[發明專利]用于增強數字音頻信號中的低頻的方法

有效

• 申請號: 201210337263.2
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN103002381A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: B·波瓊;V·宏科突
• 申請（專利權）人: 鸚鵡股份有限公司
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 毛力

技術領域

本發明涉及用于聲音重放設備中的低頻增強的技術。

背景技術

本發明針對的問題是改善設備中對最低頻率的音頻渲染，該設備包括音箱，音箱配置有用于低音的電動揚聲器（一般稱為低音喇叭）。

這種揚聲器響應于作為輸入而施加的電信號經由電/機械轉換（通過有電流流通的線圈，該線圈被插入由極部和磁體所產生的磁場中）然后經由機械/聲學轉換（通過連接至線圈的薄膜的移位而產生聲波）產生聲波。

這種揚聲器通常安裝在開放式音箱（端接系統）或封閉式音箱中，其在最低頻的渲染上總會或多或少的受到制約，低制約（或者音箱的截斷頻率）取決于揚聲器的大小、音箱體積和所使用的安裝類型。

為了人為增強低頻渲染，并補償臨近或者低于音箱截斷頻率的最低頻率部分的衰減，已提出了各種不同方法（一般被稱為“低音增強”）來人為地增強低頻渲染，從而為聆聽者提供最好的音樂渲染。

最簡單的方法包括通過恰當的模擬或者數字濾波來增強電信號在低頻下的強度，從而可以獲得比未處理時更寬的低頻帶寬。然而，這種解決方案存在限制，因為揚聲器薄膜偏移振幅（即薄膜偏離平衡位置的幅度大?。杆僮兊暮艽?，伴隨著損壞揚聲器的風險，而且（對于過度偏移振幅值而言）至少伴隨著引入失真的風險，而失真會使音頻信號的渲染質量迅速惡化。第二個限制和輸出電功率相關。實質上，將電壓傳輸給揚聲器終端的放大器有其固有限制。如果使用低音增強濾波器，在低頻部分（此處能量最大），信號將迅速達到放大器的極限值，從而存在后續聲音飽和或者輸出截斷聲音的風險。

EP?2113913A1(申請人為Parrot)提出一種基于人耳聲音生理特性的技術，即使低頻部分實際上沒有經過揚聲器重放，該技術也能使感知到低頻部分成為可能。實際上，對于音高的感知不但和信號中基礎頻率的存在相關，也和該基礎頻率的較高次諧波相關。所提出的這種技術包括增強高于音箱截斷頻率的諧波，以產生增強基礎頻率的假象，而實際上基礎頻率并沒有增強或者沒有增強這么多。這種技術非常適合裝配有小直徑揚聲器的設備，例如一些便攜設備或者車載設備。但由于它引入了非原始的聲音信號分量，因此不適用于“高保真”設備，理論上，高保真設備嘗試盡可能真實的重放聲音信號，并且盡量少改變聲音信號。

US?2008/0175397A1描述了一種系統，該系統用于因變于要重放的信號功率將音箱的重放帶寬動態地向下擴展。放大鏈中包括動態高通濾波器，該濾波器的截斷頻率因變于輸入信號功率而變化（當信號比較強時，提高截斷頻率可以減少低音；反之亦然）。經過如此濾波的信號被傳輸給限幅器級，該限幅器的增益因變于根據線性模型并行計算出的彼此獨立的四個參數而動態地變化，這四個參數包括：揚聲器偏移振幅、端口氣流速度、放大器聲音飽和的檢測以及揚聲器線圈的溫度。但對整個信號使用限幅器有一個缺陷，就是會引入非線性從而引入諧波失真。此外，決定限幅器增益的彼此獨立的各種因素之間的并行計算沒有考慮這些因素之間的互相影響，也沒有考慮揚聲器的非線性行為。

EP?1799013A1提出對揚聲器行為的建模，并且補償揚聲器的非線性量，以獲得通過使揚聲器薄膜偏移量盡量線性來產生較少的音頻失真并提供較好的收聽質量的系統。但它實質上并不是動態擴展揚聲器在低頻率區域的帶寬，也不是補償揚聲器在臨近或者低于揚聲器/音箱單元的聲音截斷頻率的頻譜區域中的響應的物理限制。

US?2005/0207584A1、US?4327250A和US?6201873B1描述的技術不是對信號的濾波、均衡或者數字處理的技術，其目的是預測揚聲器的響應，并且在需要還可以限制重放信號的強度，從而避免揚聲器的偏移振幅過大或者避免引起失真的非線性量。但這些系統同樣存在上面所述的全部或者部分缺陷。

發明內容

本發明實質上是一種增強低頻的低音增強技術，能夠彌補上述已知系統的缺陷。

本發明的目的是提出一種動態濾波方法，即一種可實時調整的方法，該方法增強最低頻部分的信號，從而獲得盡可能最平坦的揚聲器頻率響應（補償臨近或者低于揚聲器/音箱單元聲音截斷頻率的衰減），如果可能的話，該方法還將機械和電子壓力考慮在內。

更準確點說，本發明的目的是操作這樣的濾波，當對重放信號進行的分析表明播放音樂存在揚聲器薄膜過度偏移的風險時，或存在放大器輸出級電壓過高且伴隨重放聲音飽和或者聲音截斷的風險時，所述濾波的動作減少。