CN110677771A - 一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法 - Google Patents

一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法 Download PDF

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曹中
张旭明
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Abstract

本发明公开了一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法，包括1个中置音箱和多个带电动云台底座的无线超声波音箱；中置音箱内设有DSP控制芯片和麦克风阵列；在声道自动校准时，通过DSP控制芯片依次给每个无线音箱发出测距命令，麦克风阵列将采集到的测距命令反馈至DSP控制芯片进行处理，并依次计算出声音传来的方向，DSP控制芯片根据各个方向的数据为各个无线超声波音箱匹配声道，最后由DSP控制芯片控制无线超声波音箱调整其偏转角。采用本方案用户无需区分每个无线音箱原定义的声道来摆放，启动音响***后，音响***能够自动识别每个无线音箱的位置并为其匹配相适应的声道，从而使得用户获得正确的环绕声信息。

Description

一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法
技术领域
本发明涉及音响***技术领域，特别涉及一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法。
背景技术
5.1声道的环绕立体音效是目前比较完美的声音解决方案，能够满足电脑游戏和家庭影音的超级要求。5.1声道音响设备应该包括：左侧前置音箱、右侧前置音箱、左侧后置音箱、右侧后置音箱、中置音箱、1个重低音音箱，这五个声道相互独立，其中“.1”声道，则是一个专门设计的重低音声道。
目前，在传统的5.1声道音响***中左侧前置音箱、右侧前置音箱、左侧后置音箱和右侧后置音箱在出厂时即被定义匹配固定的声道，因此在安装时，必须将相应的音箱摆放至预设的位置，并调整至合适的角度上才能展现出最佳的环绕立体音的效果。
然而，对于普通的家庭用户来说，由于家庭环境布局的不同以及对音响调试能力的欠缺，很少有用户能够真正将这种5.1声道的音响***调试至其最佳的音效。甚至，有时还会发生摆放错误的情况。这严重影响了用户的体验效果，也无法使这些性能优异的音响***得到其应有的口碑和评价。
此外，由于4个声道的音箱各不相同，厂家则需要对每个声道的音箱进行一定的储备，以满足用户的维修更换需求。这大大增大了厂家生产的成本。
发明内容
本发明的目的是：一种无线多声道音响***及其声道自动校准方法，该音响***能够根据音箱的摆放位置，自动匹配与之相适应的声道，并自动调整其扬声器对准角度，从而在用户体验位获得最佳的收听音效。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无线多声道音响***，包括一个中置音箱和多个无线音箱；所述中置音箱内设有DSP控制芯片和麦克风阵列；所述麦克风阵列采集所述无线音箱发出的音频信号，并反馈至所述DSP控制芯片进行处理；所述DSP控制芯片通过无线网络与所述无线音箱配对连接，所述无线音箱的底部装有电动云台底座，所述电动云台底座根据所述DSP控制芯片发送的偏转指令转动。
作为优选技术方案，所述麦克风阵列包括两个麦克风，所述两个麦克风呈一字型排列于所述中置音箱的两端。
作为优选技术方案，所述无线音箱包括4个，且都采用无线超声波音箱。
作为优选技术方案，所述无线音箱内都预设有唯一的机器识别码。
作为优选技术方案，所述DSP控制芯片通过无线网络还与一无线重低音炮音箱配对连接。
作为优选技术方案，所述中置音箱摆放于用户体验位的正前方，四个所述无线超声波音箱分别两两对称摆放于用户体验位的左前方、右前方、左后方和右后方。
一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其***包括1个中置音箱和4个带电动云台底座的无线超声波音箱，且所述中置音箱内设有由两个麦克风构成的一字型麦克风阵列和DSP控制芯片；其声道自动校准方法如下：
1）将所述中置音箱摆放至用户体验位的正前方，将4个所述无线超声波音箱无差别分别摆放至用户体验位的左前方、右前方、左后方和右后方，然后，分别启动中置音箱和四个无线超声波音箱，并将所述中置音箱与4个所述无线超声波音箱一一配对连接；
