| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202510092983.4 | 申请日 | 2025-01-20 |
| 公开(公告)号 | CN119906937A | 公开(公告)日 | 2025-04-29 |
| 申请人 | 上海艾为电子技术股份有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 刘丹; | 第一发明人 | 刘丹 |
| 权利人 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市闵行区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市闵行区秀文路908弄2号1201室 | 邮编 | 当前专利权人邮编：201199 |
| 主IPC国际分类 | H04R9/06 | 所有IPC国际分类 | H04R9/06 ; H04R9/02 ; H04R3/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 11 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京合智同创知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 李杰; |
| 摘要 | 本 申请 实施例 提供了一种音频 信号 处理方法及其设备、存储介质和 电子 设备。该方法包括：确定扬声器的振膜谐振 频率 ；基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压；基于扬声器的输入 音频信号 和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移；在振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益；基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号。如此，在保护扬声器振膜的同时，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。 | ||
| 权利要求 | 1.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 音频信号处理方法及其设备、存储介质和电子设备技术领域背景技术[0002] 现如今，各类电子设备(如手机、电脑等)内通常设置由扬声器，以支持各类电子设备的声音播放功能。其中，扬声器工作时，通过电信号控制振膜振动，以发出声音，当外部环境变化，导致环境气压差升高或降低时，将对振膜产生影响。如处于高海拔区域，其环境气压较低，使得扬声器振膜物理性质发生改变(低环境气压下振膜位移较大)，如果使用标准环境气压下的音源处理方法，容易在较短时间内造成扬声器振膜或气密性的损坏，表现为破音或爆音等不良现象。 [0003] 相关技术中，为了在不同环境气压场景下保护扬声器，通常采用静态扬声器位移模型进行振膜保护，即，该静态扬声器位移模型在任何环境下的振膜预测位移通常是较为保守的固定参数，控制扬声器的振膜根据该振膜预测位移振动，实现音频播放，导致未完全释放扬声器的使用性能，从而影响听感。发明内容 [0005] 根据本申请实施例的第一方面，提供了一种音频信号处理方法，该方法包括：确定扬声器的振膜谐振频率；基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压；基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移；在振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益；基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号。 [0007] 在本申请的一些实施例中，确定扬声器的振膜谐振频率，还包括：确定实时振膜谐振频率和对应的实时环境温度；基于拟合函数计算得到实时环境温度对应的理论振膜谐振频率，并计算理论振膜谐振频率和预设振膜谐振频率的差值，得到振膜谐振频率变化值，其中，拟合函数是对由不同历史环境温度和与其对应的历史振膜谐振频率组成的离散数据进行拟合得到的函数；将实时振膜谐振频率和振膜谐振频率变化值的差值确定为扬声器的振膜谐振频率。 [0008] 在本申请的一些实施例中，确定实时谐振频率，包括：计算接收的实时电压电流信号中的实时电压和预设的扬声器初始阻抗之间的比值，得到预测电流，其中，实时电压电流信号为输入音频信号对应的电压电流转换信号；根据预测电流和实时电压电流信号中的实时电流之间的差值迭代扬声器阻抗模型，直至差值达到预设条件，确定扬声器阻抗模型输出的阻抗为目标阻抗；从预设的振膜谐振频率与阻抗的曲线中查询与目标阻抗对应的振膜谐振频率，确定为实时谐振频率。 [0009] 在本申请的一些实施例中，确定实时环境温度，包括：对接收的实时电压电流信号进行数据处理，得到数据处理后的电压电流信号；计算电压电流信号中的电压和电流之间的比值，得到实时阻抗；将实时阻抗输入实时阻抗与实时环境温度的预设关系中，计算得到实时阻抗对应的实时环境温度。 [0010] 在本申请的一些实施例中，在基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测之前，音频信号处理方法还包括：获取扬声器的原始音频信号；判断原始音频信号的频率值是否满足预设频率条件；若是，则调整原始音频信号的电压，得到电压调整后的输入音频信号。 [0011] 在本申请的一些实施例中，基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移，包括：基于预设滤波器增益和预测环境气压进行增益调整，得到调整后的滤波器增益；基于调整后的滤波器增益、预设截止频率、预设品质因数和输入音频信号进行位移预测，得到振膜预测位移。 [0012] 在本申请的一些实施例中，在基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压之前，音频信号处理方法还包括：根据环境气压与空气密度的预设关系和空气阻力与空气密度的预设关系，确定环境气压与空气阻力的预设关系；根据空气阻力与扬声器弹性振膜劲度的预设关系和环境气压与空气阻力的预设关系，确定环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系；根据扬声器弹性振膜劲度与振膜谐振频率的预设关系和环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系，确定振膜谐振频率与环境气压的预设关系。 [0013] 根据本申请实施例的第二方面，提供了一种音频信号处理设备，该设备包括：第一确定模块，确定扬声器的振膜谐振频率；第二确定模块，基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压；预测模块，基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移；计算模块，在振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益；调整模块，基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号。 [0014] 根据本申请实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行如上述任一实施例的音频信号处理方法对应的操作。 [0015] 根据本申请实施例的第四方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的音频信号处理方法。 [0016] 根据本申请实施例提供的音频信号处理方法及其设备、存储介质和电子设备，通过扬声器的振膜谐振频率确定与其对应的预测环境气压，并根据输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，以在该振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，对其进行自适应调整，从而保护了扬声器振膜，且使得扬声器的振膜能够根据调整后的振膜位移作用于输入音频信号，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。附图说明 [0017] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1为根据本申请一个实施例的音频数据处理方法的流程示意图； [0019] 图2为根据本申请一个实施例的位移预测模型的结构示意图； [0020] 图3为根据本申请一个实施例的预设的振膜谐振频率与阻抗的曲线示意图； [0021] 图4为根据本申请一个实施例的扬声器的电压‑频率曲线示意图； [0022] 图5为根据本申请一个实施例的应用音频信号处理方法的音频信号处理系统的结构示意图； [0023] 图6为根据本申请一个实施例的音频信号处理设备的结构框图； [0024] 图7为根据本申请一个实施例的电子设备的结构框图。 具体实施方式[0025] 为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。 [0026] 下面结合本申请实施例及附图进一步说明本申请实施例的具体实现。 [0027] 图1为根据本申请一个实施例的音频信号处理方法的流程示意图。 [0028] 如图1所示，该音频信号处理方法包括： [0029] S11：确定扬声器的振膜谐振频率。 [0030] 具体来说，扬声器作为一种将电信号转换为声音的装置，主要的工作原理为接收输入的电信号，将该电信号经过扬声器内部的交流线圈，产生交变磁场，该交变磁场与扬声器上的磁体相互作用，使得扬声器的振膜开始振动，从而发出声音，不同的振膜谐振频率将发出不同的声音，因此，在对音频信号进行处理时，需要检测该扬声器的振膜谐振频率，以进行后续处理。 [0031] S12：基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压。 [0032] 其中，扬声器的环境气压指的是扬声器所在环境的环境气压，该扬声器可设置在电子设备中，如手机、相机、平板、电脑或其他电子设备。 [0033] 在一些实施例中，在基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压之前，音频信号处理方法还包括：根据环境气压与空气密度的预设关系和空气阻力与空气密度的预设关系，确定环境气压与空气阻力的预设关系；根据空气阻力与扬声器弹性振膜劲度的预设关系和环境气压与空气阻力的预设关系，确定环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系；根据扬声器弹性振膜劲度与振膜谐振频率的预设关系和环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系，确定振膜谐振频率与环境气压的预设关系。 [0034] 具体来说，首先根据理想气体状态方程，即公式(1)， [0035] PM＝ρRT 公式(1)， [0036] 其中，M为物质的摩尔质量，R为比例常数，T为温度，P为环境气压，ρ为空气密度，可知，当M、R(对任意理想气体而言，R是一定的，约为8.31441±0.00026J/(mol·K))和T相同时，环境气压P与空气密度ρ呈正比； [0037] 并根据空气阻力方程，即公式(2) [0038] [0039] 其中，F为空气阻力，C为空气阻力系数，ρ为空气密度，S为物体迎风面积，V为物体与空气的相对运动速度，可知，当C、S、V不变时，空气阻力F与空气密度ρ呈正比，因此，根据环境气压与空气密度的预设关系(即环境气压P与空气密度ρ呈正比)和空气阻力与空气密度的预设关系(即空气阻力F与空气密度ρ呈正比)，确定环境气压与空气阻力也呈正比[0040] 接着，在扬声器的振膜运动过程中，若空气阻力变小，则弹性振膜运动受到的阻力会变小，使得扬声器弹性振膜劲度减小(即空气阻力F与扬声器弹性振膜劲度呈正比)，且由于空气阻力F与环境气压P呈正比，因此，环境气压P与扬声器弹性振膜劲度呈正比。 [0041] 其中，扬声器弹性振膜劲度，表征振膜受到驱动力作用时，其形状变化(即位移)与驱动力之间的关系，劲度越大，振膜越硬，所以驱动力作用下振膜位移越小，同时，振膜振动时若受到的空气阻力越大，则驱动力作用下其位移也越小。因此，当空气阻力增大时，振膜越硬，振膜劲度越大，导致振膜在驱动力作用下位移变小。即，空气阻力F与扬声器弹性振膜劲度呈正比。 [0042] 最后根据扬声器弹性振膜劲度方程，即公式(3)， [0043] kd＝md(2πf0)2 公式(3) [0044] 其中，kd为扬声器弹性振膜劲度，md为振膜负载质量(包含空气)，f0为振膜谐振频率。可知，当md不变时，扬声器弹性振膜劲度kd与振膜谐振频率f0呈正比，由于环境气压P与扬声器弹性振膜劲度kd呈正比，因此可确定环境气压P与振膜谐振频率f0呈正比，该环境气压P与振膜谐振频率f0的正比例关系可通过单调函数表示，从而基于该单调函数计算得到振膜谐振频率对应的预测环境气压。 [0045] 其中，该单调函数可通过将扬声器置于不同的气压环境下，播放音源进行振膜谐振频率f0的检测，得到不同环境气压P下的f0，进一步对P与f0的散点数据进行拟合得到。需要说明的是，该单调函数的表达式并不固定，可为简单的线性关系(如P＝kf0)，也可为分段函数的方式。 [0046] S13：基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移。 [0047] 其中，扬声器的输入音频信号为对输入扬声器的原始音频信号经过电压调整后的输入音频信号。 [0048] 可以理解，当扬声器所处的环境气压变低时(如高海拔区域)，扬声器振膜物理性质会改变，导致振膜位移偏大，若将该振膜位移作用于输入音频信号以播放输入音频，将在较短时间内造成扬声器振膜或气密性的损坏，表现为破音或爆音等不良现象。 [0049] 因此，本申请为避免该现象，通过设计位移预测模型，以根据预测环境气压的变化自适应调整位移预测模型(即位移预测滤波器)的增益，该位移预测模型用于根据输入音频信号和预测环境气压得到扬声器的振膜预测位移，使得该振膜预测位移与环境气压更加适配，具体为：将位移预测模型(该位移预测模型采用电压位移传递函数Hx＝X/V进行位移预测，X为振膜预测位移，V为输入音频信号的电压)简化为通用滤波器的形式，即利用该滤波器的频响曲线模拟扬声器的电压位移传递曲线，通过调节滤波器增益Gain、品质因数Q和截止频率Fc最大程度地拟合电压位移传递函数，从而得到振膜预测位移。 [0050] 如此，相较于传统的扬声器物理模型，本申请采用通用滤波器的形式可以根据滤波器增益Gain、品质因数Q和截止频率Fc直接计算得到滤波器系数，使得位移预测模型的自适应更新节省了对计算量的需求。 [0051] 进一步地，在一些实施例中，基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移，包括：基于预设滤波器增益和预测环境气压进行增益调整，得到调整后的滤波器增益；基于调整后的滤波器增益、预设截止频率、预设品质因数和输入音频信号进行位移预测，得到振膜预测位移。其中，预设滤波器增益、预设截止频率和预设品质因数均为振膜位移滤波器模型的预设参数。 [0052] 示例性的，图2为根据本申请一个实施例的位移预测模型的结构示意图。 [0053] 如图2所示，位移预测模型至少包括自适应增益模型和振膜位移滤波器模型，将预测环境气压和预设滤波器增益输入自适应性增益模型中，该自适应性增益模型根据预测环境气压的大小，在预设滤波器增益的基础上进行自适应调整，具体为：设置固定的更新步长，当预测环境气压的减小至某一数值时，预设滤波器增益将会增大某一步长，从而得到调整后的滤波器增益，反之，当预测环境气压的增大至某一数值时，预设滤波器增益将会减小某一步长，从而得到调整后的滤波器增益。 [0054] 进一步地，将调整后的滤波器增益、预设截止频率、预设品质因数和输入音频信号输入至振膜位移滤波器模型中，拟合电压位移传递函数得到振膜预测位移并输出。 [0055] S14：在振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益； [0056] S15：基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号。 [0057] 具体来说，预设振膜位移条件指的扬声器最大振幅，该扬声器最大振幅通常指的是扬声器中的振膜最大振幅。当位移预测模型输出的振膜预测位移超过扬声器最大振幅时，为保护扬声器的使用性能，需要基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系(如振膜预测位移A对应的振膜位移增益为g1)，计算该振膜预测位移对应的振膜位移增益，进而基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号，从而将扬声器振幅控制在最大振幅内，实现低气压环境下扬声器振膜的自适应保护。 [0058] 根据本申请的音频信号处理方法，通过扬声器的振膜谐振频率确定与其对应的预测环境气压，并根据输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，以在该振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，对其进行自适应调整，从而保护了扬声器振膜，且使得扬声器的振膜能够根据调整后的振膜位移作用于输入音频信号，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。 [0059] 在一些实施例中，确定扬声器的振膜谐振频率，包括：确定实时振膜谐振频率和对应的实时环境温度；在实时环境温度满足预设环境温度条件时，确定实时振膜谐振频率为扬声器的振膜谐振频率。实时振膜谐振频率为初步检测的扬声器的振膜谐振频率，该实时振膜谐振频率受温度影响，通常温度越高，实时振膜谐振频率越低，因此，在基于振膜谐振频率确定对应的预测环境气压时，为保证预测环境气压的准确性，需要对实时振膜谐振频率进行校准，去除环境温度对振膜谐振频率的影响。 [0060] 示例性的，获取实时环境温度和对应的实时振膜谐振频率，并判断该实时环境温度是否接近于常温状态下的温度值，如25℃，若是，则确定该实时环境温度满足预设环境温度条件，并将该实时环境温度对应的实时振膜谐振频率为扬声器的振膜谐振频率，若否，则剔除该实时环境温度对应的实时振膜谐振频率。 [0061] 如此，通过去除温度对预测环境气压的影响，保证了预测环境气压的准确性。 [0062] 在另一些实施例中，确定扬声器的振膜谐振频率，包括：确定实时振膜谐振频率和对应的实时环境温度；基于拟合函数计算得到实时环境温度对应的理论振膜谐振频率，并计算理论振膜谐振频率和预设振膜谐振频率的差值，得到振膜谐振频率变化值，其中，拟合函数是对由不同环境温度和与其对应的振膜谐振频率组成的离散数据进行拟合得到的函数；将实时振膜谐振频率和振膜谐振频率变化值的差值确定为扬声器的振膜谐振频率。 [0063] 具体来说，历史环境温度与历史振膜谐振频率的拟合函数通过提前测量不同历史环境温度及其对应的历史振膜谐振频率，如由(t1，f1)、(t2，f2)、(t3，f3)…(tn，fn)等组成的离散数据，对该离散数据进行处理，得到两者的拟合曲线，并进一步根据该拟合曲线得到历史环境温度与历史振膜谐振频率的拟合函数，通常情况下历史环境温度与历史振膜谐振频率呈反比，如t＝k/f。预设振膜谐振频率为基于拟合函数计算的预设环境温度(通常为常温状态下的环境温度，如25℃)对应的频率值。 [0064] 进一步地，将获取的实时环境温度(如T0)输入该拟合函数中，计算得到与实时环境温度对应的理论振膜谐振频率(f＝k/T0)，并计算该理论振膜谐振频率与预设振膜谐振频率的差值，得到振膜谐振频率变化值，该振膜谐振频率变化值为由温度变化导致的频率变化量，因此为去除温度对振膜谐振频率的影响，将实时振膜谐振频率和振膜谐振频率变化值的差值确定为扬声器的振膜谐振频率。 [0065] 可以理解，该拟合函数为仅改变环境温度的情况下得到的环境温度与振膜谐振频率的变化关系，当扬声器处于现实环境中，其振膜谐振频率不仅与环境有关，也可受其他因素影响(如气压影响)，如实时环境温度为10℃，通过拟合函数计算得到其对应的理论振膜谐振频率为f1(该振膜谐振频率f1为仅受环境影响的频率值)，计算理论振膜谐振频率f1和预设振膜谐振频率f(该振膜谐振频率f0为常温环境下的频率值)的差值，得到振膜谐振频率变化值Δf(该变化值为仅因环境温度变化导致的频率变化值)。在现实环境中，因为气压等因素的影响，使得该实时环境温度10℃对应的实时振膜谐振频率为f2，且f2≠f1，因此，计算f2与Δf的差值，得到扬声器的振膜谐振频率f0(该振膜谐振频率为仅因气压变化导致的频率变化值)。 [0066] 如此，能够保证扬声器的振膜谐振频率仅受环境气压的影响，能够根据振膜谐振频率得到更加准确的预测环境气压。 [0067] 在一些实施例中，确定实时振膜谐振频率，包括：计算接收的实时电压电流信号中的实时电压和预设的扬声器初始阻抗之间的比值，得到预测电流，其中，实时电压电流信号为输入音频信号对应的电压电流信号； [0068] 可以理解，实时电压电流信号由IV反馈模块采集扬声器端的电压电流信号。 [0069] 根据预测电流和实时电压电流信号中的实时电流之间的差值迭代扬声器阻抗模型，直至差值达到预设条件，确定扬声器阻抗模型输出的阻抗为目标阻抗；从预设的振膜谐振频率与阻抗的曲线中查询与目标阻抗对应的振膜谐振频率，确定为实时振膜谐振频率。 [0070] 也就是说，根据IV反馈模块反馈的实时电压电流信号中的实时电压U和预设的扬声器初始阻抗R之间的比值得到预测电流I(I＝U/R)之后，再根据预测电流和实时电压电流信号中的实时电流之间的差值迭代扬声器阻抗模型，该扬声器阻抗模型基于最小化误差算法搭建而成，如LMS算法(Least Mean Square，最小均方自适应滤波器)，或NLMS算法(Normalized Least Mean Square，归一化最小均方自适应滤波器)等，直至差值达到预设数值，便可确定扬声器阻抗模型输出的阻抗为较为稳定的目标阻抗f0。其中，LMS算法采用最小均方误差准则，每次更新滤波器系数时，使得均方误差最小，NLMS算法加入了自适应步长因子，可以根据误差大小自动调整步长大小，能够提高算法的收敛速度和稳定性。 [0071] 图3为根据本申请一个实施例的预设的振膜谐振频率与阻抗的曲线示意图。如图3所示，从预设的振膜谐振频率Frequency与阻抗Z的曲线中查询与目标阻抗f0对应的振膜谐振频率，将其确定为实时振膜谐振频率。 [0072] 如此，通过接收的实时电压电流信号实时迭代扬声器阻抗模型，并根据预设的曲线便可得到扬声器的振膜谐振频率，无需平台额外提供振膜谐振频率的参数，减少了对外部设备的依赖。 [0073] 在一些实施例中，确定实时环境温度，包括：对接收的实时电压电流信号进行数据处理，得到数据处理后的电压电流信号。 [0074] 输入音频信号包括检测音频信号和播放音频信号，实时电压电流信号为对时域的输入音频信号对应的信号，数据处理后的电压电流信号为频域的检测音频信号对应的信号。 [0075] 对接收的实时电压电流信号进行数据处理具体为，通过检测音频获取实时电压电流信号，通过Goertzel算法对时域的实时电压电流信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)变换，该Goertzel算法用于计算时域信号中某一特定频率信号(即检测音频对应的频率，该频率值较小，人耳基本无法察觉，因此需要转换至频域进行处理)的能量，得到检测音频信号对应的电压电流信号，从而将其确定为数据处理后的电压电流信号。 [0076] 计算电压电流信号中的电压和电流之间的比值，得到实时阻抗；将实时阻抗输入实时阻抗与实时环境温度的预设关系中，计算得到实时阻抗对应的实时环境温度。 [0077] 进一步地，计算检测音频信号对应的电压电流信号中的电压和电流之间的比值，得到实时阻抗Z(T)，并将该Z(T)输入实时阻抗输入实时阻抗与实时环境温度的预设关系，即公式(4)中，计算得到实时阻抗Z(T)对应的实时环境温度T， [0078] Z(T)＝(T‑T0 )×Z(T0) ×αcoil+Z(T0) 公式(4) [0079] 其中，Z(T)为实时阻抗，T为实时温度，T0为固定温度，Z(T0)为T0时刻的阻抗值，αcoil为扬声器线圈材料的温升系数。 [0080] 如此，通过接收的实时电压电流信号和实时阻抗输入实时阻抗与实时环境温度的预设关系，便可得到扬声器的实时环境温度，无需平台额外提供实时环境温度的参数，减少了对外部设备的依赖。 [0081] 在一些实施例中，在基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测之前，音频信号处理方法还包括：获取扬声器的原始音频信号；判断原始音频信号的频率值是否满足预设频率条件；若是，则调整原始音频信号的电压，得到电压调整后的输入音频信号。 [0082] 由于根据IV模块反馈的电压电流信号检测振膜谐振频率的方法需要播放一定时间的音频信号才能使扬声器的振膜谐振频率迭代到位，得到实时环境下稳定性和准确性较高的振膜谐振频率。因此为了在低气压环境下播放输入音频信号的起始阶段，保证扬声器振膜位移不超过最大振幅限制，本申请设置初始状态预压模块对原始音频信号的电压进行调整，使得扬声器播放电压调整后的输入音频信号，能够不超过最大振幅限制同时保证听感。 [0083] 示例性的，图4为根据本申请一个实施例的扬声器的电压‑频率曲线示意图。如图4所示，该扬声器在1200Hz左右以下需要压制电压，1200Hz以上已达到本场景下最大输出电压10V，通常在低气压环境下，1200Hz以下的电压需要被压制至更低的电压值。 [0084] 因此在该场景下，获取扬声器的原始音频信号，并判断该原始音频信号的频率值是否小于1200Hz，若是，则调整原始音频信号中1200Hz以下频率段的电压，得到电压调整后的输入音频信号。如此，衰减掉会导致扬声器产生大位移的频率部分，输入音频信号中保留了歌曲的中高频部分，对实际听感影响不大。其中，初始预压模块可以采用不同的方式来实现，如动态衰减增益的滤波器，DRC(Dynamic Range Control，动态范围控制)等，通过将输入音频信号的动态范围映射到指定的动态范围，可以使声音听起来更柔和或更大声。 [0085] 示例性的，图5为根据本申请一个实施例的应用音频信号处理方法的[AW20230055ICN1][HS2410811CCN]音频信号处理系统的结构示意图。 [0086] 如图5所示，该音频信号处理系统包括扬声器、IV反馈模块、实时环境温度检测模块、实时振膜谐振频率检测模块、振膜谐振频率检测模块、环境气压预测模块、位移预测模块、增益处理模块和初始预压模块。 [0087] 其中，IV反馈模块采集扬声器的实时电压电流信息，并发送至实时环境温度检测模块和实时振膜谐振频率检测模块；实时环境温度检测模块对该实时电压电流信号进行处理，得到实时环境温度并发送至振膜谐振频率检测模块；实时振膜谐振频率检测模块对该实时电压电流信号进行处理，得到实时振膜谐振频率并发送至振膜谐振频率检测模块；振膜谐振频率检测模块根据接收的实时环境温度和实时振膜谐振频率确定扬声器的振膜谐振频率，并发送至环境气压预测模块；环境气压预测模块基于振膜谐振频率预测得到预测环境气压，并发送至位移预测模型；位移预测模型根据初始预压模块处理后的输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，并发送至增益处理模块；增益处理模块对该振膜预测位移进行增益调整，并输出增益调整后的振膜位移，以便将该振膜位移作用于初始预压模块调整的输入音频信号中，得到输出音频信号并发送至扬声器进行播放。 [0088] 具体来说，首先，IV反馈模块采集扬声器端的实时电压电流信号，并反馈至实时环境温度检测模块和实时振膜谐振频率检测模块，该实时振膜谐振频率检测模块根据实时电压电流信号中的实时电压和预设的扬声器初始阻抗之间的比值，得到预测电流，并根据该预测电流和实时电压电流信号中的实时电流之间的差值迭代扬声器阻抗模型得到目标阻抗，以根据目标阻抗得到对应的实时振膜谐振频率并发送至振膜谐振频率检测模块；该实时环境温度检测模块通过检测音频获取实时电压电流信号，并进行特定频率的FFT变换，得到检测音频信号对应的电压和电流，并计算得到实时阻抗，以根据该实时阻抗得到对应的实时环境温度并发送至振膜谐振频率检测模块。 [0089] 接着，振膜谐振频率检测模块在实时环境温度满足预设环境温度条件(如实时环境温度接近于25℃)时，确定实时环境温度对应的实时谐振频率为扬声器的振膜谐振频率并发送至环境气压预测模块，或将实时振膜谐振频率和振膜谐振频率变化值的差值确定为扬声器的振膜谐振频率，并发送至环境气压预测模块；环境气压预测模块基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的单调函数，计算得到振膜谐振频率对应的预测环境气压，并发送至位移预测模型。 [0090] 再接着位移预测模型中的自适应增益模型基于预设滤波器增益和预测环境气压进行增益调整，得到调整后的滤波器增益并输出至位移预测模型中的振膜预测位移滤波器模型，该振膜预测位移滤波器模型基于调整后的滤波器增益、预设截止频率、预设品质因数和输入音频信号输出振膜预测位移至增益处理模块。 [0091] 最后增益处理模块在振膜预测位移满足预设振膜位移条件(即该振膜预测位移大于扬声器中的振膜最大振幅)时，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益并对其调整；初始预压模块在原始音频信号的频率值满足预设频率条件时对原始音频信号的电压进行调整，得到输入音频信号，进而将增益处理模块调整的振膜位移作用于初始预压模块调整的输入音频信号中，得到输出音频信号并发送至扬声器进行播放。 [0092] 综上，本申请的音频信号处理系统可以自动适配扬声器在不同气压场景下的表现，确保扬声器在环境气压状态变低时(例如在高海拔地区)也能够正常控制位移，保证扬声器不会因为振膜超过限制而造成损坏，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感，且本申请的音频信号处理系统采用内部闭环控制，仅需要功放与音频信号处理算法配合便可对扬声器的振膜位移进行自适应调整，无需平台端额外提供气压、温度数据，而且在平台端给气压、温度数据的情况下，也可进行适配。 [0093] 本实施例的音频信号处理方法可以由任意适当的具有数据处理能力的电子设备执行，包括但不限于：服务器、移动终端(如手机、PAD等)和PC机等。 [0094] 图6为根据本申请一个实施例的音频信号处理设备的结构框图。 [0095] 如图6所示，该音频信号处理设备600包括：第一确定模块601，检测扬声器的振膜谐振频率；第二确定模块602，基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压；预测模块603，基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测，得到扬声器在预测环境气压下播放输入音频信号的振膜预测位移；计算模块604，在振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，基于振膜预测位移与振膜位移增益的预设关系，计算振膜预测位移对应的振膜位移增益；调整模块605，基于振膜位移增益调整扬声器的振膜位移，并将调整后的振膜位移作用于输入音频信号。 [0096] 在本申请的一些实施例中，第一确定模块601具体用于：确定实时振膜谐振频率和对应的实时环境温度；在实时环境温度满足预设环境温度条件时，确定实时振膜谐振频率为扬声器的振膜谐振频率。 [0097] 在本申请的一些实施例中，第一确定模块601具体用于：确定实时振膜谐振频率和对应的实时环境温度；基于拟合函数计算得到实时环境温度对应的理论振膜谐振频率，并计算理论振膜谐振频率和预设振膜谐振频率的差值，得到振膜谐振频率变化值，其中，拟合函数是对由不同历史环境温度和与其对应的历史振膜谐振频率组成的离散数据进行拟合得到的函数；将实时振膜谐振频率和振膜谐振频率变化值的差值确定为扬声器的振膜谐振频率。 [0098] 在本申请的一些实施例中，第一确定模块601还用于：计算接收的实时电压电流信号中的实时电压和预设的扬声器初始阻抗之间的比值，得到预测电流，其中，实时电压电流信号为输入音频信号对应的电压电流转换信号；根据预测电流和实时电压电流信号中的实时电流之间的差值迭代扬声器阻抗模型，直至差值达到预设条件，确定扬声器阻抗模型输出的阻抗为目标阻抗；从预设的振膜谐振频率与阻抗的曲线中查询与目标阻抗对应的振膜谐振频率，确定为实时谐振频率。 [0099] 在本申请的一些实施例中，第一确定模块601还用于：对接收的实时电压电流信号进行数据处理，得到数据处理后的电压电流信号；计算电压电流信号中的电压和电流之间的比值，得到实时阻抗；将实时阻抗输入实时阻抗与实时环境温度的预设关系中，计算得到实时阻抗对应的实时环境温度。 [0100] 在本申请的一些实施例中，在基于扬声器的输入音频信号和预测环境气压进行扬声器振膜位移的预测之前，获取模块(图中未示出)还用于：获取扬声器的原始音频信号；判断原始音频信号的频率值是否满足预设频率条件；若是，则调整原始音频信号的电压，得到电压调整后的输入音频信号。 [0101] 在本申请的一些实施例中，预测模块603具体用于：基于预设滤波器增益和预测环境气压进行增益调整，得到调整后的滤波器增益；基于调整后的滤波器增益、预设截止频率、预设品质因数和输入音频信号进行位移预测，得到振膜预测位移。 [0102] 在本申请的一些实施例中，在基于振膜谐振频率与扬声器的环境气压的预设关系，得到振膜谐振频率对应的预测环境气压之前，第二确定模块602还用于：根据环境气压与空气密度的预设关系和空气阻力与空气密度的预设关系，确定环境气压与空气阻力的预设关系；根据空气阻力与扬声器弹性振膜劲度的预设关系和环境气压与空气阻力的预设关系，确定环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系；根据扬声器弹性振膜劲度与振膜谐振频率的预设关系和环境气压与扬声器弹性振膜劲度的预设关系，确定振膜谐振频率与环境气压的预设关系。 [0103] 根据本申请实施例的音频信号处理设备，通过扬声器的振膜谐振频率确定与其对应的预测环境气压，并根据输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，以在该振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，对其进行自适应调整，从而保护了扬声器振膜，且使得扬声器的振膜能够根据调整后的振膜位移作用于输入音频信号，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。 [0104] 本实施例的音频信号处理设备600用于实现前述多个方法实施例中相应的音频信号处理方法，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。此外，本实施例的音频信号处理设备600中的各个模块的功能实现均可参照前述方法实施例中的相应部分的描述，在此亦不再赘述。 [0105] 图7为根据本申请一个实施例的电子设备的结构框图，本申请具体实施例并不对电子设备的具体实现做限定。 [0106] 如图7所示，该电子设备700可以包括：处理器702、存储器703、通信接口704和通信总线705，处理器702、存储器703和通信接口704通过通信总线705完成相互间的通信；存储器703用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器702执行上述任一实施例的音频信号处理方法对应的操作。 [0107] 处理器702可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。智能设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。 [0108] 存储器703，用于存放程序，可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non‑volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。 [0109] 根据本申请实施例的电子设备，通过扬声器的振膜谐振频率确定与其对应的预测环境气压，并根据输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，以在该振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，对其进行自适应调整，从而保护了扬声器振膜，且使得扬声器的振膜能够根据调整后的振膜位移作用于输入音频信号，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。 [0110] 本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例的音频信号处理方法。 [0111] 根据本申请实施例的计算机存储介质，通过扬声器的振膜谐振频率确定与其对应的预测环境气压，并根据输入音频信号和预测环境气压预测得到振膜预测位移，以在该振膜预测位移满足预设振膜位移条件时，对其进行自适应调整，从而保护了扬声器振膜，且使得扬声器的振膜能够根据调整后的振膜位移作用于输入音频信号，充分释放了扬声器的使用性能，提升了用户的听感。 [0112] 需要指出，根据实施的需要，可将本申请实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本申请实施例的目的。 [0113] 上述根据本申请实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的音频信号处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的音频信号处理方法的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的音频信号处理方法的专用计算机。 [0114] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。 |
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