專利名稱：音頻信號再現(xiàn)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于各種形式音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)的音頻信號再現(xiàn)方法及其裝置。本發(fā)明特別涉及一種改善高音區(qū)域再現(xiàn)音質(zhì)使其接近原聲的音頻信號再現(xiàn)方法及其裝置。
在已開發(fā)研制的多種音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)中，或利用模擬音頻信號錄制技術(shù)將聲源記錄在諸如密紋盒式磁帶和唱片之類的介質(zhì)上，或利用數(shù)字音頻信號錄制技術(shù)將聲源記錄在諸如密紋唱片、密紋微型唱片、數(shù)字密紋盒式磁帶、數(shù)字音頻磁帶和激光唱片之類的介質(zhì)上。并且進(jìn)一步開發(fā)了另一種從諸如調(diào)頻(FM)廣播、廣播信號(BS)和有線信號(CS)之類電波中提取聲源的音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)。這些音頻信號在經(jīng)過合適放大器的放大后通常借助于諸如揚(yáng)聲器和耳機(jī)之類的電聲轉(zhuǎn)換元件再現(xiàn)。而且，在電子樂器中，諸如鍵盤之類的聲音信號輸入裝置輸入聲音信息，接著變?yōu)閿?shù)字信號并在放大后借助電聲信號轉(zhuǎn)換元件再現(xiàn)出來。
這種音頻信號再現(xiàn)技術(shù)的主要任務(wù)是如何使再現(xiàn)的音頻信號接近于原聲。研究證實(shí)普通人聽覺頻率范圍大約在20Hz到20KHz之間。因此，在通常的音頻信號再現(xiàn)裝置中，要對音頻信號的頻率特性進(jìn)行歸一化以滿足該范圍，所以這類裝置被設(shè)計(jì)成再現(xiàn)以這種方式歸一化的信號。在通常的模擬音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)中，如果要擴(kuò)大系統(tǒng)可現(xiàn)頻率范圍以再現(xiàn)接近原聲的聲音，就會給系統(tǒng)的放大器或電聲信號轉(zhuǎn)換元件的設(shè)計(jì)帶來一些困難，其成本也會相應(yīng)增加。此外，系統(tǒng)可再現(xiàn)信號的頻率范圍還進(jìn)一步受到其它因素的制約，例如諸如音樂磁帶之類音頻信號記錄介質(zhì)的特性或廣播用電涉頻帶的分配。
另一方面，作為近來音頻信號再現(xiàn)技術(shù)主流的數(shù)字音頻信號再現(xiàn)技術(shù)，由于即使多次使用介質(zhì)音頻信息也不會損壞并且也不會在傳送線路中變壞，所以它具有如下優(yōu)點(diǎn)，即錄制和再現(xiàn)的音頻信號比原聲更加自然。
在數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)入市場之初，人們相信數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)過歸一化后能將普通人的整個(gè)聽覺頻率范圍再現(xiàn)出來并足以覆蓋原始樂聲的動態(tài)范圍。因此市售的系統(tǒng)都宣稱人們所得到的是與音樂廳內(nèi)演奏的一樣的音質(zhì)。所以人們將數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)所再現(xiàn)樂聲的自然度視作較高檔次上的滿意指標(biāo)。
但是，數(shù)字系統(tǒng)在錄制音頻信號時(shí)，再現(xiàn)樂聲的頻率范圍和動態(tài)范圍受制于信號數(shù)字化時(shí)的系統(tǒng)采樣頻率成比特?cái)?shù)。因此，對于數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)，在信號數(shù)字化時(shí)有些信息不得不從原始音頻信息中被截去。這一點(diǎn)作為其特殊之處與模擬錄制/再現(xiàn)技術(shù)不同，在那里原始聲音信息仍然保留在再現(xiàn)聲音之中，只是受到噪聲干擾和/或在再現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生失真。
在任何情況下，作為數(shù)字錄制/再現(xiàn)系統(tǒng)固有特點(diǎn)的音頻信號損失都會使希望再現(xiàn)原聲音頻信號的人們感到不甚滿意。此后的研究表明，如果改善低電平的信號分辨率或記錄更高頻率范圍內(nèi)的信號，就可以改善音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)再現(xiàn)的音質(zhì)。此外還希望以更高的比特率或采樣頻率來記錄信息。并且，也已經(jīng)開始考慮采用每比特1.96兆赫的新格式，這樣原則上講就可以提高信號傳輸速度并改善低電平信號的線性度。從任何意義上講，數(shù)字音頻系統(tǒng)的音質(zhì)仍然無法滿足人們的聽覺需求。此外，數(shù)字音頻系統(tǒng)也存在著D/A轉(zhuǎn)換后在一轉(zhuǎn)換級中模擬音頻系統(tǒng)出現(xiàn)的上述的問題。
作為當(dāng)今的音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)并不能滿足人們的聽覺需要的一種背景，最近有報(bào)道稱人的聽覺器官不僅對聽覺頻率范圍內(nèi)的音頻信號發(fā)生反應(yīng)，而且對高于聽覺頻率范圍、大約直到90KHz的音頻信號也能反應(yīng)。也就是說，應(yīng)該注意到人們可以聽到超過聽覺頻率范圍(即20KHz)的聲音。
在數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)中，更高頻率范圍內(nèi)的頻率特性取決于采樣頻率。例如，CD唱機(jī)的采樣頻率為44.1KHz；而其再現(xiàn)頻率的上限為采樣頻率的1/2.2，即20KHz。因此，在系統(tǒng)所再現(xiàn)的音頻信號頻譜中，超過20KHz的高音區(qū)域即被截去，如上所述，由于人們可以感覺到超過20KHz的聲音，所以人的聽覺對于沒有更高頻成分的信號不可能感到滿意。


圖1為表示錄制在密紋唱片上的音頻信號再現(xiàn)狀態(tài)的曲線圖。圖1(a)所示為自然樂聲的頻譜，其中包括高于20KHz的頻率成分。相反，圖1(b)所示為再現(xiàn)的錄制于密紋唱片上的音頻信號的頻譜，其中頻率特性在20KHz處銳減。換句話說，圖1(b)所示的再現(xiàn)音樂信號基本上不含超過20KHz的頻譜。但是要恢復(fù)被截去的音樂信息是不可能的或者說是非常困難的，然而，如果在高于20KHz的信號成分沒有被截去的情況下再現(xiàn)音樂信息就可以獲得悅耳動聽得多的音質(zhì)。
雖然在模擬音頻再現(xiàn)系統(tǒng)中并未截去高音區(qū)域，但是高于20KHz(即聽覺上限)區(qū)域內(nèi)的信號再現(xiàn)特性也急劇衰減，從而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)聲音基本上得不到放大。因此，為了獲得滿足人們聽覺需要的再現(xiàn)信號，有必要對高出20KHz的以及對數(shù)字音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。