2）所述DSP控制芯片通过所述中置音箱向4个所述无线超声波音箱广播一个测距命令；所述测距命令要求所述无线超声波音箱在某个初始时刻反馈一个测距脉冲信号；所述麦克风阵列的两个麦克风分别接收所述测距脉冲信号，并由所述DSP控制芯片分别记录各自的接收时刻；
3）所述DSP控制芯片根据所述测距脉冲信号的发送初始时刻和到达左右两个麦克风的接收时刻，计算出该测距脉冲信号到达左右两侧麦克风的使用时长；
4）计算比较所述测距脉冲信号分别到达左右两个麦克风的使用时长；
若所述测距脉冲信号到达左侧麦克风的使用时长大于其达到右侧麦克风的使用时长，则判定发送该测距脉冲信号的无线超声波音箱位于用户体验位的右侧；反之，则判定其位于左侧；
5）根据上述判断结果，将4个无线超声波音箱划分为左右两组；并比较同组两个无线超声波音箱所发出的测距脉冲信号分别到达同一个麦克风的使用时长；其中，使用时长较大的位于用户体验位的后方，使用时长较小的位于用户体验位的前方；
6）根据上述确定的4个无线超声波音箱的方位信息，由所述DSP控制芯片为4个所述无线超声波音箱分别匹配其对应的声道；
7）所述DSP控制芯片通过所述中置音箱依次向各个无线超声波音箱发送若干组偏转命令，且在每次偏转到位后，由该无线超声波音箱发出反馈脉冲信号；所述偏转命令包含无线超声波音箱的偏转角信息和反馈脉冲信号发出的初始时刻；
所述中置音箱的左右两侧麦克风都接收来自各个无线超声波音箱的多组反馈脉冲信号，并分别记录其接收时刻；
8）所述DSP控制芯片计算并统计多组反馈脉冲信号的传播使用时长，并分别选出满足以下要求的各个无线超声波音箱所对应的反馈脉冲信号：
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
9）所述DSP控制芯片根据选出的各个反馈脉冲信号，找出与之对应的偏转角信息，即获得该无线超声波音箱的最佳偏转角信息；所述中置音箱根据所述最佳偏转角信息控制相应无线超声波音箱偏转至最佳角度，且当到达最佳角度后，由该无线超声波音箱反馈一个到位脉冲信息至所述DSP控制芯片；
10）当所述DSP控芯片接收到每个无线超声波音箱的到位脉冲信息后，发出校准完成提示音，并终止校准步骤。
作为进一步优选技术方案，所述无线超声波音箱内预设有唯一的机器识别码，所述中置音箱通过所述机器识别码分别与四个所述无线超声波音箱一一配对连接。
作为进一步优选技术方案，所述测距命令中包含4个与机器识别码一一对应的初始时刻，且所述无线超声波音箱根据自身的机器识别码获得与之对应的初始时刻。
作为进一步优选技术方案，所述测距脉冲信号和所述反馈脉冲信号都为一个频率为15K的脉冲信号。
作为进一步优选技术方案，所述DSP控制芯片通过所述中置音箱向每个无线超声波音箱发送64组偏转指令。
作为进一步优选技术方案，所述无线超声波音箱仅能够水平方向偏转，且最大偏转夹角设定为90°。
本发明的有益效果是：采用本方案用户无需区分每个无线音箱原定义的声道来摆放，启动音响***后，音响***能够自动识别每个无线音箱的位置并为其匹配相适应的声道，从而使得用户获得正确的环绕声信息。此外，DSP控制芯片通过调整偏转角无线音箱的偏转角度使得用户体验位获得最佳的音效体验。
附图说明
图1是本发明音响***的音箱摆放位置示意图。
图中：1-中置音箱、2-无线超声波音箱、3-用户体验位、11-左侧麦克风、12-右侧麦克风。
具体实施方式
以下结合附图。对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的一种无线多声道音响***，包括一个中置音箱1和四个无线超声波音箱2。其中，中置音箱1的箱体呈条状，且摆放于用户体验位3的正前方，四个无线超声波音箱2分别摆放于用户体验位3的左前方、右前方、左后方和右后方。在无线超声波音箱2的底部装有电动云台底座。
其中，中置音箱1内设有一DSP控制芯片，且在中置音箱的条状箱体两侧对称设置有左侧麦克风11和右侧麦克风12。这两个麦克风同时采集由无线超声波音箱2发出的音频信号，并将采集到的音频信号反馈至DSP控制芯片进行处理；DSP控制芯片通过无线网络与无线超声波音箱配对连接，并控制其电动云台底座转动。
此外，每一个无线超声波音箱2都预设有唯一机器识别码。
为了实现5.1声道的立体环绕效果，音响***还需配置一个无线重低音炮音箱，该重低音炮音箱通过无线网络与DSP控制芯片连接。由于人耳无法辨别重低音的方向，因此重低音炮音箱可摆放于任意位置。
一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，包括如下步骤：
1）将中置音箱摆放至用户体验位正前方，四个无线超声波音箱无差别分别摆放至用户体验位的左前方、右前方、左后方和右后方，且相对于所述中置音箱的位置两两左右对称；在每个无线超声波音箱内预设有唯一机器码，启动中置音箱和四个无线超声波音箱，中置音箱通过唯一机器码分别与四个无线超声波音箱一一配对连接；
