專利名稱：音頻供給量控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻供給量(audio dosage)控制，用以控制例如公共音樂會(huì) 上揚(yáng)聲器的音頻輸出或者個(gè)人音樂播放器中饋給耳機(jī)的音頻。
背景
公共音樂會(huì)上的表演者通常使用大功率放大系統(tǒng)，其中該大功率放大系 統(tǒng)輸出非常高的噪聲級別。這可能對聽眾成員的聽力造成損傷，也對錄音師 以及定期出席這種音樂會(huì)的其他人員的工作能力造成破壞。聽力損傷包括在 特定頻率或廣泛地橫跨整個(gè)聲音音頻頻譜(20Hz至20,000Hz)的敏感度損 失，或者導(dǎo)致例如耳鳴的聽力殘疾。經(jīng)常，這種損傷在當(dāng)時(shí)不被受害人所察 覺并將產(chǎn)生進(jìn)一步的損傷，這是因?yàn)槭芎θ穗S后將收聽增加音量的音頻信 號(hào)，用以補(bǔ)償已經(jīng)遭受的聽力損失。這種損傷在可聽范圍的較高頻率部分尤 其嚴(yán)重，而較高頻率在搖滾音樂會(huì)中非常普遍。
因此，存在對這樣一種方法和裝置的需要，這種方法和裝置能夠控制用 于音樂會(huì)的公共廣播系統(tǒng)以及其它音頻輸出系統(tǒng)的音頻供給量輸出。
背景技術(shù)：
用于音頻供給量控制的已知系統(tǒng)包括US 2338551、 US 4254303和US 4306115，其自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)自揚(yáng)聲器的輸出音量，以補(bǔ)償背景噪聲的級別。
在US 4583245中描述了一種系統(tǒng)，其通過疊加額外頻率來控制揚(yáng)聲器 膜片變化范圍，以保護(hù)揚(yáng)聲器免于損傷。
EP 0529158描述了一種方法，用于衰減在瞬時(shí)強(qiáng)度或者累積聲音供給量 超出預(yù)定閾值的頻帶內(nèi)的聲音信號(hào)的振幅。這使用三分之一倍頻程模擬固定 帶寬阻帶陷波濾波器的陣列，其中根據(jù)來自監(jiān)控廣播聲音信號(hào)并將該廣播聲 音信號(hào)與目標(biāo)分布(profile)進(jìn)行比較的麥克風(fēng)的反饋來觸發(fā)該三分之一倍 頻程模擬固定帶寬阻帶陷波濾波器。這個(gè)已知方法有一個(gè)問題，即特定頻帶
內(nèi)的所有音頻分量的振幅都被衰減(并非僅僅超出閾值的分量)，而這將導(dǎo) 致整體聲音質(zhì)量的降低。此外，依賴于濾波器的個(gè)數(shù)及它們的衰減帶寬，對 于被濾波的聲音存在可變的時(shí)間延遲。這個(gè)一致時(shí)間延遲產(chǎn)生不受歡迎的、
降低聲音質(zhì)量的音頻效果，例如音調(diào)(tonal)偏移。此外，濾波發(fā)生在原始 聲音生成之后，而高振幅未濾波的脈沖串在校正之前通過。
進(jìn)一步而言，由于衰減因子決定于頻帶之內(nèi)的峰值，因此實(shí)際應(yīng)用的衰 減可能多于或少于理想所需的級別，并再次傾向于出現(xiàn)不必要的整體聲音質(zhì) 量的降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種控制暴露給消費(fèi)者的合成音頻信號(hào)的
音頻供給量的方法，該方法包括采樣所述合成音頻信號(hào)；利用快速傅立葉
變換算法對所采樣的音頻信號(hào)進(jìn)行變換，以產(chǎn)生代表所述音頻信號(hào)的頻率分
量的振幅的信號(hào)；將所變換的音頻信號(hào)與預(yù)定的脈沖控制閾值分布進(jìn)行比 較，以產(chǎn)生代表廣播信號(hào)與所述分布之間差異的配置信號(hào)，其中所述預(yù)定脈 沖控制閾值分布表示所述音頻信號(hào)閾值分布中每個(gè)頻率分量的目標(biāo)最大值 振幅；利用所述配置信號(hào)自動(dòng)地實(shí)時(shí)配置有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，從 而使得所述有限脈沖響應(yīng)濾波器衰減多個(gè)頻帶中的所變換的音頻信號(hào)的振 幅，其中所述頻帶集中于超出所述目標(biāo)閾值的頻率；以及輸出暴露給消費(fèi)者 的被衰減的音頻信號(hào)。
該方法具有結(jié)合音頻信號(hào)監(jiān)控傅立葉變換程序和運(yùn)行時(shí)間濾波器設(shè)計(jì) 的優(yōu)點(diǎn)。FIR (有限脈沖響應(yīng))濾波器的使用尤其具有優(yōu)勢。這些是以軟件 實(shí)現(xiàn)的固有穩(wěn)定的數(shù)字濾波器，該軟件典型地運(yùn)行在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 上。該軟件執(zhí)行數(shù)學(xué)模型算法，例如由著名程序MATLAB (注冊商標(biāo))定 義的那些，以從給定的輸入系數(shù)中定義濾波器響應(yīng)，或者從給定的期望響應(yīng) 中定義系數(shù)。FIR濾波器可被配置為，仿效具有相當(dāng)高準(zhǔn)確度的大量非常窄 的頻率阻帶濾波器。
通過例如來自舞臺(tái)所采樣的合成音頻信號(hào)與所期望的目標(biāo)分布之間的 比較結(jié)果，有效地定義本發(fā)明FIR濾波器的期望響應(yīng)。這個(gè)期望的濾波器響 應(yīng)隨后被用來對特定頻率計(jì)算該濾波器的系數(shù)，且這些系數(shù)被用來處理所述
頻率的后續(xù)信號(hào)在此情況下，來抑制或衰減特定頻率的信號(hào)，從而減少所 述頻率的振幅值。所述濾波立即生效，也即，在所采樣音頻信號(hào)被傳到輸出 裝置之前生效，其中所述輸出裝置為例如廣播用揚(yáng)聲器或在個(gè)人音樂播放器 中的個(gè)人消費(fèi)用耳機(jī)等。