在日本公開特許公報(bào)特開平2-68773號公報(bào)中，揭示了題為“音頻信號再現(xiàn)設(shè)備”的裝置，該裝置用來加入包含有超出被數(shù)字信號再現(xiàn)系統(tǒng)截去頻率的頻率成分的音頻信號。
在該通常的設(shè)備中，根據(jù)人們無法辨認(rèn)超過樂聲中聽覺頻率上限的高頻區(qū)域內(nèi)的信號但能受其高頻區(qū)域內(nèi)聲音的能量成分影響的認(rèn)識，將能量成分疊加到原始音頻信號中去。上面所述公報(bào)告訴我們，諸如噪聲之類的信號很容易作為信號成分疊加到原始音頻信號上。
該公報(bào)建議沒有必要將原始聲音的高音區(qū)域的信號成分依原樣疊加上去，通過將包含與數(shù)字系統(tǒng)中的截去信號的或模擬系統(tǒng)中的衰減頻率范圍相同的頻率范圍和頻譜的噪聲信號疊加到原始信號上也可以獲得同樣的效果。
但是，如上所述，據(jù)稱人的聽覺器官對直到約90KHz的高頻范圍內(nèi)的聲音也發(fā)生反應(yīng)。并且本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著疊加到原始音頻信號上信號的高頻范圍內(nèi)信號成分譜的不同或者將信號疊加到原始音頻信號上的方式的不同，在聽再現(xiàn)聲音時(shí)的聽覺也會有所差別。也就是說，疊加到原始音頻信號上噪聲信號的種類或疊加方式對再現(xiàn)的樂聲的質(zhì)量會產(chǎn)生巨大的影響。
而且應(yīng)該考慮到，為了獲得再現(xiàn)聲音自然音質(zhì)，有必要疊加與聽覺頻率范圍內(nèi)的原始音頻信息密紋對應(yīng)的噪聲成分。
并且，考慮到各種樂器的再現(xiàn)聲音，其不僅要包含樂器的基頻成分而且也要包含高次諧波成分從而使高次諧波成分的分布構(gòu)成樂器的特有音質(zhì)，同時(shí)高次諧波還要包含超出聽覺頻率范圍的頻率成分。而且，超出聽覺頻率范圍的頻率成分還要包含樂器演奏時(shí)敲擊、摩擦或吹氣等發(fā)出的聲音。因此，即使只將高次諧波疊加到原始信號上，由于樂器種類不同高次諧波分布也各不相同，所以仍然會擔(dān)心高音區(qū)域內(nèi)再現(xiàn)聲音音質(zhì)無法平衡。
針對這個(gè)目標(biāo)本發(fā)明提供一種音頻信號再現(xiàn)方法及其裝置，使得音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)的再現(xiàn)音質(zhì)，特別是高頻區(qū)域內(nèi)的音質(zhì)得到了改善并因而使再現(xiàn)音頻信號產(chǎn)生悅耳動聽的聲音。在本發(fā)明中，為了補(bǔ)償因高音區(qū)域內(nèi)頻率特性譜衰減(模擬音頻系統(tǒng))或截去(數(shù)字音頻系統(tǒng))而導(dǎo)致的不自然，在原始音頻信號上疊加有與衰減或截去頻譜相似的信號成分。
本發(fā)明第一個(gè)發(fā)明要點(diǎn)是，在原始音頻信號上疊加包含與該原始音頻信號的高音區(qū)域(當(dāng)再現(xiàn)音頻信號時(shí)會發(fā)生衰減或截去)頻譜相似的噪聲成分；并因此可以通過選擇待疊加噪聲類型并對其進(jìn)行處理而獲得較佳的音質(zhì)。
也就是說，按照本發(fā)明第一個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明人的分析，原始樂聲高頻區(qū)域內(nèi)大部分信號成分是由敲擊、摩擦或吹氣產(chǎn)生的并且這種聲音的特征與隨機(jī)噪聲的非常接近，因此將隨機(jī)噪聲成分或與隨機(jī)噪聲相似的噪聲成分選作疊加于原始音頻信號上的信號。
在本發(fā)明中，疊加到原始音頻信號上的信號并無特殊要求，各種包含高音區(qū)域頻率成分的隨機(jī)信號都可以使用。但是，通常情況下，噪聲是最容易獲得的信號。因此，在本發(fā)明中采用噪聲發(fā)生器或噪聲發(fā)生電路作信號源產(chǎn)生疊加到原始音頻信號上的隨機(jī)噪聲；并且借助于濾波裝置從信號源輸出中選取包含超出可再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的信號成分；隨后將所選擇的輸出疊加到原始音頻信號上。應(yīng)該指出的是說明書中的術(shù)語“隨機(jī)”并不要求頻率的分布嚴(yán)格隨機(jī)，各種人為產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲信號都可以采用。
在本說明書中，術(shù)語“聽覺頻率區(qū)域”指的是人所能聽到的頻率范圍，由符號波測定其值大約介于16KHz到20KHz。符號波測定的人的聽覺頻率范圍上限大約為20KHz。但是，如上所述，據(jù)稱人能夠在生理意義上聽到音樂信號頻譜中大約直到90KHz的極高頻信號。本發(fā)明人經(jīng)過實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。
本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)是，當(dāng)再現(xiàn)原始音頻信號時(shí)，超出原始音頻信號再現(xiàn)頻率范圍上限或聽覺頻率范圍上限的原始音頻信號高次諧波成分和包含超出原始音頻信號再現(xiàn)頻率范圍上限或聽覺頻范圍上限頻譜的噪聲成分疊加到原始音頻信號上。按照本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明點(diǎn)，還要借助濾波裝置從噪聲發(fā)生器中選取疊加到原始音頻信號上的噪聲成分從而包含超出再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的頻譜；術(shù)語“隨機(jī)”如同在第一個(gè)發(fā)明要點(diǎn)中一樣，意味著可以使用各種偽隨機(jī)信號。
按照本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，為了補(bǔ)償從原始音頻信號中被截去(數(shù)字再現(xiàn)裝置)或衰減(模擬再現(xiàn)裝置)的信號成分，與原始音頻信號分開提供的原始音頻信號高次諧波成分和由信號源獲得的隨機(jī)噪聲成分疊加到原始音頻信號上。由此解決了通常音頻信號再現(xiàn)裝置中產(chǎn)生的上述問題。并獲得音質(zhì)好得多的再現(xiàn)聲音，所以再現(xiàn)聲音可以更加自然得多。
本發(fā)明第三個(gè)發(fā)明要點(diǎn)是，響應(yīng)原始音頻信號的特定頻率范圍內(nèi)的輸出電平。對疊加到原始音頻信號的噪聲成分電平作動態(tài)控制。
如圖1(a)所示，原始音頻信號頻譜延展于整個(gè)范圍。換句話說，聽覺頻率區(qū)域內(nèi)頻譜高端延續(xù)至超出上限的其它區(qū)域。第三個(gè)發(fā)明要點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn)是，根據(jù)從原始音頻信號中所選的高頻區(qū)域內(nèi)輸出電平的動態(tài)變化控制疊加到原始音頻信號上的噪聲成分電平獲得再現(xiàn)原聲。
