[发明专利]一种高保真扬声器重放系统设计方法

权利要求书

1.一种高保真扬声器重放系统设计方法，其特征在于，包括以下处理过程：

1)由扬声器测试平台测得扬声器的截止频率f_c和频率响应的样本数据；以截止频率f_c为界设计相应的低通和高通滤波器，将扬声器频率响应划分为低频响应和高频响应；

2)不直接重放截止频率f_c以下的低频信号，而是采用非线性器件生成相应的高次谐波分量，利用虚拟低音现象，让扬声器重放出的高次谐波信号具有逼真的低音听感；

3)对所述的扬声器高频响应，利用向量拟合算法，建立频域IIR数学模型并通过一个极点的迭代重置过程提高模型精度；

4)对所建立的模型利用SVD-Krylov模型降阶方法进行降阶处理，得到低阶的扬声模型

5)对所述的扬声器降阶模型分别进行幅度和相位均衡，实现扬声器高频的无失真重放；

6)对低音增强和高频均衡进行同步处理，使扬声器在全频带具备高保真重放性能；

所述步骤4)中的基于SVD-Krylov算法的扬声器模型降阶过程包括以下步骤：

a)将建立的N阶扬声器模型函数转换为状态空间形式，

其中，E、A∈R^N×N、b∈R^N、c^T∈R^N，x(t)∈R^N×1是状态变量，u(t)∈R是输入变量，y(t)∈R是输出变量；

b)确定降阶模型的阶数M，其中M＜N，构建M维的Krylov子空间K_M(A^-1E；A^-1b)，对其基底向量进行标准的Gram-Schmidt正交化过程，得到标准正交基底构成的矩阵V＝[v₁v₂…v_M]，矩阵V将用于降阶变换；

c)求解原扬声器模型H(z)的可观Gram矩阵Q的Lyapunov方程，

A^TQ+QA+c^Tc＝0 (2)

将式(1)中的状态变量A和c代入式(2)解得矩阵Q；

d)引入变换矩阵W，用上述的矩阵V和Q表示，关系如下；

W＝QV(V^TQV)^-1 (3)

e)由上述的变换矩阵V和W构建扬声器降阶模型的状态方程，

其中，

f)将上述的降阶模型的状态方程，再转换为传输函数如下的形式

其中I为M阶单位矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种高保真扬声器重放系统设计方法，其特征在于，所述步骤3)中对所述扬声器数学模型的向量拟合建模过程包括以下步骤：

a)扬声器高频响应系统函数H(z)用一个极点与留数的形式的N阶模型去逼近，极点和留数是待求参数；

b)引入一个与有相同极点的辅助函数σ(z)，并假设函数用σ(z)与的乘积去逼近，由此整理得到一个线性方程组；

c)设定阶数N具体的数值，并为极点设定一组单位圆内的初始值，由测试平台获取高频响应的L₂个样本量H(z_k),k＝1,2,…,L₂，解求上述方程组，得到的初始解；

d)用上述初始解的极点作为新的起始极点，重新解上述线性方程组，得到一组新的极点和留数，提高模型的精度；

e)上述过程继续下去，成为一个迭代，经过若干次迭代，反复更新、重置极点，不断提高模型精度，直至获得满足精度要求的扬声器模型。

3.根据权利要求1所述的一种高保真扬声器重放系统设计方法，其特征在于，所述步骤5)中的将所述的扬声器降阶模型分解为最小相位系统和全通系统，对最小相位系统取逆变换得到幅度均衡滤波器，对全通系统的冲激响应曲线进行适当的翻转、平移变换得到残留相位均衡器，幅度和相位同时均衡后实现扬声器高频的无失真重放。