[發明專利]在音頻系統中生成諧波

有效

• 申請號: 201880099417.4
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN112997511B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 約翰內斯·榮德爾
• 申請（專利權）人: 狄拉克研究公司
• 主分類號: H04R3/04
• 分類號: H04R3/04;H03G5/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫尚白;張啟程

提供了一種用于通過使用諧波發生器從具有輸入頻率的輸入信號生成諧波的方法和對應的系統，該諧波發生器具有相關聯的增益控制器，該相關聯的增益控制器用于生成用于控制諧波分量的振幅的可調節增益控制因子。該方法包括在包括調節不同階數的至少三個諧波分量之間的相對平衡的過程中生成(S1)一系列諧波分量，這些平衡可通過控制至少兩個增益控制因子來獨立地調節。該至少兩個增益控制因子中的每個特定增益控制因子是基于該輸入信號和/或從該輸入信號得到的信號的至少一個頻率相關度量來調節的，該輸入信號和/或從該輸入信號得到的信號的該至少一個頻率相關度量中的一個或多個頻率相關度量對于對應的特定增益控制因子是唯一的。該方法進一步包括創建(S2)包括根據如由該至少兩個增益控制因子控制的平衡的這些諧波分量的輸出信號，其中，這些諧波分量之間的平衡取決于該輸入頻率。

技術領域

所提出的技術總體涉及音頻處理，更具體地涉及一種用于生成諧波的方法和系統、一種用于生成虛擬低音信號(也稱作心理聲學低音感覺信號)的系統、一種音頻處理系統和一種對應的總體音頻系統、以及一種計算機程序和一種計算機程序產品。

背景技術

通常，在設計揚聲器時會涉及若干約束條件，這些約束條件可能會影響音質。對于很多應用來說，價格點一直很重要。如今，尺寸也變得比以往任何時候都更加重要。小型便攜式裝置對揚聲器的可允許尺寸有非常基本的限制。電池壽命在許多應用中也很重要。

尺寸和成本通常對低音性能的影響最大。揚聲器的低頻驅動器價格昂貴，因為它們需要具有較大的磁體和較大的物理尺寸。由于人耳的非線性影響，演奏低音的效率也比演奏較高頻率的效率低。

同時，此時產生的許多音樂都需要能夠很好地播放低頻率的揚聲器。能夠再現50Hz的聲音系統通常是準確播放任何類型音樂的必要條件，并且30Hz在現代電子音樂中并不罕見。

如果揚聲器無法準確地再現正在播放的音頻信號所需的整個頻率范圍，則其內容的很大一部分將丟失。大多數音樂是許多樂器的混合、跨越不同的頻率區域，并且在產生過程中對這些樂器的混合量進行了嚴格的調節，以使歌曲聽起來令人興奮并經過深思熟慮。雖然缺少低音對歌詞和旋律的影響不大，但有很多方面會受到影響。如果在某些時候正在單獨演奏重要的低音線，則聽者將只會感覺到寂靜。不同樂器組或頻率區域之間的平衡也將受到嚴重影響。例如，如果歌曲具有柔和的前奏，其后是帶有大量低音的高聲部分以使音樂聽起來具有戲劇性，則如果無法再現所述低音，那么效果會消失。

然而，可以對到揚聲器的信號進行電氣修改，以部分地解決這些問題。可以在一定程度上使用音調控制件或均衡器來使低音更響亮，但是這種方法有兩個主要缺點：

·揚聲器在低頻率時不是線性的。這意味著由均衡引起的人為高振幅將使得揚聲器的行為難以預測。

·揚聲器膜片將需要過度移動。膜片在不引起嚴重變形或破壞揚聲器的情況下可以移動多少是有限制的。

然而，如果可以激發膜片以將DSP(數字信號處理器)實施到產品中，或者由于還需要其他某種功能而已經存在這樣的DSP，則存在一些改進低音性能而不會出現上述缺點的方式。

此解決方案稱為虛擬低音、虛擬低音增強或心理聲學低音增強。關鍵概念的工作原理如下：

1.定義一個頻率，高于該頻率則有利于播放頻率，低于該頻率則需要一些幫助才能重現所有頻率。

2.通過使用低通(或帶通)濾波器提取所述較低頻率范圍。

3.從所述濾波器的輸出生成諧波。

4.將諧波加回到輸入信號或輸入信號的一個版本中，該輸入信號中已通過使用高通濾波器去除了較低的頻率。

現在，揚聲器的輸出中應該有諧波，這些諧波可以由揚聲器再現并且可由人類聽者聽到。根據所謂的基波缺失現象，如果聽者聽到基頻的兩個或更多個連續諧波，則可以感知到從其生成諧波的基波的音高。這使聽者聽到比揚聲器能再現的音高更低的音高。