考慮到頻譜的連續(xù)性，比較好的做法是將20KHz左右(疊加到原始音頻信號上的噪聲信號的下限)，即6-20KHz之間的頻率范圍選作從原始音頻信號選取的高頻范圍。但是，對于在20KHz頻率范圍以外仍有信號輸出的模擬音頻系統(tǒng)，沒有必要在20KHz處截去從原始音頻信號中選取的高頻范圍。因此，在模擬系統(tǒng)中可以將噪聲成分疊加到原始音頻信號上以對允許頻率在6KHz以上原始音頻信號通過的高通波波器的輸出作出響應(yīng)。
而且，疊加到原始音頻信號上的噪聲成分可以動態(tài)變化，從而可以以與特定頻率范圍內(nèi)原始音頻信號輸出呈正比關(guān)系疊加或以特定的非線性關(guān)系疊加。根據(jù)所使用的音頻系統(tǒng)信號再現(xiàn)特性或系統(tǒng)試聽效果可以確定這種關(guān)系。
而且，本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明要點(diǎn)是，給定高頻范圍內(nèi)原始音頻信號有一部分以一預(yù)定的時(shí)間延遲輸出，并且這延遲的輸出用來作為電平控制信號以控制疊加到原始音頻信號上的噪聲成分(或噪聲成分和高次諧波成分)的輸出電平。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生于電平控制信號中的時(shí)間延遲，即用于控制疊加到原始音頻信號上的噪聲成分電平的原始音頻信號給定頻率范圍內(nèi)的輸出電平，對所再現(xiàn)的音頻信號的音質(zhì)具有極大的影響；并且通過時(shí)間延遲可以獲得絕佳的音質(zhì)。具體而言，經(jīng)過多次試聽測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)通過具有特定范圍內(nèi)的時(shí)間常數(shù)的時(shí)間常數(shù)電路的電平控制信號對疊加到原始音頻信號上的噪聲成分進(jìn)行控制時(shí)，再現(xiàn)聲音可以高度滿足人的聽覺需要。如果時(shí)間常變短而低于該特定范圍下限，則再現(xiàn)樂聲中就會夾雜有噪聲；反之，如果時(shí)間常數(shù)變長而高于該特定范圍上限，則聲音就會變得粘滯起來。該時(shí)間常數(shù)的較佳范圍在2.2mS左右，最好是2.2mS±40％。
而且，比較好的做法是利用熱噪聲作為疊加到原始音頻信號上的隨機(jī)噪聲的信號源。
為了產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，通常采用齊納二極管，這是因?yàn)閺凝R納二極管獲得的噪聲電平較高并且只需少量的放大級。但是，從試聽測試結(jié)果來看，當(dāng)熱噪聲與齊納二極管產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲頻譜相同時(shí)，疊加前者的再現(xiàn)聲音與疊加后者的再現(xiàn)聲音相比疊加前者的再現(xiàn)聲音有較好的清晰度。
原因考慮如下。在齊納二極管或熱噪聲的情形下噪聲源都為電子。但是，在齊納二極管中，噪聲是由雪崩效應(yīng)引起的電子集體雪崩現(xiàn)象產(chǎn)生的，所以再現(xiàn)聲音的清晰度變得粗糙起來。相反，在從熱噪聲獲得隨機(jī)噪聲時(shí)，噪聲是由電阻元件中電子熱運(yùn)動引起的漲落產(chǎn)生的。因此，在這種情況下噪聲以均勻、隨機(jī)的方式產(chǎn)生，所以再現(xiàn)聲音的清晰度變得精細(xì)和平滑。應(yīng)該指出的是可以采用從晶體管基極電阻或場效應(yīng)管(FETs)的通道電阻獲得的熱噪聲作噪聲源。
而且，更好的做法是將粉紅噪聲或類似于粉紅噪聲的噪聲疊加到原始音頻信號上。由于這種粉紅噪聲不能自然產(chǎn)生，所以必須通過逐漸減少作為疊加到原始音頻信號上的噪聲成分的噪聲源的熱噪聲(白噪度)高頻成分來人為產(chǎn)生。從將僅截去聽覺頻率范圍的白噪聲疊加到原始音頻信號上的情形與將粉紅噪聲疊加到原始音頻信號上的情形的試聽測試比較來看，前者的再現(xiàn)聲音薄而尖，而后者的再現(xiàn)聲音則更為自然。其原因在于白噪聲的頻率特性較平坦而在粉紅噪聲中電平隨頻率升高而緩慢下降，這更為接近原聲特性。
比較好的做法是使疊加到原始音頻信號上的噪聲成分盡可能地去除聽覺頻率范圍內(nèi)(即20KHz以下)的成分。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，利用只允許超過聽覺或再現(xiàn)頻率范圍上限的噪聲成分通過的高階濾波器盡可能多地截除20KHz以下范圍內(nèi)的噪聲成分。試聽測試結(jié)果證實(shí)，濾波器的階數(shù)越高，再現(xiàn)音頻信號中的噪聲就越小，從而獲得了清晰的再現(xiàn)聲音信號。
而且，比較好的做法是向每個(gè)信號再現(xiàn)通道獨(dú)立提供疊加到原始音頻信號上的噪聲成分的信號源。
在音頻系統(tǒng)中，對于立體聲系統(tǒng)通常提供兩條通道，對于諸如環(huán)繞系統(tǒng)之類的特殊系統(tǒng)則提供多通道。為了簡化電路結(jié)構(gòu)，推薦的做法是從單信號源獲得疊加到所有通道中去的隨機(jī)噪聲并將噪聲分配到各通道。但是試聽測試的比較結(jié)果表明在向每個(gè)通道獨(dú)立提供隨機(jī)噪聲源的系統(tǒng)中再現(xiàn)聲音比較自然擴(kuò)展并有身臨現(xiàn)場的感覺。
在超出自然聲音的20KHz的頻率范圍內(nèi)，由于聲波反射而使相位混亂，因此各通道的相位關(guān)系不容易保持。因此考慮到如果噪聲源獨(dú)立提供于各通道，那么再現(xiàn)聲音就會更接近于原聲。
而且，在本發(fā)明另一個(gè)較佳實(shí)施例中，信號(原始音頻信號的隨機(jī)噪聲成分或高次諧波成分和隨機(jī)噪聲成分)經(jīng)電容器疊加到原始音頻信號上。
當(dāng)隨機(jī)噪聲成分或原始音頻信號的高次諧波成分與隨機(jī)噪聲成分的混合信號經(jīng)電容器疊加到原始音頻信號上時(shí)，疊加到原始音頻信號上的信號在重現(xiàn)原始音頻信號的直流電路中分離出來，從而使疊加到原始音頻信號上作為原始音頻信號再現(xiàn)電路中緩沖放大器負(fù)載的信號輸出有所減少。因此可以減小中頻和低頻范圍內(nèi)的聽覺聲壓。可以使用任何類型的電容器，只要其阻抗能基本上保證高于20KHz的信號通過。
本發(fā)明的作用如下。
按照本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，通過疊加與原始聲音頻譜相同的噪聲成分補(bǔ)償在模擬音頻系統(tǒng)中因超出聽覺頻率區(qū)域外頻率特性缺乏(在那里再現(xiàn)輸出極度減小)或在數(shù)字聲頻系統(tǒng)中超出可再現(xiàn)頻率上限(由采樣頻率決定)外高頻范圍內(nèi)頻率特性缺乏引起的再現(xiàn)音頻信號音質(zhì)的不自然。通過疊加從與原始音頻信號再現(xiàn)電路分開提供的信號源獲得的噪聲成分，使得再現(xiàn)信號的頻譜與原始聲音相似，從而再現(xiàn)了逼真的聲音。
