FIR频响补偿滤波器，通过该补偿滤波器可将所有通道的频响曲线的中低频以上部分尽可能地修正为一条直线。该过程的具体子步骤为：

A、采用激励信号激励需要补偿通道的扬声器，同时由传声器采集响应信号。

B、通过激励信号与响应信号计算出该通道的频响曲线。

C、根据具体需要设定频响补偿的起始频率，而截至频率一般设为20kHz。

D、 选用某一常数除以频率响应函数中由步骤C所选取出的频段内的值并将该频段外的值保持不变，由此获得频响补偿滤波器的频率响应函数。

E、对由步骤D获得的频率响应函数做反傅立叶变换得到频响补偿滤波器的冲激响应。

F、对由步骤E获得的频响补偿滤波器的冲激响应函数做加窗处理，获得最终的频响补偿滤波器。

G、重复步骤A至步骤F的方法对所有通道设计频响补偿滤波器。

 H、加入步骤G设计的频响补偿滤波器后再次测试所有通道的频响曲线，通过调整各通道的增益系数使得所有通道的频响曲线的中低频以上部分为同一条直线。