專利名稱：：抑制振膜第二共振模態的裝置及方法抑制振膜第二共振模態的裝置及方法
技術領域：
：本發明涉及發聲器振膜振動領域，具體指一種抑制電聲能發聲裝置中振膜的第二共振模態的方法及裝置。
背景技術：
：一般錐形揚聲器所有效頻率范圍，約自60-70HZ至6000_7000HZ，其頻響曲線也有較大的不均勻度約12_15dB，在這個范圍內振膜上各點的振動幅度和相位都是相同的。但振膜在固有的低頻共振頻率處，將作分割振動，出現節徑或節圓現象，使得膜的振動至少分為兩部分，且振動的相位相反，這樣會使得膜處于簡正振動狀態，造成失真和純音不良，而且功率較大時容易造成振膜的損傷。激光全息振動分析表明振膜從整體振動向分割振動過渡時，即當振膜形成第一節圓時，響曲線將出現較深的谷。這個谷的出現，不僅使揚聲器的不均勻度增大，而且在此頻率點將出現較大的失真。因此，為展寬揚聲器的重放頻帶，減小不均勻度，改善其非線性失真，可以改善揚聲器聲學裝置或對音頻信號進行預處理，來改善揚聲器的性能。
發明內容本發明的目的在于解決振膜在低頻范圍內出現節徑的問題，而提出一種抑制振膜第二共振模態的裝置及方法。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種抑制振膜第二共振模態的裝置，包括用于接受音頻信號的帶阻濾波器，該帶阻濾波器將信號中除固有低頻處的信號之外的信號提取出來形成第一信號；用于接受同一音頻信號的帶通濾波器，該帶通濾波器將信號中固有低頻處的信號提取出來形成第二信號；諧波發生器，連接所述的帶通濾波器，所述的諧波發生器接收第二信號并產生固有低頻處信號的諧波信號；加法器，分別連接帶阻濾波器和諧波發生器，它將第一信號與諧波信號相加生成輸出的音頻信號，傳送至發聲裝置。優選的，帶阻濾波器和帶通濾波器分別與將模擬信號轉換成數字信號的信號提取模塊連接，所述加法器與將數字信號轉換成模擬信號的信號轉換器連接。所述諧波發生器與加法器之間連接增益控制模塊，所述增益控制模塊控制諧波信號的幅度和成分比例，以達到原音頻信號的效果。一種抑制振膜第二共振模態的方法，包括以下步驟將輸入的音頻信號中除固有低頻處信號之外的信號通過一帶阻濾波器提取出來生成第一信號；對輸入的音頻信號中固有低頻處的信號通過一帶通濾波器提取出來生成第二信號；將第二信號通過一諧波發生器進行非線性處理，得到除基頻之外的其他諧波成分信號；通過一加法器組合第一信號與其他諧波成分信號，生成輸出的音頻信號。為了使得輸出的音頻信號更加接近原音質，在得到除基頻之外的其他諧波成分信號后，提供一增益控制模塊，對其他諧波成分信號進行增益降低失真處理。本發明抑制振膜第二共振模態的裝置及方法，通過使用所謂虛音調或基音缺失的心理聲學現象來實現，把其固有低頻共振頻率處的信號提取出來，產生該頻段信號的諧波，通過發出諧波信號，得到與原頻段信號相似的心理感覺，同時也避免在固有低頻共振頻率處信號較強時振膜振動幅度太大對振膜造成損傷，這種通過音調的諧波替換在音頻信號出現但不用微型揚聲器產生所有頻率音調，增強振膜的功率承受能力，有效的改善發聲器件的性能。圖1為本發明裝置結構示意圖；圖2為本發明方法示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本發明作詳細說明。通常振膜在固有低頻共振頻率處發生節徑現象，要避免這種現象的發生，就要把音頻信號中固有低頻共振頻率處的信號提取出來，固有低頻共振頻率計算方法如下設有一張薄膜，在忽略媒質對膜振動的影響的理想狀態下，其振動頻率的推導如下T為每單位長度直線所受的牽引力，η為振膜上一點離開平衡位置的垂直方向位移，σ為單位面積膜的質量，C為膜振動的傳播速度，則C=J-OτWW為圓頻率，K為波數，則*=一。c膜的振動方程1rsl工2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>為二維直角坐標的拉普拉斯算符。