圖2為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)方法再現(xiàn)的音頻信號頻譜的示意圖。在圖2中，最初的樂聲的音頻信號的頻率成分包括區(qū)域A和B中，并且隨著原始聲音的動態(tài)變化其也在圖2影線部分內(nèi)作相應(yīng)變化。但是，對于諸如CD唱機(jī)之類數(shù)字聲頻系統(tǒng)再現(xiàn)的聲音，其超出20KHz的高頻區(qū)域被截去并且再現(xiàn)音頻信號的頻譜只覆蓋了圖2的區(qū)域A。同時(shí)，在模擬音頻系統(tǒng)中，超出作為聽覺頻率上限的20KHz的范圍內(nèi)的再現(xiàn)輸出降低。
在本發(fā)明中，通過對噪聲產(chǎn)生器的輸出進(jìn)行濾波，獨(dú)立于原始音頻信號產(chǎn)生了具有與圖2中區(qū)域B對應(yīng)頻譜的高頻信號，隨后將產(chǎn)生的對應(yīng)于區(qū)域B的信號疊加到原始音頻信號上。因此可以獲得具有與原始聲音類似頻譜的再現(xiàn)信號，從而改善了再現(xiàn)信號的音質(zhì)。
而且，按照本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，通過將包含在原始再現(xiàn)音頻信號內(nèi)的高次諧波和超出聽覺頻率(再現(xiàn)頻率)范圍的噪聲成分(從獨(dú)立于原始音頻信號再現(xiàn)電路提供的信號源)疊加到原始音頻信號上補(bǔ)償了再現(xiàn)信號音質(zhì)的失真。因此獲得了頻譜與原始聲音更為一致的再現(xiàn)音頻信號。按照本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，與只是將高次諧波成分或噪聲成分疊加到原始音頻信號上的情形相比，可以產(chǎn)生與原始音頻信號頻譜更為一致的再現(xiàn)音頻信號。并由此得到聽起來較自然的音質(zhì)。
而且，在本發(fā)明中，疊加到原始音頻信號上的信號的電平有所變化以響應(yīng)例如在6-20KHz范圍內(nèi)原始音頻信號輸出的動態(tài)變化，從而再現(xiàn)出與原始聲音更為相似的聲音。
圖1(a)和1(b)為表示音頻信號頻率成分譜的曲線圖；圖1(a)為表示原始音頻信號頻率成分譜的曲線圖，而圖1(b)為表示數(shù)字音頻設(shè)備中再現(xiàn)音頻信號頻率成分譜的曲線圖。
圖2為用來解釋按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)方法原理的音頻信號頻率譜圖。
圖3為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)裝置第一實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
圖4為表示圖3中裝置具體構(gòu)造的電路圖。
圖5為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)裝置第二實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
圖6為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)裝置第三實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。
圖7為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)裝置第四實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
圖8為表示圖7中裝置具體結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第五實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。
圖10為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第六實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。
圖11為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第七實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
以下借助附圖解釋按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖3為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第一實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
在圖3中，按照本發(fā)明的裝置應(yīng)用于模擬音頻再現(xiàn)裝置的輸出電路或數(shù)字音頻信號再現(xiàn)裝置D/A轉(zhuǎn)換后的輸出電路上。原始音頻信號由輸入端子9送至緩沖放大器1。放大器1其中一個(gè)輸出信號直接送至輸出端子10，而另一個(gè)輸出信號則送至帶通濾波器2。應(yīng)該指出的是帶通濾波器2可以由高通濾波器代替。某一特定頻率范圍內(nèi)的音頻信號通過濾波器2，隨后由放大器3放大至合適的電平。此后，信號由檢測電路4檢測。接著檢測過的信號經(jīng)時(shí)間常數(shù)電路5輸入乘法器電路8以產(chǎn)生用于控制疊加到原始音頻信號上去的噪聲成分的電平的電平控制信號。
另一方面，從隨機(jī)噪聲發(fā)生器6中獲取疊加到原始音頻信號上的噪聲成分。噪聲發(fā)生器6的輸出被送至允許高于20KHz頻率范圍信號通過的帶通濾波器7。應(yīng)該指出的是帶通濾波器7也可以用高通濾波器代替。帶通濾波器7的輸出被送至將其與所述電平控制信號輸出相乘的乘法器電路8；隨后相乘后的信號疊加至原始音頻信號。因此，隨機(jī)噪聲發(fā)生器6的輸出以正比于高頻范圍內(nèi)原始音頻信號的輸出電平的方式疊加至原始音頻信號上，隨后將待再現(xiàn)的音頻信號從輸出端子10輸出。疊加到原始音頻信號上的信號的頻率特性沒有上限。但是，如果疊加了沒有頻率上限的噪聲成分，也會擔(dān)心引起其它的問題。
因此，比較好的做法是使信號高頻范圍上限在100KHz左右。已經(jīng)疊加了噪聲成分的音頻信號從輸出端子10輸出并經(jīng)合適的放大器送往諸如揚(yáng)聲器、耳機(jī)之類(未畫出)的電聲轉(zhuǎn)換元件。
圖4為表示圖3所示裝置具體構(gòu)造的電路圖。在圖4中，與圖3中功能相同的部件用同一標(biāo)號表示；并且也不再進(jìn)行解釋。
圖4中的電路提供于數(shù)字音頻系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換電路之后，或者模擬音頻系統(tǒng)的放大級之前。
在圖4中，原始音頻信號由輸入端子9輸入，經(jīng)緩沖放大器1放大。緩沖放大器1的其中一部分輸出直接送至輸出端子10，另一部分輸出則引入高通濾波器電路2。高通濾波器電路2的截止頻率約為6KHz。
經(jīng)濾波器電路2選通的頻率范圍在6-20KHz之間的音頻信號由檢測器4檢測，隨后經(jīng)時(shí)間常數(shù)電路5送至乘法器電路8。乘法器電路8的輸出作為電平控制信號控制疊加到原始音頻信號上的噪聲成分。
