[發明專利]頻域中的虛擬低音的相加

有效

• 申請號: 201610398773.9
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN106658284B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 游余立
• 申請（專利權）人: 國光電器股份有限公司
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;穆云麗

公開了頻域中的虛擬低音的相加。提供了用于對音頻信號進行處理以添加虛擬低音的系統、方法和技術。在一個代表性實施例中，一種設備包括：(a)輸入線，輸入原始音頻信號；(b)變換模塊，將原始音頻信號變換成頻率分量的集合；(c)低音提取濾波器，提取這樣的頻率分量的低音部分；(d)估計器，估計這樣的低音部分內的低音聲音的基頻；(e)頻移器，將低音部分偏移作為估計器估計的基頻的整數倍的頻率，從而提供虛擬低音信號；(f)加法器，具有(i)耦合到原始音頻信號和虛擬低音信號的輸入以及(ii)輸出；以及(g)音頻輸出裝置，耦合到加法器的輸出。

技術領域

本發明涉及系統、方法和技術，其用于對音頻信號進行處理以為收聽者提供更強的低音印象，或者換言之，以便將“虛擬低音”與音頻信號相加，例如以使得可以通過沒有良好低音產生特性的揚聲器或其它音頻輸出裝置進行播放。

背景技術

平板電視機和移動裝置的出現加速了小型揚聲器的廣泛使用，公知小型揚聲器具有差的低音(即，低頻)性能。由于收聽者對聲音質量的總體印象較強地受到低音性能的影響，因此該特性通常使得小型揚聲器處于不利位置。因此，非常期望改進所感知的低音性能，尤其是對于包括小型揚聲器的裝置。

提升低音性能的傳統方法是簡單地放大音頻譜的低頻部分，從而使得低音聽起來更大聲。然而，由于當在低頻將電能轉換為聲能時小型揚聲器通常具有差的效率，從而引起諸如電池消耗和過熱的問題，因此這樣的方法的有效性大大受到限制。潛在的更嚴重的問題在于，低頻的放大可以引起揚聲器線圈的過度偏移，從而導致失真，并且在一些情況下，導致對揚聲器的損壞。

替選方法是利用“虛擬音調(virtual pitch)”的音質效果。對于用于示出該效果的簡單示例，考慮基頻F0為100赫茲(Hz)的音調。盡管可以通過播放100Hz的純音在人耳中產生100Hz音調的感覺，但是樂器和人類聲帶通常使用具有合成諧波結構(諸如100Hz、200Hz、300Hz等)的聲調集合產生該感覺，這也可以提供更完整的(和區分的)聲音質量。更有意思的在于，100Hz的基頻處的聲調對于人類具有聽到100Hz音調的感覺是不必要的。即使100Hz的聲調丟失，200Hz、300Hz、400Hz等的諧音的集合也可以產生100Hz音調的感覺。人耳顯然可以僅根據諧音而推出音調。該現象稱為虛擬音調。

虛擬音調的概念的一個分支在于，不需要物理地產生基頻F0處的聲調以便產生F0處的音調的感覺。當應用于小型揚聲器的低音增強時，這意味著不需要在小型揚聲器低效的低頻浪費能量。替代地，可以通過使用揚聲器在產生方面更高效的較高頻率聲調而產生類似的低音印象。只要提供了適當的諧波結構，虛擬音調效果就可以足夠強以產生強的低音感覺。該一般方法在這里稱為虛擬低音(virtual bass)。

早期的虛擬低音技術在時域中工作并且一般包括以下步驟：

1.使用帶通濾波器從輸入音頻信號提取低頻分量以形成低音信號；

2.通過經由非線性裝置饋送低音信號而生成較高階的諧波；

3.使用帶通濾波器選擇高階諧波的一部分(虛擬音調)；以及

4.將所選擇的高階諧波與原始信號相加。

然而，本發明人意識到對于該方法存在問題，包括非線性裝置引入了互調失真，這會顯著降低音頻質量。

更近期的技術使用相位聲碼器(phase vocoder)而在頻域中工作，例如，如下：

1.使用短時傅立葉變換(STFT)將輸入音頻信號變換到離散傅立葉變換(DFT)域；

2.將低頻諧音的頻率線性地按比例提高至揚聲器可以有效地產生聲音的頻率；

3.使用按比例提高后的諧波頻率來驅動正弦波疊加合成器(sum-of-sinusoidssynthesizer)對時域虛擬低音信號進行合成；以及