優(yōu)選地，對每個(gè)帶寬采用四個(gè)或更多子帶。這可為對數(shù)標(biāo)度上的。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第二方面，對超出所定義閾值分布的所變換的音頻 信號(hào)進(jìn)行標(biāo)度，其中，本發(fā)明第二方面將被詳細(xì)描述如下，并且為了參考方
便其將被稱為"校準(zhǔn)方法盒增益(bin gain)"。
由于現(xiàn)場音頻信號(hào)被實(shí)時(shí)地用來設(shè)計(jì)所述FIR濾波器的響應(yīng)曲線，因此， 與已知方法中可能使用的濾波相比，所述濾波更準(zhǔn)確地適應(yīng)需求。這具有明 顯優(yōu)勢，因?yàn)橄啾戎两竦姆椒?，待衰減的頻率分量可被更準(zhǔn)確地識(shí)別出，而 所述衰減被更準(zhǔn)確地作為目標(biāo)。本發(fā)明可顯著減少出現(xiàn)例如靠近目標(biāo)頻率的 那些頻率分量的不必要的衰減。性能因此勝過利用固定濾波器的己知系統(tǒng)很 多，其中固定濾波器具有橫跨它們頻率范圍的不等的衰減。這應(yīng)用于模擬和 數(shù)字濾波器兩者，并且誤差在頻率范圍的界限處變得更極端。這個(gè)誤差通常 被稱為"旁瓣"。然而，根據(jù)本發(fā)明配置的FIR濾波器的中心頻率更準(zhǔn)確地 與待衰減的頻率分量相匹配，因此大大減少了這種誤差。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種控制暴露給消費(fèi)者的合成音頻信號(hào)的 音頻供給量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于采樣所述合成音頻信號(hào)的裝置；用于 對所采樣的信號(hào)執(zhí)行快速傅立葉變換算法的裝置，以將所采樣的信號(hào)變換為 代表所述音頻信號(hào)的頻率分量的振幅的信號(hào)；用于將所變換的音頻信號(hào)與預(yù) 定脈沖控制閾值分布進(jìn)行比較并產(chǎn)生代表廣播信號(hào)與所述分布之間差異的 配置信號(hào)的裝置，其中所述預(yù)定脈沖控制閾值分布表示廣播音頻信號(hào)的每個(gè) 頻率的目標(biāo)振幅；根據(jù)所述配置信號(hào)自動(dòng)地實(shí)時(shí)配置有限脈沖響應(yīng)(FIR) 濾波器的裝置，從而使得所述濾波器衰減多個(gè)頻帶中的所變換的音頻信號(hào)的 振幅，其中所述頻帶集中于超出所述目標(biāo)閾值的頻率；以及輸出暴露給消費(fèi) 者被衰減的音頻信號(hào)的裝置。
一個(gè)或多個(gè)脈沖控制閾值分布可被定義為本發(fā)明第一方面的方法中的 預(yù)校準(zhǔn)步驟，且可將它們存儲(chǔ)于高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中。
可利用缺省值例如監(jiān)管機(jī)構(gòu)所建議的值來整個(gè)或部分地生成這些分布。
所述分布還可被手動(dòng)地生成?？蛇x地，它們可被自動(dòng)生成。
在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)錄制的樣本被廣播以及錄制，并被用來生成分布； 其中當(dāng)被使用于所述第一方面的方法中時(shí)，該分布將使得待調(diào)節(jié)的衰減級別 匹配所述樣本。
在另一個(gè)實(shí)施例中，通過下列步驟自動(dòng)地生成分布應(yīng)用多個(gè)不同的頻 率和振幅，采樣各自的輸出信號(hào)并用其來編譯校準(zhǔn)數(shù)據(jù)矩陣，以形成該分布。
因此，根據(jù)本發(fā)明第三方面提供了一種定義脈沖控制閾值分布的方法， 該方法包括廣播多個(gè)頻率信號(hào)，在每個(gè)頻率包括多個(gè)振幅級別；在每個(gè)頻
率和振幅采樣所述廣播信號(hào)；以及利用所采樣的信號(hào)來編譯校準(zhǔn)數(shù)據(jù)矩陣，
用來定義該分布。
所述第三方面的方法可用來定義用于所述第一和/或第二方面中的一個(gè) 或多個(gè)分布。
優(yōu)選地，可通過在最靠近的位置設(shè)置兩個(gè)麥克風(fēng)和各自的前置放大器來 使所述第三方面起作用，其中聽眾將相對音頻信道擴(kuò)音器占據(jù)該最靠近的位 置，且所述麥克風(fēng)被橫向地分開放置在所述擴(kuò)音器傳播角度的中間角處
(angle midrange)。這個(gè)傳播角度在廠商說明書中被給出。 還提供了相應(yīng)的系統(tǒng)。
優(yōu)選地，每個(gè)麥克風(fēng)被安排用于預(yù)定增益，也即，被校準(zhǔn)以提供比擬聲 學(xué)級別輸入的預(yù)定輸出。
可編程振幅和頻率正弦波產(chǎn)生器可被用來橫跨20Hz至20，000Hz音頻頻 譜在頻率和振幅中掃描，并在每個(gè)頻率測試點(diǎn)的振幅中循環(huán)。所需的校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)矩陣可被用來定義待與演奏中實(shí)際樣本進(jìn)行比較的所述脈沖控制閾值分 布。每個(gè)FFT盒帶寬(bin bandwidth)的盒增益(bin gain)校準(zhǔn)矩陣表示振 幅范圍上每個(gè)盒頻率(bin frequency)的電輸入級別的聲學(xué)噪聲級別的函數(shù)。
由于使用了實(shí)際測得的音頻信道輸出，這個(gè)預(yù)校準(zhǔn)方法可改善脈沖控制 準(zhǔn)確度。然后，演奏或事件期間的反饋無需用于瞬時(shí)控制音頻供給量。然而， 在總供給量保護(hù)和衰減曲線控制仍然待解決時(shí)，仍將使用反饋。