時(shí)間常數(shù)由電容12和電阻13預(yù)先確定的時(shí)間常數(shù)電路使噪聲成分疊加到原始音頻信號上滿足人們的聽覺需要，并很大程度上改善了再現(xiàn)聲音的音質(zhì)。再現(xiàn)聲音實(shí)際試聽結(jié)果表明，在C＝0.047μF而R＝47Ω的時(shí)間常數(shù)為2.2mS左右的條件下再現(xiàn)聲音的音質(zhì)絕佳。本發(fā)明人通過改變C和R值的實(shí)驗(yàn)尋找時(shí)間常數(shù)的較佳范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，時(shí)間常數(shù)的較佳范圍為2.2mS±40％。在本實(shí)施例中，時(shí)間常數(shù)僅從單級C-R元件獲得。但是，時(shí)間常數(shù)電路5的構(gòu)造并不只限于本實(shí)施例一種形式，只要信號產(chǎn)生的延遲大致相同，也可以使用兩級或兩級以上C-R元件。應(yīng)該指出的是，采用其它延遲電路也可以獲得時(shí)間延遲。
在噪聲發(fā)生器6中，從運(yùn)算放大器(TL072)6-1和6-2的內(nèi)阻和反饋電阻上獲得的熱噪聲經(jīng)過放大被用作疊加到原始音頻信號上的噪聲成分的信號源。所得到的噪聲成分送至只允許20KHz以上頻率的信號通過的高通濾波器電路7。由于半導(dǎo)體上得到的熱噪聲受其增益特性影響，在高頻區(qū)域電平趨于下降，所以在本實(shí)施例中不采用也能截去高頻范圍的帶通濾波器。應(yīng)該指出的是，不僅可以采用電阻元件而且也可以采用諸如晶體管基極電阻和FETs的通道電阻作熱噪聲源。
噪聲發(fā)生電路6的輸出送至乘法器電路8并在電路8中與所述電平控制信號相乘。因此，噪聲成分隨原始音頻信號電平的變化而變化，并疊加到原始音頻信號上。
而且，為了能根據(jù)需要疊加或取消噪聲信號，在線路上裝有開關(guān)11以將所疊加信號與原始音頻信號疊加在一起。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果，發(fā)明人利用上述電路進(jìn)行了實(shí)際樂聲的試聽實(shí)驗(yàn)。通過斷開、閉合開關(guān)11，將在原始音頻信號上疊加隨機(jī)噪聲成分的再現(xiàn)聲音與未疊加隨機(jī)噪聲成分的再現(xiàn)聲音進(jìn)行了比較。由此經(jīng)過人耳聽覺感受發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噪聲成分疊加到原始音頻信號上時(shí)，再現(xiàn)音頻信號的音質(zhì)變得自然起來。
圖5為表示本發(fā)明第二實(shí)施例構(gòu)造的框圖。應(yīng)該指出的是，與第一實(shí)施例中相同的元件用同一標(biāo)號表示并不再解釋。
在第二實(shí)施例中，電路上裝有電容14，將來自乘法器電路8的隨機(jī)噪聲成分疊加到原始音頻信號上。采用電容14就可以減少施加到緩沖放大器1上的負(fù)載。試聽測試表明，中頻和低頻區(qū)域內(nèi)的壓力感也有所下降。
圖6為表示按照本發(fā)明的音頻信號再現(xiàn)裝置第三實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。
在第三實(shí)施例中，構(gòu)成隨機(jī)噪聲發(fā)生電路6的運(yùn)算放大器(6-3、6-4、6-5)設(shè)計(jì)為三級結(jié)構(gòu)，隨機(jī)噪聲發(fā)生電路6產(chǎn)生的噪聲處理為所謂的粉紅噪聲，CR元件與每個(gè)運(yùn)算放大器的反饋電阻并聯(lián)。通過將粉紅噪聲以這種方式疊加到原始聲頻信號上，再現(xiàn)的音頻信號變得圓潤并更為接近自然樂聲。
而且，在圖6所示第三實(shí)施例中，為了盡可能將低于20KHz的噪聲成分截去，濾波電路7采用8階濾波器結(jié)構(gòu)。當(dāng)濾波電路7的階數(shù)設(shè)計(jì)得較高時(shí)，由于聽覺頻率范圍內(nèi)在原始信號上沒有疊加噪聲成分，所以可以獲得更清晰的音質(zhì)。濾波器階數(shù)并不局限于本實(shí)施例這樣一種階數(shù)，而是可以根據(jù)所用音頻設(shè)備類型加以改變。試聽測試表明，隨著濾波器階數(shù)的提高，再現(xiàn)聲音的音質(zhì)的改善程度也越高。
圖7為表示第四實(shí)施例構(gòu)造的框圖。
在圖7中，按照本發(fā)明該裝置應(yīng)用在模擬聲頻信號再現(xiàn)裝置的輸出電路上，或數(shù)字音頻信號再現(xiàn)裝置D/A轉(zhuǎn)換后的輸出電路上。在第四實(shí)施例中，來自輸入端子30的原始音頻信號被送至緩沖放大器21。其中一部分信號直接送至輸出端31，而另一部分則輸入帶通濾波器22。應(yīng)該指出的是，帶通濾波器22可以由高通濾波器代替。只有某一范圍的原始音頻信號通過濾波器22，并且經(jīng)濾波后的信號輸入產(chǎn)生原始音頻信號高次諧波的高次諧波發(fā)生電路23。高次諧波發(fā)生電路23的輸出經(jīng)時(shí)間常數(shù)電路24輸入乘法器電路27以獲得對疊加到原始音頻信號上噪聲成分電平進(jìn)行控制的電平控制信號。
另一方面，從噪聲發(fā)生器25獲得疊加到原始音頻信號上的噪聲成分。噪聲發(fā)生器25產(chǎn)生的噪聲由高通濾波器電路26濾波后輸入乘法電路27。應(yīng)該指出的是，高通濾波器電路26可以用帶通濾波器電路代替。在乘法器電路27中，隨電平控制信號的變化而變化的噪聲成分與噪聲電平控制信號相乘。乘法電路27和高次諧波發(fā)生電路23的輸出送至混合電路28；為了去除聽覺頻率范圍內(nèi)噪聲的影響，電路28的輸出進(jìn)一步經(jīng)高通濾波器29濾波。這樣就得到了疊加到原始音頻信號上的信號并經(jīng)電容33輸出到輸出端子31。
所疊加的原始音頻信號的頻率范圍無上限。但是，與第一實(shí)施例一樣，信號范圍高至100KHz左右即可。
圖8為表示圖7所示裝置具體構(gòu)造的電路圖。與圖7中功能相同的元件用同一標(biāo)號表示。與其它實(shí)施例一樣，圖8所示裝置安排在數(shù)字音頻系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換電路后端或模擬音頻系統(tǒng)放大級前端。
如同在第一實(shí)施例中那樣，當(dāng)該裝置用于立體聲或多通道系統(tǒng)時(shí)，推薦的做法是在每個(gè)通道上都提供隨機(jī)噪聲發(fā)生源。
原始音頻信號從輸入端子30進(jìn)入后經(jīng)緩沖放大器21放大。所述緩沖放大器21的一部分輸出直接送至輸出端子30，而另一部分則引入高通濾波器電路22。高通濾波器22的截止頻率為6KHz左右。
經(jīng)濾波器電路22選通、頻率范圍在6-20KHz的音頻信號輸入高次諧波發(fā)生電路23以產(chǎn)生原始音頻信號高次諧波。在高次諧波發(fā)生電路23中，將一非線性電路用作雙邊帶整流裝置用它來產(chǎn)生畸變以獲得高次諧波成分。