2）由中置音箱向四个无线超声波音箱广播一个测距命令；该测距命令要求无线超声波音箱在某个初始时刻反馈一个测距脉冲信号；中置音箱的左右两侧麦克风都接收该测距脉冲信号，并分别记录其接收时刻；
其中，四个无线超声波音箱的初始时刻和左右麦克风的接收时刻对照表如下：
Figure 847683DEST_PATH_IMAGE002
3）DSP控制芯片根据测距脉冲信号的发送初始时刻和到达左右两个麦克风的接收时刻，计算出该测距脉冲信号到达左右两侧麦克风的使用时长；
即：根据公式：T使用时长=T接收-T初始,分别计算出发送该测距脉冲信号的无线超声波音箱分别到左右两侧麦克风的使用时长；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
4）计算比较所述测距脉冲信号分别到达左右两个麦克风的使用时长；若所述测距脉冲信号到达左侧麦克风的使用时长大于其达到右侧麦克风的使用时长，即TnL>TnR，则判定发送该测距脉冲信号的无线超声波音箱位于用户体验位的右侧；反之，TnL<TnR，则判定其位于左侧；
5）根据上述判断结果，将4个无线超声波音箱划分为左右两组；并比较同组两个无线超声波音箱所发出的测距脉冲信号分别到达同一个麦克风的使用时长；其中，使用时长较大的位于用户体验位的后方，使用时长较小的位于用户体验位的前方；
6）根据上述确定的4个无线超声波音箱的方位信息，由所述DSP控制芯片为4个所述无线超声波音箱分别匹配其对应的声道；即为左前方的无线超声波音箱匹配左前声道、为右前方的无线超声波音箱匹配右前声道、为左后方的无线超声波音箱匹配左后声道、为右后方的无线超声波音箱匹配右后声道；
7）中置音箱依次向各个无线超声波音箱发送若干组偏转命令，且在每次偏转到位后，由该无线超声波音箱发出反馈脉冲信号；该偏转命令包含无线超声波音箱的偏转角信息和反馈脉冲信号发出的初始时刻；
由中置音箱的左右两侧麦克风都接收来自各个无线超声波音箱的多组反馈脉冲信号，并分别记录其接收时刻；
8）中置音箱计算并统计多组反馈脉冲信号的传播使用时长，并分别选出满足以下要求的各个无线超声波音箱所对应的反馈脉冲信号：
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
以下列举一种具体的计算方法：
假设已经确定左后无线超声波音箱和右后无线超声波音箱；
获取反馈脉冲信号从左后超声波音箱分别到左端麦克风和右端麦克风的两个值为TLn1和TLn2；n为1~n若干组数据。
获取反馈脉冲信号从右后超声波音箱分别到左端麦克风和右端麦克风的两个值为TRn1和TRn2；n为1~n若干组数据。
利用以下公式计算获得数据；
（TLn1- TRn2）2+ （TLn2- TRn1）2
这样能获取到n*n个数据，取最小值对应的反馈脉冲信号所对应的偏转角信息，即为最佳偏转角度。
左前和右前超声波音箱的最偏转角度采用上述同样方法获取。
9）中置音箱根据选出的各个反馈脉冲信号，找出与之对应的偏转角信息，即获得该无线超声波音箱的最佳偏转角信息；中置音箱根据最佳偏转角信息控制相应无线超声波音箱偏转至最佳角度，且当到达最佳角度后，由该无线超声波音箱反馈一个到位脉冲信息至中置音箱；
10）当中置音箱接收到每个无线超声波音箱的到位脉冲信息后，发出校准完成提示音，并终止校准步骤。
在上述步骤中，测距脉冲信号和反馈脉冲信号都为一个频率为15K的脉冲信号。
另外，本方案中采用了高性能的DSP芯片，从而使得麦克风能更加准确的采集和识别到脉冲信号。
为了降低计算量，所述中置音箱向每个无线超声波音箱发送64组偏转指令，每个无线超声波音箱仅能够水平方向偏转，且最大偏转夹角设定为90°，这样就可以大大提高***的校准速度。
以上显示和描述了本方案的基本原理和主要特征和本方案的优点。本行业的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本方案的原理，在不脱离本方案精神和范围的前提下，本方案还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本方案范围内。本方案要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种无线多声道音响***，其特征在于，包括一个中置音箱和多个无线音箱；所述中置音箱内设有DSP控制芯片和麦克风阵列；所述麦克风阵列采集所述无线音箱发出的音频信号，并反馈至所述DSP控制芯片进行处理；所述DSP控制芯片通过无线网络与所述无线音箱配对连接，所述无线音箱的底部装有电动云台底座，所述电动云台底座根据所述DSP控制芯片发送的偏转指令转动。