還可對錄音技術(shù)員和工程師在混合例如嗓音、樂器和特殊效果(合成) 成分的音頻信號(hào)時(shí)的技能加以利用，手動(dòng)地生成分布，以在最終廣播中獲得 藝術(shù)效果，對用戶可變選擇的分布提供有利的系統(tǒng)范圍(latitude)。 可通過為通常在0至8dB范圍中的頻率子范圍或盒頻率手動(dòng)地分配公差 值(tolerance value)，來產(chǎn)生衰減分布。
優(yōu)選地，缺省衰減限度被安排為與標(biāo)準(zhǔn)的dBA加權(quán)標(biāo)度成比例。然而， 操作者可優(yōu)選地調(diào)整這些限度。例如，根據(jù)音頻廣播的本性和待達(dá)到的效果， 他可能希望增加某些子帶衰減的閾值，且將隨后減少其它子帶的閾值，以補(bǔ) 償并保持在預(yù)定的總目標(biāo)閾值供給量之內(nèi)。這個(gè)目標(biāo)將是所計(jì)算出的這個(gè)事 件的最大總聲音供給量，也即目標(biāo)平均聲音級別乘以這個(gè)事件的長度。這被 稱為等價(jià)聲音級別或Leq?？捎衫缑绹踩c健康管理局(OSHA)的標(biāo) 準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)定這個(gè)最大聲音供給量，以及可將所述Leq級別與其進(jìn)行比較以提 供百分比供給量。OSHA當(dāng)前建議8小時(shí)的平均最大供給量為90dBA。在更 短的時(shí)間周期上，可能更容易容忍更高的級別。
可選地，可通過錄制預(yù)定時(shí)間周期的合成信號(hào)來確定分布，其中預(yù)定時(shí) 間周期為例如期望的增強(qiáng)時(shí)間范圍，隨后根據(jù)期望的增強(qiáng)程度分配噪聲級 別。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供了一種重新灌制預(yù)錄制的音頻信號(hào)的方法。 所述第四方面的方法包括播放音頻樣本，例如包括在音頻播放器上諸如音 樂或嗓音錄制的商業(yè)錄制形式的聲軌(sound tmck);利用在預(yù)定配置中設(shè) 置的多個(gè)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器對所播放的音頻樣本進(jìn)行濾波；錄制 所濾波的音頻樣本；重播所錄制的音頻樣本；利用它來定義目標(biāo)脈沖控制閾 值分布；以及在用于控制所播放樣本的音量的裝置上應(yīng)用所定義的分布。
所述分布可為預(yù)定時(shí)間周期上的目標(biāo)限制供給量，例如樣本長度上的目 標(biāo)平均音量級別，其可為聲軌的長度或標(biāo)準(zhǔn)的收聽周期。所述分布隨后被應(yīng) 用于確定后續(xù)播放所述音頻樣本的音量的裝置。
本發(fā)明的這個(gè)方面在個(gè)人移動(dòng)音頻播放器中具有特定的應(yīng)用，其中個(gè)人 移動(dòng)音頻播放器傳統(tǒng)上是經(jīng)由耳機(jī)在某些損傷音量級別來收聽的。這種播放 器的當(dāng)前流行示例為固態(tài)和微型硬盤播放器，其以例如己知的MP3格式的 壓縮格式錄制音頻信號(hào)。然而，它可以以多種壓縮技術(shù)和播放器格式被使用， 而并無實(shí)質(zhì)性修改。
在這些播放器中，通過例如CODEC (編碼器一解碼器)文件的軟件程 序來管理音量控制，CODEC文件當(dāng)前被用來平衡壓縮格式之間的音量級別，
例如CD和MP3格式之間。所定義的目標(biāo)分布可被應(yīng)用于被壓縮錄制的所述 CODEC文件中音量控制項(xiàng)，以確保所述廣播音頻樣本編譯所述分布，也即， 觀測到目標(biāo)平均音量級別。
這個(gè)方法可被應(yīng)用于壓縮錄制，或可被應(yīng)用于所述音頻播放器本身。在 商業(yè)級別，當(dāng)錄制和/或音頻播放器被配置為利用這個(gè)方法時(shí)，它將被簽署為 具有標(biāo)識(shí)符號(hào)。因此，不注意關(guān)心是否超出建議的音頻級別的人們，將受到 保證沒有超出總的建議限度。


圖1為圖解針對不同頻率建議的最大音頻供給量的曲線圖； 圖2為圖解本發(fā)明可應(yīng)用于其中的一個(gè)方式的曲線圖； 圖3為圖解本發(fā)明用于音樂會(huì)中的示意圖； 圖4為圖解本發(fā)明系統(tǒng)的框圖5為圖解本發(fā)明可應(yīng)用于其中的第二個(gè)方式的曲線圖6圖解了第二實(shí)施例的變體；
圖7圖解了供本發(fā)明使用的控制屏幕顯示；
圖8圖解了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的方法；以及
圖9為圖解圖8所示方法的軟件處理順序的簡化的基于時(shí)間的圖表。
具體實(shí)施例方式
政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)例如美國職業(yè)安全與健康管理局(Occupational, Safety and Health Act, OSHA)己公布了建議的噪聲暴露限度。在圖1中示出了OSHA 表，其在對數(shù)標(biāo)度上以赫茲(Hz)為單位水平地標(biāo)繪頻率，相對地以分貝(dB) 為單位在左手側(cè)垂直軸上標(biāo)繪音量；并且，對于每一個(gè)頻率和音量的組合， 以分鐘為單位在右手側(cè)垂直軸上標(biāo)識(shí)建議的最大暴露時(shí)間。
較低的頻率值，朝向曲線圖的左側(cè)，表示較低音高(pitch)的聲音；而 較高的頻率值，也即較高的音高，朝向右側(cè)。例如，地板振動(dòng)為約20赫茲， 吉他聲音和嗓音將高達(dá)約1000 Hz。高于10，000 Hz的頻率將聽起來象尖叫 (squeel)。振幅或響度標(biāo)度從表示低語的30dB(SPL)、經(jīng)過在約45dB(SPL) 的日常對話、經(jīng)過在約80dB (SPL)的喊叫向人體耐受量的較高級別變化，