高次諧波發(fā)生電路23的一部分輸出經(jīng)時(shí)間常數(shù)電路24送往乘法器電路27，電路24具有預(yù)定的時(shí)間常數(shù)，它被用作控制疊加到原始音頻信號上的噪聲成分的電平的電平控制信號。如在第一實(shí)施例中所述，已經(jīng)證實(shí)在時(shí)間常數(shù)電路24的時(shí)間常數(shù)與再現(xiàn)聲音產(chǎn)生的聽覺自然性之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。試聽測試結(jié)果確認(rèn)適合于聽覺的較佳時(shí)間常數(shù)的范圍為2.2mS±40％。高次諧波發(fā)生電路23的另一部分直接送往混合電路28與乘法器27的輸出混合，并將混合后的信號疊加到原始音頻信號上。
在噪聲發(fā)生電路25中，通過放大由運(yùn)算放大器25-1、25-2、25-3、25-4的電阻元件產(chǎn)生的熱噪聲而獲得疊加到原始音頻信號上的噪聲成分。在本實(shí)施例中，電容26a-26d與噪聲發(fā)生電路25的放大器相互連接，構(gòu)成濾波電路26，從而由濾波器(電容器)將噪聲發(fā)生電路25產(chǎn)生的噪聲中小于20KHz的噪聲成分抑制到一定程度。半導(dǎo)體器件的熱噪聲受其增益特性的影響，高頻區(qū)域的頻率特性趨向于減少。因此，在本實(shí)施例中沒有采用截除高頻范圍的帶通濾波器。
噪聲發(fā)生電路25的輸出送至乘法電路27后與所述電平控制信號相乘。這樣，噪聲成分的輸出電平隨原始音頻信號的輸出電平而變化。由此獲得的噪聲成分輸入混合電路28與由高次諧波電路產(chǎn)生的并依賴于原始音頻信號的高次諧波成分混合。隨后，噪聲成分高次諧波成分混合后的信號經(jīng)只允許20KHz以上信號成分通過的高通濾波器29疊加到原始音頻信號上。
在高通濾波器29中，為了從疊加到原始音頻信號上的高次諧波成分和噪聲成分中盡可能多地截去20KHz以下的成分，采用了高階濾波器，即8階濾波器。此外，噪聲成分由濾波電路26(4階)截除。由于混合信號的高頻成分由電容33進(jìn)一步截除，所以低于20KHz的噪聲成分最終總共經(jīng)過11階濾波器的截除。因此，再現(xiàn)音頻信號中幾乎不含聽覺頻率范圍內(nèi)的噪聲成分，從而獲得具有清晰音質(zhì)的再現(xiàn)樂聲。
在第四實(shí)施例中，提供有開關(guān)32從而能分不同的檔級改變疊加到原始音頻信號上的高次諧波成分和隨機(jī)噪聲成分的量值。因此，通過根據(jù)原聲的類型或聽眾的偏愛改變開關(guān)32的檔級，可以獲得較佳的音質(zhì)。但是，開關(guān)32并非必須的設(shè)備，也可以將預(yù)先確定量值的信號疊加到原始音頻信號上。
為了確認(rèn)第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)的效果，本發(fā)明人進(jìn)行了與上述裝置有關(guān)的試聽測試實(shí)驗(yàn)。從將隨機(jī)噪聲成分和高次諧波成分疊加到原始音頻信號上的情形與沒有疊加信號成分的情形的比較結(jié)果可以看到，前者改善了再現(xiàn)信號高頻區(qū)域的自然性并能再現(xiàn)出非常自然的音頻信號。
圖9為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第五實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。在第五實(shí)施例中，高次諧波發(fā)生電路23輸出的一部分經(jīng)噪聲成分輸入級的前置級輸入乘法器電路27，從而使疊加到原始音頻信號上的高次諧波成分也由來自時(shí)間常數(shù)電路24的電平控制信號控制。根據(jù)這種構(gòu)造，可以獲得更加接近原聲的再現(xiàn)音頻信號。
應(yīng)該提到的是，與第二實(shí)施例一樣，信號經(jīng)電容33疊加到原始音頻信號上。
圖10為表示按照本發(fā)明音頻信號再現(xiàn)裝置第六實(shí)施例構(gòu)造的電路圖。在第六實(shí)施例中，電容和電阻元件25a-25d與噪聲發(fā)生電路25中運(yùn)算放大器的反饋電阻并聯(lián)。通過這種安排，高頻區(qū)域的噪聲成分逐漸減少從而產(chǎn)生所謂的粉紅噪聲；并且這樣得到的粉紅噪聲又疊加到原始音頻信號上。如第三實(shí)施例所述，通過疊加粉紅噪聲可以獲得更為自然的再現(xiàn)音頻信號。
圖11為表示本發(fā)明第七實(shí)施例構(gòu)造的框圖。在第七實(shí)施例中，用以產(chǎn)生高次諧波的非線性電路設(shè)計(jì)為兩級結(jié)構(gòu)。也就是說，原始音頻信號一部分經(jīng)濾波器電路22送往第一絕對值電路23′；然后絕對值電路23′的輸出送往混合電路41而與原始音頻信號混合；混合電路41的輸出經(jīng)濾波器電路42進(jìn)一步輸入至第二絕對值電路43以產(chǎn)生合適的原始音頻信號高次諧波。本實(shí)施例的其它構(gòu)造與圖7所示的實(shí)施例相同，因而不再解釋。試聽測試表明，通過產(chǎn)生高次諧波的非線性電路的兩級構(gòu)造，可以使較自然的再現(xiàn)聲音交得更加自然。在本實(shí)施例中采用的非線性電路為兩級構(gòu)造，但是也可以采用三級以上的構(gòu)造。而且在第一和第二級非線性電路之間除了濾波電路42以外還可以安排相移器和/或延遲電路，或者也可以安排其將非線性電路各級輸出混合。而且，在本實(shí)施例中，雖然采用絕對值電路作非線性電路，但是也可以采用諸如削波電路、平方電路、平方根電路和對數(shù)電路之類的非線性電路。
在上述第一至第七實(shí)施例中，只表示一個(gè)通道的音頻信號再現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)。但是，在具有兩個(gè)通道的立體聲系統(tǒng)或者諸如環(huán)繞系統(tǒng)之類具有四個(gè)以上通道的多通道系統(tǒng)中，為了聲音擴(kuò)展和產(chǎn)生身臨現(xiàn)場的感覺，比較好的做法是向音頻系統(tǒng)中每一通道提供單獨(dú)的噪聲發(fā)生源。
而且，在上述實(shí)施例中，以模擬方式將噪聲成分和/或高次諧波成分疊加到原始音頻信號上。但是，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，本發(fā)明系統(tǒng)的信號處理各環(huán)節(jié)也可以由數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)并在D/A轉(zhuǎn)換后獲取輸出。然而，在這種情況中要引起注意的是處理信號的電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜起來并且在信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號時(shí)產(chǎn)生的噪聲也很突出。
確實(shí)可以這樣說，在本發(fā)明中以模擬方式產(chǎn)生的噪聲的表現(xiàn)行為與高頻振動方法產(chǎn)生的相似，從而使信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號時(shí)產(chǎn)生的非線性或常規(guī)噪聲變得不那么突出。