2.如权利要求2所述的一种无线多声道音响***，其特征在于，所述麦克风阵列包括两个麦克风，所述两个麦克风呈一字型排列于所述中置音箱的两端。
3.如权利要求2所述的一种无线多声道音响***，其特征在于，所述无线音箱包括4个，且都采用无线超声波音箱。
4.如权利要求1所述的一种无线多声道音响***，其特征在于，所述无线音箱内都预设有唯一的机器识别码。
5.如权利要求1所述的一种无线多声道音响***，其特征在于，所述DSP控制芯片通过无线网络还与一无线重低音炮音箱配对连接。
6.一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其特征在于，其***包括1个中置音箱和4个带电动云台底座的无线超声波音箱，且所述中置音箱内设有由两个麦克风构成的一字型麦克风阵列和DSP控制芯片；其声道自动校准方法如下：
1）将所述中置音箱摆放至用户体验位的正前方，将4个所述无线超声波音箱无差别分别摆放至用户体验位的左前方、右前方、左后方和右后方，然后，分别启动中置音箱和四个无线超声波音箱，并将所述中置音箱与4个所述无线超声波音箱一一配对连接；
2）所述DSP控制芯片通过所述中置音箱向4个所述无线超声波音箱广播一个测距命令；所述测距命令要求所述无线超声波音箱在某个初始时刻反馈一个测距脉冲信号；所述麦克风阵列的两个麦克风分别接收所述测距脉冲信号，并由所述DSP控制芯片分别记录各自的接收时刻；
3）所述DSP控制芯片根据所述测距脉冲信号的发送初始时刻和到达左右两个麦克风的接收时刻，计算出该测距脉冲信号到达左右两侧麦克风的使用时长；
4）计算比较所述测距脉冲信号分别到达左右两个麦克风的使用时长；
若所述测距脉冲信号到达左侧麦克风的使用时长大于其达到右侧麦克风的使用时长，则判定发送该测距脉冲信号的无线超声波音箱位于用户体验位的右侧；反之，则判定其位于左侧；
5）根据上述判断结果，将4个无线超声波音箱划分为左右两组；并比较同组两个无线超声波音箱所发出的测距脉冲信号分别到达同一个麦克风的使用时长；其中，使用时长较大的位于用户体验位的后方，使用时长较小的位于用户体验位的前方；
6）根据上述确定的4个无线超声波音箱的方位信息，由所述DSP控制芯片为4个所述无线超声波音箱分别匹配其对应的声道；
7）所述DSP控制芯片通过所述中置音箱依次向各个无线超声波音箱发送若干组偏转命令，且在每次偏转到位后，由该无线超声波音箱发出反馈脉冲信号；所述偏转命令包含无线超声波音箱的偏转角信息和反馈脉冲信号发出的初始时刻；
所述中置音箱的左右两侧麦克风都接收来自各个无线超声波音箱的多组反馈脉冲信号，并分别记录其接收时刻；
8）所述DSP控制芯片计算并统计多组反馈脉冲信号的传播使用时长，并分别选出满足以下要求的各个无线超声波音箱所对应的反馈脉冲信号：
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左前无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右前无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长；
反馈脉冲信号从左后无线超声波音箱到右端麦克风的使用时长等于反馈脉冲信号从右后无线超声波音箱到左端麦克风的使用时长；
9）所述DSP控制芯片根据选出的各个反馈脉冲信号，找出与之对应的偏转角信息，即获得该无线超声波音箱的最佳偏转角信息；所述中置音箱根据所述最佳偏转角信息控制相应无线超声波音箱偏转至最佳角度，且当到达最佳角度后，由该无线超声波音箱反馈一个到位脉冲信息至所述DSP控制芯片；
10）当所述DSP控芯片接收到每个无线超声波音箱的到位脉冲信息后，发出校准完成提示音，并终止校准步骤。
7.如权利要求6所述的一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其特征在于，所述无线超声波音箱内预设有唯一的机器识别码，所述中置音箱通过所述机器识别码分别与四个所述无线超声波音箱一一配对连接。
8.如权利要求6所述的一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其特征在于，所述测距脉冲信号和所述反馈脉冲信号都为一个频率为15K的脉冲信号。
9.如权利要求6所述的一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其特征在于，所述DSP控制芯片通过所述中置音箱向每个无线超声波音箱发送64组偏转指令。
10.如权利要求6所述的一种无线多声道音响***的声道自动校准方法，其特征在于，所述无线超声波音箱仅能够水平方向偏转，且最大偏转夹角设定为90°。
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