其中人體耐受量的較高級別包括噴氣式飛機(jī)起飛的聲音(約120dB (SPL)) 和位于標(biāo)度頂端的通?？山邮艿耐撮撝?140dB (SPL))。
將可看出，建議的限度變化相當(dāng)大。與較高的頻率相比，較低的頻率在 較高的級別可被忍受較長的時(shí)間，尤其在高級別時(shí)。因此，例如，在300Hz 的聲音建議最大供給量從90dB (SPL)的約480分鐘變化為130dB (SPL) 的僅僅7分鐘。在120dB (SPL) ， 100Hz的頻率可被忍受約60分鐘，而較 高的頻率3000Hz可能僅僅被忍受1.5分鐘。當(dāng)然，安全限度將在聽眾的個(gè) 別成員之間變化，且這些建議僅用于一般性指導(dǎo)。
這種監(jiān)管機(jī)構(gòu)的建議可用作定義將用于本發(fā)明中的預(yù)定閾值分布的基礎(chǔ)。
圖2為典型音頻頻譜在一個(gè)具體時(shí)間點(diǎn)的快照，表現(xiàn)為在垂直軸上以分 貝為單位的振幅曲線(音量級別)，相對在對數(shù)標(biāo)度上以赫茲為單位水平標(biāo) 繪的頻率(音高)。
在曲線圖頂部示出了一組曲線，其表示可由本發(fā)明系統(tǒng)所應(yīng)用的閾值分 布(threshold profile)，以設(shè)置待廣播的監(jiān)控信號(hào)的衰減級別。這些曲線一 般以圖l所示的OSHA曲線為基礎(chǔ)。因此，例如，如果曲線43被用作閾值 分布，則50、 51、 52和53所示的頻率分量將按照所指示的量被衰減，以使 它們達(dá)到沿曲線43排列。這樣，頻率51被衰減最多，頻率50被衰減次多， 而頻率52和53僅被衰減很小的量。
通過以個(gè)別頻率分量作為目標(biāo)以及使用精心定義的分布，本發(fā)明能夠僅 將最危險(xiǎn)的頻率衰減必需量以使聲音變得安全。從圖2可以看出，沒有必要 衰減大部分頻率。因此，本發(fā)明方法的整體效果不對聽眾表現(xiàn)出明顯的音量 降低，但顯著減少了聽力損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
在依賴于瞬時(shí)計(jì)算出的總音頻供給量的演奏期間，可選擇并改變分布曲 線的級別。這樣，如果系統(tǒng)計(jì)算出總的音頻供給量，通過音樂會(huì)的演出長度 (projected length)，將很可能超出建議值，則分布曲線將被"下"移，也 即至圖2所示示例中的曲線41或42之一。如果計(jì)算出的總供給量低于總建 議值，則將使用"較高"的曲線，即曲線44至49中之一。
整個(gè)音樂會(huì)期間的總投射供給量被計(jì)算為目標(biāo)總供給量的百分比，且被 稱為百分比LEQ供給量?？蓪⑺掷m(xù)地顯示給錄音師，通過例如汽油表型
顯示形式，該汽油表型顯示具有指示總目標(biāo)供給量的多少已被使用的箭頭，
和/或與整個(gè)音樂會(huì)的平均供給量相比，瞬時(shí)音頻輸出或前五分鐘的音頻輸出
的圖形顯示形式。
圖3圖解了本發(fā)明在音樂會(huì)上的使用。典型地，樂隊(duì)1在聽眾2前面的 舞臺(tái)上演奏。樂隊(duì)l演唱并彈奏樂器，因此具有種種樂器的和嗓音的輸出， 其中由麥克風(fēng)和電子樂器拾音器拾取所述樂器和嗓音的輸出。相應(yīng)的電子音
頻信號(hào)沿線路3被提供給混合單元4，然后典型地提供給放大器5以及隨后 給揚(yáng)聲器6，以將被混合且放大的樂隊(duì)1的聲音廣播給聽眾2。
混合單元4可為模擬或數(shù)字單元并典型地由有經(jīng)驗(yàn)的錄音師操縱，該錄 音師改變所監(jiān)控的樂隊(duì)l的聲音中不同分量的比較強(qiáng)度，從而使得廣播信號(hào) 對聽眾來說是可接受的例如，可增強(qiáng)嗓音的頻率，以使得相比一些樂器的 聲音，可以更清楚地聽到嗓音的聲音?？蛇x地，對于某些類型的音樂，可增 強(qiáng)低音部的聲音。
混合單元4連接至擔(dān)當(dāng)控制單元7的一組后混合器(post-mixer)， 一個(gè) 后混合器控制單元對應(yīng)于每一個(gè)放大器5;并且，控制單元均連接至中心集 成單元8，該中心集成單元8連接至例如便攜式計(jì)算機(jī)9的計(jì)算裝置。此外， 一組反饋麥克風(fēng)10被置于聽眾2之中，優(yōu)選地，相隔一定距離地、沿最靠 近揚(yáng)聲器ll的聽眾2的邊界11放置，從而采樣聽眾2聽到的最高的聲音級 別。反饋麥克風(fēng)10優(yōu)選為無線使能的，并將表示邊界ll處的聲音級別的信 號(hào)回傳至各控制單元7以及傳送至集成單元8。當(dāng)然，麥克風(fēng)可為硬連線的 或通過其它方式傳送信號(hào)。它們可懸掛在邊界11上方，例如，如果可以的 話從天花板，或者從可能被豎立起來以支撐照明設(shè)備的托架懸掛?？蛇x地， 它們可被置于堆積的障礙物中。
集成單元8處理來自反饋麥克風(fēng)10的信號(hào)，并實(shí)時(shí)地、每隔一定時(shí)間 地，例如一分鐘，計(jì)算累積的聲音投射供給量。便攜式計(jì)算機(jī)9向錄音師提 供當(dāng)前聲音供給量的信息，并且它還存儲(chǔ)目標(biāo)閾值分布并計(jì)算投射供給量。
控制單元7有效地將從混合單元4接收到的聲音信號(hào)與預(yù)定的閾值目標(biāo) 分布進(jìn)行比較，并衰減聲音信號(hào)中超出閾值分布的成分。從圖4流程圖考慮， 將更充分地理解它們的操作。
至控制單元7的輸入通常為數(shù)字信號(hào)，而任何模擬信號(hào)在任何情形下將
被數(shù)字化。
在圖4中，舞臺(tái)上的麥克風(fēng)和拾音器被表示于框20，且它們提供電子信
號(hào)至混合單元4，該混合單元4提供時(shí)域信號(hào)T至控制單元7?？刂茊卧? 包括固件21，其對時(shí)域信號(hào)T執(zhí)行快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)運(yùn)算以將時(shí)域信號(hào)T轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)F，也即，提供指示頻率值的頻 譜振幅的頻譜，例如隨后描述的圖5所示。