而且，在上述實(shí)施例中，為了在用于控制隨機(jī)噪聲成分和/或高頻諧波成分的電平控制信號中產(chǎn)生時(shí)間延遲，采用了時(shí)間常數(shù)電路。但是，也可以用另一種裝置來代替，例如延時(shí)電路，它在電平控制信號中提供了幾乎相同的時(shí)間延遲。
而且，疊加到原始音頻信號上的信號成分也可以根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置產(chǎn)生，隨后這樣獲得的信號由專用放大器放大，經(jīng)過單獨(dú)提供于電聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的專用揚(yáng)聲器的電聲轉(zhuǎn)換，將從疊加信號轉(zhuǎn)換而來的聲音與從原始音頻信號轉(zhuǎn)換而來的信號在空間合成。如果在該信號成分與原始音頻信號合成之前根據(jù)原始音頻信號電平控制所疊加的信號成分的電平，則可以獲得與上述實(shí)施例相同的效果，在上述實(shí)施例中，信號成分在電聲轉(zhuǎn)換前與原始音頻信號混合。
而且，按照本發(fā)明的裝置不僅可以用于諸如唱片機(jī)和CD唱機(jī)之類聲頻信號再現(xiàn)裝置，而且也可以用于電子樂器。此外，也可以利用本發(fā)明開發(fā)能以高質(zhì)量音質(zhì)錄制聲音信號的新型有價(jià)值的音樂軟件。軟件的制作方法如下再現(xiàn)高頻范圍內(nèi)的頻率成分被截去的通常母帶上的信號，將通過按照本發(fā)明方法獲得的信號疊加到再現(xiàn)信號上；然后在具有更高錄制質(zhì)量的音樂磁帶或唱片上再現(xiàn)疊加的信號。
如上所述，按照本發(fā)明，可以克服因模擬音頻系統(tǒng)中高于聽覺頻率區(qū)域或數(shù)字音頻系統(tǒng)中高于由采樣頻率決定的可再現(xiàn)頻率范圍的信號的下降或損失引起的聽覺上的不自然。按照本發(fā)明，通過在給定條件下將來自隨機(jī)噪聲信號源的噪聲組份疊加到原始音頻信號上補(bǔ)償音頻譜組份的下降或損失。因此可以獲得非常自然的再現(xiàn)音質(zhì)。
此外，由于高于聽覺頻范圍的噪聲成分加到原始音頻信號上，所以不需要復(fù)雜電路就可以補(bǔ)償下降的再現(xiàn)頻率特性或損失的頻譜，并且效果也有極大的改善。
而且，按照本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明要點(diǎn)，除了噪聲成分外還將超出聽覺頻率范圍或可再現(xiàn)頻范圍上限的高次諧波成分疊加到原始音頻信號上，所以聽覺上沒有不自然的感覺并且極大地改善了再現(xiàn)聲音的音質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，在再現(xiàn)音頻信號時(shí)包含超出可再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的頻譜的輸出以如下步驟疊加到原始音頻信號上；從與所述原始音頻信號的信號源分開提供的信號源獲取隨機(jī)噪聲成分；從所述獲取的隨機(jī)噪聲成分中選取包含預(yù)先確定頻譜的噪聲成分；將所述選取的噪聲成分疊加到所述原始音頻信號上；以及再現(xiàn)混合了所述選取的噪聲成分和所述原始音頻言號的信號。
2.一種如權(quán)利要求1所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于還包括以下步驟從所述原始音頻信號獲取包含預(yù)先確定頻譜并對疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分的電平進(jìn)行控制的電平控制信號；以及根據(jù)所述電平控制信號的電平變化對疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分的電平進(jìn)行控制。
3.一種如權(quán)利要求2所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于還包括以下步驟在所述電平控制信號中產(chǎn)生時(shí)間延遲；以及根據(jù)包含所述時(shí)間延遲的電平控制信號對疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分的電平進(jìn)行控制。
4.一種如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，從熱噪聲獲得疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分。
5.一種如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，疊加到所述音頻信號上的所述噪聲成分具有粉紅噪聲或與粉紅噪聲類似的特征。
6.一種音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，在再現(xiàn)音頻信號時(shí)，包含超出可再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的頻譜的輸出以如下步驟疊加到原始音頻信號上；從所述原始音頻信號獲取高次諧波成分以及從與所述原始音頻信號的信號源分開提供的信號源獲取隨機(jī)噪聲成分；以及從所述獲取的隨機(jī)噪聲成分中選取包含預(yù)先確定頻譜的噪聲成分。將從所述原始音頻信號獲取的所述高次諧波成分和所述選取的噪聲成分疊加到所述原始音頻信號上；以及再現(xiàn)混合有所述選取的噪聲成分、所述獲取的高次諧波和所述原始音頻信號的信號。
7.一種如權(quán)利要求6所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于還包括以下步驟從所述原始音頻信號獲取對疊加到原始音頻信號上的所述高次諧波成分的電平和/或所述噪聲成分電平進(jìn)行控制的電平控制信號；以及根據(jù)所述電平控制信號的電平變化對疊加到所述原始音頻信號上的所述高次諧波成分和/或所述噪聲成分電平進(jìn)行控制。
8.一種如權(quán)利要求7所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于還包括以下步驟在所述電平控制信號中產(chǎn)生時(shí)間延遲；以及根據(jù)包含所述時(shí)間延遲的電平控制信號對疊加到聽述原始音頻信號上的所述高次諧波成分的電平和/或所述噪聲成分的電平進(jìn)行控制。
9.一種如權(quán)利要求6-8中任意一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，從熱噪聲獲得疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分。
10.一種如權(quán)利要求6-9中任意一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)方法，其特征在于，疊加到所述音頻信號上的所述噪聲成分具有粉紅噪聲或與粉紅噪聲類似的特征。