cot,dxoy對稱振動時膜的位移可以表示為η(t，r)=AJ0(kr)eJwt,J0(Z)為零階貝塞爾函數。周界固定的圓形膜，滿足的邊界條件為η(r=a)=0，可表示為Jtl(ka)=0。設μn=kna，滿足Jtl(μ)=0的μ值有η個，分別為μ！=2.405，μ2=5.520，μ3=8.654。周界固定的圓形膜的頻率方程fn稱為簡正頻率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>對于非對稱振動，需要滿足Jm(ka)=0，此式代表一般圓膜振動的頻率方程，m=0代表的是圓對稱振動的頻率方程，m>0代表非圓對稱振動的頻率方程。m階柱貝塞爾函數的根值為ka=kmna=μ，由于ka=μmn，即6^=^n^，所以不同根值μ對應著不同的膜振動固有頻率及其振動模式。Jm(Un)=0的根植μmn如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>設第一共振頻率&，對應μΜ，則第二共振頻率點為&，對應μη，以此類推，考慮振動比較大的幾個低頻固有頻率3.832Z2=Ii^/,=1.59^;5.135<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>5.520<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其余的依次類推。由上推出的振膜的振動特點當輸入的音頻信號的頻率在其第一共振頻率的1.59倍處，2.13倍處等，膜會產生一個節徑，由于需要避免其在共振頻率處的振動，則可以采用心理聲學基音缺失的方法得到同樣效果的聲音。把其共振頻率處的信號提取出來，產生該頻段信號的諧波，通過發出諧波信號，得到與原頻段信號相似的感覺，可以避免在第二共振頻率處信號較強時振動太大對振膜造成損傷。見圖1所示，為本發明抑制振膜第二共振模態的裝置示意圖，包括用于接受音頻信號的帶阻濾波器310，該帶阻濾波器310將信號中除固有低頻處的信號之外的信號提取出來形成第一信號；用于接受同一音頻信號的帶通濾波器320，該帶通濾波器320將信號中固有低頻處的信號提取出來形成第二信號；諧波發生器330連接帶通濾波器320，接收第二信號并產生固有低頻處信號的諧波信號；加法器350，將第一信號與諧波信號相疊加組合，然后傳送至發聲裝置。由于本發明裝置對數字信號進行處理，所以需要將輸入的模擬音頻信號裝換成數字信號，則輸入給帶阻濾波器和帶通濾波器的信號預先經過信號提取模塊100將模擬信號轉換成數字信號，而從加法器350輸出的信號經過信號轉換器200將數字信號轉換成模擬信號。為了使輸出的音頻信號達到原有音頻信號的音質，在所述諧波發生器330與加法器350之間連接增益控制模塊340，所述增益控制模塊340控制諧波信號的幅度和成分比例。研究表明，一般偶次諧波多，奇次諧波少的情況下，可以使音質透明，那么可以在產生諧波之后，通過增益控制模塊340來改變諧波的成分比例，將偶次諧波增大，奇次諧波減小。增大和減小的程度要通過聽音試驗來確定。例如一個三次的強諧波可以使音質打破沉悶，那么可以在增益控制模塊340里將三次諧波加大，從而改善音質。本發明抑制振膜第二共振模態的方法，在對音頻信號進行處理時，考慮其共振頻率，假如fi第一共振頻率比較低，那么可以考慮f2=ι.59倍f1;f3=2.13倍，或更多的頻率處的信號，由于比較低，其最先的幾個共振頻率也會比較低，那么這些共振頻率處的振動比較大；如果比較高，那么可以只考慮在f2、f3處來進行信號提取。例如=40Hz,那么&、4、&還沒超過100Hz，但如果fl=400Hz，那么f2、f3接近800Hz，再高頻率的振動幅度比較小了，也就不用考慮f2、f3處的信號。