控制單元7包括比較器22，其將通過快速傅立葉變換運(yùn)算產(chǎn)生的頻譜與 由便攜式計(jì)算機(jī)9提供的閾值分布P進(jìn)行比較。比較器22識(shí)別瞬時(shí)振幅超 出由閾值所確定的振幅的那些頻率，并輸出代表那些頻率的配置信號(hào)C。這 個(gè)配置信號(hào)C被應(yīng)用于可配置的濾波器23，其優(yōu)選地包括有限脈沖響應(yīng)濾 波器(Finite Impulse Response, FIR) 。 FIR濾波器為實(shí)時(shí)可配置的，從而衰
減占據(jù)以下頻帶的信號(hào)的振幅，所述頻帶集中于超出閾值的分量的精確頻 率。隨后，可配置的FIR濾波器23被用來衰減時(shí)域信號(hào)T的振幅，并且被 濾波的信號(hào)經(jīng)由放大器5和揚(yáng)聲器6被廣播。
圖4還圖解了一種產(chǎn)生具體閾值分布P的方法。通過至少一個(gè)反饋麥克 風(fēng)10監(jiān)控從揚(yáng)聲器6廣播的聲音，其中反饋麥克風(fēng)10優(yōu)選地如圖3所示被 置于最靠近揚(yáng)聲器或多個(gè)揚(yáng)聲器的聽眾邊界處。經(jīng)由積分器(integrator) 8 將來自反饋麥克風(fēng)或多個(gè)麥克風(fēng)10的信號(hào)提供給便攜式計(jì)算機(jī)9，在便攜式 計(jì)算機(jī)9上分析該信號(hào)以對正在執(zhí)行的具體動(dòng)作確定典型的聲音分布。這可 為，例如，如隨后描述的圖6所示。可隨后將典型分布添加至預(yù)定衰減曲線， 例如圖2中所示的那些，以產(chǎn)生合成分布P，該合成分布P被施加到控制單 元7中的比較器22。
在EP0529158A中說明了這樣一個(gè)模擬范例，其中可聽見的頻率被劃分 為16個(gè)頻帶，并產(chǎn)生表示每個(gè)頻帶的平均振幅的信號(hào)。本發(fā)明利用數(shù)字技 術(shù)，并能夠有效地提供可聽見的頻譜的更準(zhǔn)確表示以及每個(gè)頻率分量的振 幅。
本發(fā)明還可提供一種方式，其中錄音師可設(shè)計(jì)用于衰減的閾值分布，以 允許一些免除(exemption)。例如，他可能希望相比缺省的分布，允許強(qiáng)調(diào) 主唱或主奏吉他。為此，計(jì)算機(jī)9可被設(shè)置為，允許一些相關(guān)的特定頻帶達(dá) 到比缺省閾值分布更高的振幅級別，否則將不被允許。這示出在圖5中，其 中閾值曲線42至44在頻率子帶60至65中被修改。這可為，例如，在60 通過主奏吉他聲(rip)、在61強(qiáng)調(diào)主唱、在62強(qiáng)調(diào)第二唱(second vocal)、 在63降低對反饋的強(qiáng)調(diào)、在64通過鐃鈸的聲音以及在65降低對較高頻率 反饋的強(qiáng)調(diào)。典型地，這種修改可在+8dB至-12dB的范圍內(nèi)，其中在+8dB 允許頻率上的更大聲的級別、在-12dB減少響度級。當(dāng)然，這僅為本發(fā)明所 允許的預(yù)配置種類的一個(gè)示例。
可由有經(jīng)驗(yàn)的錄音師手動(dòng)進(jìn)入該免除分布，但更優(yōu)選地，從先前記錄或 瞬時(shí)采樣的音樂會(huì)節(jié)目的成分(element)自動(dòng)生成該免除分布。例如，特定 歌手可具有與眾不同的嗓音分布，且不希望通過衰減改變該嗓音分布。這樣， 可對該歌手的演唱嗓音提取樣本，并將該樣本提供給便攜式計(jì)算機(jī)9，便攜 式計(jì)算機(jī)9將使用該樣本以疊加在缺省的閾值分布曲線上。在圖6對這個(gè)進(jìn) 行圖解，其中女性歌手71的嗓音樣本被示出為在72的頻率對振幅圖，并示 出為被疊加在從圖2選擇的閾值曲線(例如，43)上，從而產(chǎn)生合成分布73。
可通過從反饋麥克風(fēng)10提取樣本來在音樂會(huì)期間生成分布72。
圖7為便攜式計(jì)算機(jī)9上屏幕顯示的示例，其指示錄音師在音樂會(huì)期間 可用的衰減分布選項(xiàng)，以允許對特定樂隊(duì)和歌曲精心協(xié)調(diào)分布。例如，屏幕 可被劃分為四個(gè)區(qū)A、 B、 C和D，這四個(gè)區(qū)A、 B、 C和D對應(yīng)于在音樂會(huì) 中演奏的四個(gè)不同樂隊(duì)；以及每個(gè)歌曲可如圖所示被編號(hào)1至5?？赡苡玫?彈出式顯示框，例如對樂隊(duì)B的歌曲2在78所示的。框78給出了歌曲的更 多細(xì)節(jié)，例如"John's lead for "Breaking Out" B-2 solo";并將顯示分布的樣 本，在分布轉(zhuǎn)為"on (開)"時(shí)該分布樣本被疊加在缺省曲線(也就是圖4 中的43)上。這種顯示和存儲(chǔ)特定分布的形式允許錄音師擁有絕對的靈活性 以適合于在音樂會(huì)期間改變演奏的時(shí)間或次序。
本發(fā)明使得錄音師能夠完全有效地控制所施加的衰減，從而能夠保持特 定藝術(shù)內(nèi)容和特殊效果。
在廣播之前，可從信號(hào)生成音樂會(huì)演奏的數(shù)字原版錄音(digital master recording)，這是有用的，因?yàn)檫@些錄音不存在伴隨的噪聲且在需要時(shí)為播 音室重新灌制(re-mastering)作好準(zhǔn)備。
本發(fā)明還可用于數(shù)字化重新灌制已錄制的音樂，尤其是那些以例如CD 或MP3格式的壓縮形式進(jìn)行商業(yè)化銷售的音樂，且典型地在個(gè)人可移動(dòng)音
頻播放器上播放的音樂。
在基準(zhǔn)(benchmark)音頻播放器上播放音頻樣本，并利用設(shè)置缺省或 預(yù)定值的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器將輸出進(jìn)行濾波。被濾波的輸出隨后 被用來定義目標(biāo)分布，以確定滿足該目標(biāo)分布的平均音量級別；并且，這個(gè) 被應(yīng)用于壓縮錄音的CODEC文件。對每個(gè)聲軌(soundtrack)而言，可使 用一個(gè)例如圖中7所示的后混合器控制單元和中心集成單元來實(shí)現(xiàn)。
在圖8和圖9圖解的本發(fā)明的增強(qiáng)形式中，低頻率(優(yōu)選地低于100Hz) 被排除在信號(hào)處理之外，并被允許作為基載波通過。這減少了傳播延遲并降 低了輸出中的失真，其中輸出中的失真可能因?yàn)樵谧畹蜑V波器應(yīng)用的啟動(dòng)和 停止出現(xiàn)的階躍變化而發(fā)生。
四個(gè)反向FFT緩沖被添加至基載波，以形成合成的音頻輸出信號(hào)。典型 地，最低范圍的傳播延遲可減少至85毫秒，第二范圍的傳播延遲可減少至 43毫秒，第三范圍的傳播延遲可減少至21毫秒，以及第四范圍的傳播延遲 可減少至5毫秒。
在緩沖求和之后，可通過簡單的衰減器來管理對累積供給量起反作用的 任何非常低的頻率，但這些低頻率對典型的總音頻供給量的作用通常低于 1%，因此這個(gè)意義不是很大。
在圖8中示意性示出了該適應(yīng)性方法。通過工作于48KHz的24比特A/D 轉(zhuǎn)換器100將輸入合成信號(hào)IN轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過24KHz的FIR濾波 器101對其進(jìn)行濾波。低于100Hz的最低頻率被允許通過FIR濾波器102并 形成基載波信號(hào)，該基載波信號(hào)被輸入至求和模塊103。高于100Hz的頻率 要經(jīng)過本發(fā)明方法的處理，也即，它們要經(jīng)過在FFT輸入循環(huán)緩沖器104中 使用快速傅立葉變換算法和FIR濾波的分解處理，其中FFT輸入循環(huán)緩沖器 104工作在如圖所示100Hz和24KHZ之間的四個(gè)范圍1、 2、 3和4中。這 些范圍在各自的模塊121、 122、 123和124中被變換和衰減，并通過各自的 模塊131、 132、 133和134被反變換；并且，這四個(gè)范圍中的結(jié)果信號(hào)隨后 被應(yīng)用于求和模塊103，以將其添加至基載波。然后，通過低頻計(jì)數(shù)器105 對求和后的信號(hào)進(jìn)行標(biāo)度，并在D/A轉(zhuǎn)換器106中將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以 形成輸出信號(hào)OUT。
四個(gè)范圍的間距以被接受的感知編碼實(shí)踐為基礎(chǔ)。每個(gè)范圍均定義樣本
片斷，樣本預(yù)調(diào)節(jié)，例如零塞入(zero-stuffing)、完整的合成FFT運(yùn)行和與 頻域諧波濾波相比較的dB數(shù)量。
圖9為簡化的基于時(shí)間的圖表，用于對圖8所示方法中操作的關(guān)鍵軟件 處理順序進(jìn)行圖解。當(dāng)然，取樣頻率和范圍數(shù)據(jù)交疊值僅作為示例給出，且 對于具體的應(yīng)用被最優(yōu)化?？赏ㄟ^在存儲(chǔ)器中維持配置參數(shù)集來幫助這種最 優(yōu)化，以準(zhǔn)許程序管理器PC做出改變。
圖9示意圖合并與圖8相同的元件，且使用一樣的附圖標(biāo)記。程序調(diào)度 程序(program routine)的描述列表如下
程序調(diào)度程序描述
A/D 48KHz、24比特取樣的音頻信道。這是連續(xù)的后臺(tái)程序(background
routine)，其將輸入的轉(zhuǎn)化加載至接收循環(huán)緩沖器。 24K FIR這個(gè)為具有0.02dB通帶波動(dòng)和60dB阻帶抑制的4095采樣FIR低
通濾波器，被用作普通的抗混疊濾波器。該濾波器根據(jù)系數(shù)集對接
收循環(huán)緩沖器遞增地操作，其結(jié)果輸出被保存至FFT循環(huán)緩沖器
和基載波信號(hào)循環(huán)緩沖器。 100 FIR這個(gè)為具有0.02dB通帶波動(dòng)和60dB阻帶衰減的4095采樣FIR低
通濾波器，被用來移除除了基載波循環(huán)緩沖分量之外的所有分量。 緩沖器求和程序，其累加基載波、FFT-1反向循環(huán)緩沖成分、FFT-2反向
循環(huán)緩沖成分、FFT-3反向循環(huán)緩沖成分和FFT-4反向循環(huán)緩沖成
分。這個(gè)程序還維持峰值動(dòng)態(tài)范圍更新，其對任何必需的低音部衰
減進(jìn)行低頻標(biāo)度調(diào)整。 D/A 48KHz、 24比特的衰減音頻信道輸出。這個(gè)為連續(xù)的后臺(tái)程序，其
從緩沖器求和程序加載并輸出目前模擬級別(immediate analogue
level)。
A-加載這個(gè)為測試分支，其檢査接收循環(huán)緩沖器加載的位置，以啟動(dòng)具有
濾波功能的基載波信號(hào)緩沖器的再加載操作。 B-加載這個(gè)為測試分支，其檢査FFT循環(huán)緩沖器的位置，以對交替執(zhí)行
的四個(gè)范圍的FFT計(jì)算計(jì)時(shí)，如在通過選擇中所示的。 FFT_4 對具有指定的交替采樣和零塞入的FFT循環(huán)緩沖器運(yùn)行最高頻
FFT程序。
FATN-4將FFT-4頻譜中可用的盒頻率(bin frequency)范圍與(從程序管
理器接收到的)目前衰減分布進(jìn)行比較，并將任何超出該分布的盒
頻率減少至該分布級別。 BUFF-4針對時(shí)域校準(zhǔn)調(diào)整已衰減的FFT-4頻譜，對減少的頻譜運(yùn)行反向