如圖2所示，本發明包括以下步驟從輸入的音頻信號中除固有低頻處信號之外的信號，通過帶阻濾波器310生成第一信號；同時用帶通濾波器320對輸入的音頻信號中固有低頻處的信號提取出來，生成第二信號；通過諧波發生器330對第二信號進行非線性處理，得到除基頻之外的其他諧波成分信號；其他諧波成分信號經過一增益控制模塊340進行增益降低失真處理；通過加法器350組合第一信號和增益降低失真處理后的信號，生成輸出的音頻信號傳送至發聲裝置，由于共振低頻處的音調諧波替換，發聲裝置能發出同樣高品質的聲音，而且也避免振膜在固有共振低頻處受到損傷。在上述的諧波成分信號處理步驟中，采用信號處理可用DSP設備來產生。根據傅立葉分析知道，任何一個非正弦形的周期函數都可以展開成頻率為的簡諧函數的組η合，通過信號的非線性處理，可以用頻率為ω的正弦波形產生除基頻ω之外的其他諧波成分。假設=400Hz,f2=1.59*400=636Hz，對本發明裝置輸入一段音樂信號，這段音樂信號包含了200Hz到5000Hz的頻率成分，其中636Hz附近的成分會讓揚聲器振膜產生非對稱性振動，那么就將636Hz處的信號提取出來產生諧波信號，通過帶通濾波器濾出600到650Hz的信號，通過DSP產生諧波信號，諧波信號為600*N到650*ηΗζ，η=2,3,4,5......，將該諧波信號輸給揚聲器，利用心理聲學的效果，讓聽者主觀感覺到其聲音還是600到650Hz的信號那個音調。此時，輸入給揚聲器的信號中600到650Hz的信號已經被濾掉了，故揚聲器在f2附近就不會產生非對稱振動了，這樣也就避免對振膜的損傷。以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。權利要求一種抑制振膜第二共振模態的裝置，其特征在于包括用于接受音頻信號的帶阻濾波器，該帶阻濾波器將信號中除固有低頻處的信號之外的信號提取出來形成第一信號；用于接受同一音頻信號的帶通濾波器，該帶通濾波器將信號中固有低頻處的信號提取出來形成第二信號；諧波發生器，連接所述的帶通濾波器，所述的諧波發生器接收第二信號并產生固有低頻處信號的諧波信號；加法器，分別連接帶阻濾波器和諧波發生器，它將第一信號與諧波信號相加生成輸出的音頻信號，傳送至發聲裝置。2.根據權利要求1所述的抑制振膜第二共振模態的裝置，其特征在于帶阻濾波器和帶通濾波器分別與將模擬信號轉換成數字信號的信號提取模塊連接，所述加法器與將數字信號轉換成模擬信號的信號轉換器連接。3.根據權利要求1所述的抑制振膜第二共振模態的裝置，其特征在于所述諧波發生器與加法器之間連接增益控制模塊，所述增益控制模塊控制諧波信號的幅度和成分比例，以達到原音頻信號的效果。4.一種如權利要求1所述抑制振膜第二共振模態的方法，其特征在于包括以下步驟將輸入的音頻信號中除固有低頻處信號之外的信號通過一帶阻濾波器提取出來生成第一信號；對輸入的音頻信號中固有低頻處的信號通過一帶通濾波器提取出來生成第二信號；將第二信號通過一諧波發生器進行非線性處理，得到除基頻之外的其他諧波成分信號；通過一加法器組合第一信號與其他諧波成分信號，生成輸出的音頻信號。5.根據權利要求4所述的抑制振膜第二共振模態的方法，其特征在于在得到除基頻之外的其他諧波成分信號后，提供一增益控制模塊，對其他諧波成分信號進行增益降低失真處理。全文摘要本發明抑制振膜第二共振模態的裝置及方法，通過使用所謂虛音調或基音缺失的心理聲學現象來實現，把其固有低頻共振頻率處的信號提取出來，產生該頻段信號的諧波，通過發出諧波信號，得到與原頻段信號相似的心理感覺，同時也避免在固有低頻共振頻率處信號較強時振膜振動幅度太大對振膜造成損傷，這種通過音調的諧波替換在音頻信號出現但不用微型揚聲器產生所有頻率音調，增強振膜的功率承受能力，有效的改善發聲器件的性能。文檔編號H04R3/04GK101800923SQ20091010791公開日2010年8月11日申請日期2009年6月8日優先權日2009年6月8日發明者周榮冠,李林珍申請人:瑞聲聲學科技(深圳)有限公司;瑞聲聲學科技(常州)有限公司