FFT，并將結(jié)果加載至FFT4循環(huán)緩沖器用以求和輸出。 FFT-3 對具有指定的交替采樣和零塞入的FFT循環(huán)緩沖器運(yùn)行中高頻
FFT程序。
FATN-3將FFT-3頻譜中可用的盒頻率范圍與(從程序管理器接收到的)目 前衰減分布進(jìn)行比較，并將任何超出該分布的盒頻率減少至該分布 級別。
BUFF-3針對時(shí)域校準(zhǔn)調(diào)整已衰減的FFT-3頻譜，對減少的頻譜運(yùn)行反向 FFT，并將結(jié)果加載至FFT4循環(huán)緩沖器用以求和輸出。
FFT-2 對具有指定的交替采樣和零塞入的FFT循環(huán)緩沖器運(yùn)行中低頻 FFT程序。
FATN-2將FFT-2頻譜中可用的盒頻率范圍與(從程序管理器接收到的)目 前衰減分布進(jìn)行比較，并將任何超出該分布的盒頻率減少至該分布 級別。
BUFF-2針對時(shí)域校準(zhǔn)調(diào)整己衰減的FFT-2頻譜，對減少的頻譜運(yùn)行反向 FFT，并將結(jié)果加載至FFT 4循環(huán)緩沖器用以求和輸出。
FFT-1 對具有指定的交替采樣和零塞入的FFT循環(huán)緩沖器運(yùn)行低頻FFT 程序。
FATN-1將FFT-1頻譜中可用的盒頻率范圍與(從程序管理器接收到的)目 前衰減分布進(jìn)行比較，并將任何超出該分布的盒頻率減少至該分布 級別。
BUFF-1針對時(shí)域校準(zhǔn)調(diào)整已衰減的FFT-1頻譜，對減少的頻譜運(yùn)行反向 FFT，并將結(jié)果加載至FFT 4循環(huán)緩沖器用以求和輸出。
通信檢查(COMMChk)這個(gè)為測試分支，用以查明自從最后通過以來是否 發(fā)生了由程序管理器數(shù)據(jù)査詢引起的通信中斷。
交換(EXCHG)這個(gè)程序處理輸入的分布帶限制與輸出的目前級別之間的 一系列數(shù)據(jù)交換。
權(quán)利要求
1.一種控制暴露給消費(fèi)者的合成音頻信號(hào)的音頻供給量的方法，該方法包括 采樣所述合成音頻信號(hào)； 利用快速傅立葉變換算法對所采樣的音頻信號(hào)進(jìn)行變換，以產(chǎn)生代表所述音頻信號(hào)的頻率分量振幅的信號(hào)；將所變換的音頻信號(hào)與預(yù)定的脈沖控制閾值分布進(jìn)行比較，以產(chǎn)生代表廣播信號(hào)與所述分布之間差異的配置信號(hào)，其中所述預(yù)定脈沖控制閾值分布表示音頻信號(hào)閾值分布的每個(gè)頻率分量的目標(biāo)最大值振幅；利用所述配置信號(hào)自動(dòng)地實(shí)時(shí)配置有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，從而使得所述有限脈沖響應(yīng)濾波器衰減多個(gè)頻帶中的所變換的音頻信號(hào)的振幅，其中所述頻帶集中于超出目標(biāo)閾值的頻率；以及輸出暴露給消費(fèi)者的被衰減的音頻信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用數(shù)字信號(hào)處理器以配置所述 FIR濾波器。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括識(shí)別所述音頻信號(hào)中具有超 出各目標(biāo)的振幅的所述頻率分量。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，還包括為所述傅立葉變換算法設(shè)置 時(shí)間周期，以實(shí)質(zhì)上與所述合成信號(hào)的帶寬的最小周期相同。
5. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，其中所述脈沖控制閾值分布至 少部分地由缺省分布定義，且所述缺省分布由如監(jiān)管機(jī)構(gòu)所建議的每個(gè)頻率 的音頻供給量決定。
6. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，其中所述脈沖控制閾值分布至 少部分地由操作者手動(dòng)定義，且所述操作者根據(jù)期望的廣播輸出信號(hào)建立所 述閾值分布。
7. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，其中所述脈沖控制閾值分布至 少部分地通過以下步驟被定義對所需的分布廣播音頻樣本，監(jiān)控所述廣播 樣本，以及配置計(jì)算機(jī)來匹配所述樣本。
8. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，還包括以下可選的步驟使操 作者能夠在一個(gè)或多個(gè)頻率超越控制所述廣播信號(hào)的振幅衰減。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下步驟通過自動(dòng)衰減至少一個(gè) 其它頻率的振幅，補(bǔ)償任何一個(gè)頻率衰減的任何手動(dòng)超越控制。
10. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，還包括對每個(gè)沒有衰減的頻率， 生成廣播信號(hào)輸出對輸入振幅的預(yù)校準(zhǔn)矩陣。
11. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，包括定義分布，以確定經(jīng)過預(yù) 定時(shí)間周期的最大音頻級別供給量。
12. —種數(shù)字化重新灌制預(yù)錄制的音頻樣本的方法，該方法包括 利用在預(yù)定配置中設(shè)置的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器對所述樣本進(jìn)行濾波；錄制所濾波的音頻樣本； 重播所錄制的音頻樣本；利用它來定義目標(biāo)脈沖控制閾值分布；以及 在用于控制所播放樣本的音量的裝置上應(yīng)用所定義的分布。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述目標(biāo)閾值分布被定義為經(jīng)過 預(yù)定時(shí)間周期的最大音頻級別供給量。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所定義的目標(biāo)分布被用來更 改用于控制所錄制的樣本中的音量級別的裝置。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)分布被應(yīng)用于所錄制的 軟件文件中的音量控制項(xiàng)。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)分布被應(yīng)用于音頻播放 器中的音量控制輸入。
17. 如先前權(quán)利要求中任一所述的方法，其中低于約100Hz的頻率被排 除在變換、比較、配置和衰減的步驟之外，并被添加至用于暴露給消費(fèi)者的 衰減音頻信號(hào)。
18. —種控制暴露給消費(fèi)者的合成音頻信號(hào)的音頻供給量的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括用于采樣所述合成音頻信號(hào)的裝置；用于對所采樣的信號(hào)執(zhí)行快速傅立葉變換算法的裝置，以將所采樣的信 號(hào)變換為代表所述音頻信號(hào)頻率分量的振幅的信號(hào)； 用于將所變換的音頻信號(hào)與預(yù)定脈沖控制閾值分布進(jìn)行比較并產(chǎn)生代 表廣播信號(hào)與所述分布之間差異的配置信號(hào)的裝置，其中所述預(yù)定脈沖控制閾值分布表示廣播音頻信號(hào)的每個(gè)頻率的目標(biāo)振幅；用于根據(jù)所述配置信號(hào)自動(dòng)地實(shí)時(shí)配置有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的 裝置，從而使得所述濾波器衰減多個(gè)頻帶中的所變換的音頻信號(hào)的振幅，其 中所述頻帶集中于超出目標(biāo)閾值的頻率；以及輸出所述暴露給消費(fèi)者的被衰減的音頻信號(hào)的裝置。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括，用于測量所述合成信號(hào)的帶 寬的最小周期的裝置。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括，將所述傅立葉變換算法的時(shí) 間周期設(shè)置為實(shí)質(zhì)上與所述最小周期相同的裝置。
21. 如權(quán)利要求18至20中任一所述的系統(tǒng)，其中所述用于定義所述脈 沖控制閾值分布的裝置至少部分地將所述脈沖控制閾值分布定義為缺省分 布，且所述缺省分布由如監(jiān)管機(jī)構(gòu)所建議的每個(gè)頻率的音頻供給量決定。
22. 如權(quán)利要求18至21中任一所述的系統(tǒng)，其中所述用于定義所述脈 沖控制閾值分布的裝置包括，適于操作者手動(dòng)介入以根據(jù)期望的廣播輸出信 號(hào)建立所述閾值分布的裝置。
23. 如權(quán)利要求18至22中任一所述的系統(tǒng)，其中所述用于定義所述脈 沖控制閾值分布的裝置包括用于廣播所需分布的音頻樣本的裝置，用于監(jiān) 控所述廣播樣本的裝置，以及用于配置計(jì)算機(jī)以匹配所述樣本的裝置。
24. 如權(quán)利要求18至23中任一所述的系統(tǒng)，還包括，用于使操作者能 夠在一個(gè)或多個(gè)頻率上超越控制所述廣播信號(hào)的振幅衰減的裝置。
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括，用于通過自動(dòng)衰減至少一個(gè) 其它頻率的振幅來補(bǔ)償任何一個(gè)頻率衰減的任何手動(dòng)超越控制的裝置。
26. 如權(quán)利要求18至25中任一所述的系統(tǒng)，還包括用于存儲(chǔ)所述目標(biāo) 分布的數(shù)字信號(hào)處理器。
27. —種方法，實(shí)質(zhì)上與之前參考附圖中圖示描述的相同。
28. —種系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上與之前參考附圖中圖示描述的相同。
全文摘要
一種控制暴露給消費(fèi)者的合成音頻信號(hào)的音頻供給量的方法，該方法包括采樣所述合成音頻信號(hào)；利用快速傅立葉變換算法對所采樣的音頻信號(hào)進(jìn)行變換，以產(chǎn)生代表所述音頻信號(hào)的頻率分量的振幅的信號(hào)；將所變換的音頻信號(hào)與預(yù)定的脈沖控制閾值分布進(jìn)行比較，以產(chǎn)生代表廣播信號(hào)與所述分布之間差異的配置信號(hào)，其中所述預(yù)定脈沖控制閾值分布表示所述音頻信號(hào)閾值分布中每個(gè)頻率分量的目標(biāo)最大值振幅；利用所述配置信號(hào)自動(dòng)地實(shí)時(shí)配置有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，從而使得所述有限脈沖響應(yīng)濾波器衰減多個(gè)頻帶中的所變換的音頻信號(hào)的振幅，其中所述頻帶集中于超出所述目標(biāo)閾值的頻率；以及輸出暴露給消費(fèi)者的被衰減的音頻信號(hào)。
文檔編號(hào)G10L21/02GK101366177SQ200680041921
公開日2009年2月11日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
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