11.一種在再現(xiàn)音頻信號時(shí)將包含超出可再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的頻譜的輸出疊加到原始音頻信號上的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于包含產(chǎn)生疊加到所述原始音頻信號的隨機(jī)噪聲并與所述原始音頻信號的信號源分開的隨機(jī)噪聲發(fā)生裝置；根據(jù)所述原始音頻信號電平變化對疊加到所述原始聲頻信號上的所述隨機(jī)噪聲電平進(jìn)行控制的電平控制裝置；從隨機(jī)噪聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的所述噪聲成分選取超出聽覺頻率范圍或可再現(xiàn)頻率范圍上限的頻率范圍的頻率范圍選取裝置；以及將輸出電平由所述電平控制裝置控制而頻率范圍由所述頻率范圍選取裝置選取的隨機(jī)噪聲成分疊加到所述原始音頻信號上的信號疊加裝置。
12.一種如權(quán)利要求11所述聲頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述電平控制裝置包括產(chǎn)生用于控制疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分?jǐn)?shù)量的電平控制信號的電平控制信號產(chǎn)生裝置和給予所述電平控制信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述電平控制信號一個(gè)時(shí)間延遲的時(shí)間延遲產(chǎn)生裝置；以及其中根據(jù)包含所述時(shí)間延遲的所述電平控制信號的變化控制疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分的電平。
13.一種如權(quán)利要求12所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述時(shí)間延遲發(fā)生裝置包含時(shí)間常數(shù)范圍為2.2mS±40％的時(shí)間常數(shù)電路。
14.一種如權(quán)利要求13所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述頻率區(qū)域選取裝置由高階濾波器構(gòu)成。
15.一種如權(quán)利要求14所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于還包括提供于線路中用于將所述噪聲成分疊加到所述原始音頻信號上的電容；所述噪聲成分經(jīng)所述電容疊加到所述原始音頻信號上。
16.一種如權(quán)利要求11-15中任何一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，在所使用的音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)每一個(gè)通道內(nèi)都獨(dú)立提供至少一個(gè)所述噪聲發(fā)生裝置。
17.一種在再現(xiàn)音頻信號時(shí)將包含超出可再現(xiàn)頻率范圍或聽覺頻率范圍上限的頻譜的輸出疊加到原始音頻信號上的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于包含產(chǎn)生疊加到所述原始音頻信號的隨機(jī)噪聲并與所述原始音頻信號的信號源分開的隨機(jī)噪聲發(fā)生裝置；產(chǎn)生所述原始音頻信號高次諧波成分的高次諧波成分產(chǎn)生裝置；根據(jù)所述原始音頻信號電平變化對疊加到所述原始音頻信號上的所述隨機(jī)噪聲電平進(jìn)行控制的電平控制裝置；從所述噪聲成分和所述高次諧波成分選取包含超出聽覺頻率范圍或可再現(xiàn)頻率范圍上限的信號成分的頻率范圍選取裝置；以及將輸出電平由所述電平控制裝置控制而頻率范圍由所述頻率范圍選取裝置選取的隨機(jī)噪聲成分以及包含由所述頻率范圍選取裝置選取的頻率范圍的高次諧波成分疊加到所述原始音頻信號上的信號疊加裝置。
18.一種如權(quán)利要求17所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述電平控制裝置包括通過獲取一部分所述原始音頻信號來產(chǎn)生控制疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分?jǐn)?shù)量的電平控制信號的電平控制信號產(chǎn)生裝置和給予所述電平控制信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述電平控制信號一個(gè)時(shí)間延遲的時(shí)間延遲發(fā)生裝置；以及其中根據(jù)包含所述時(shí)間延遲的所述電平控制信號的變化控制疊加到所述原始音頻信號上的所述噪聲成分和/高次諧波成分的電平。
19.一種如權(quán)利要求18所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述時(shí)間延遲發(fā)生裝置包含時(shí)間常數(shù)范圍為2.2mS±40％的時(shí)間常數(shù)電路。
20.一種如權(quán)利要求19所述的聲頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，所述頻率區(qū)域選取裝置由高階濾波器構(gòu)成。
21.一種如權(quán)利要求20所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于還包括提供于線路中用于將所述噪聲成分和所述高次諧波成分疊加到所述原始音頻信號上的電容；所述噪聲成分和所述高次諧波成分經(jīng)所述電容疊加到所述音頻信號上。
22.一種如權(quán)利要求17-21中任何一項(xiàng)所述的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于，在所使用的聲頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)每一個(gè)通道內(nèi)都獨(dú)立提供至少一個(gè)所述噪聲發(fā)生裝置。
23.一種在再現(xiàn)音頻信號時(shí)將包含超出可再再頻率范圍或所覺頻率范圍上限的頻譜的輸出疊加到原始音頻信號上的音頻信號再現(xiàn)裝置，其特征在于包含產(chǎn)生疊加到所述原始音頻信號的隨機(jī)噪聲并與所述原始音頻信號分開的隨機(jī)噪聲發(fā)生裝置；產(chǎn)生所述原始音頻信號高次諧波成分的高次諧波成分產(chǎn)生裝置；根據(jù)所述原始音頻信號電平變化對疊加到所述原始音頻信號上的所述隨機(jī)噪聲和所述高次諧波的電平進(jìn)行控制的電平控制裝置；從所述噪聲成分和所述高次諧波成分選取超出聽覺頻率范圍或可再現(xiàn)頻率范圍上限的頻率范圍的頻率范圍選取裝置；以及將輸出電平由所述電平控制裝置控制而頻率范圍由所述頻率范圍選取裝置選取的所述隨機(jī)噪聲成分和所述高次諧波成分疊加到所述原始音頻信號上的信號疊加裝置。
24.一種如權(quán)利要求17-22中任何一項(xiàng)所述的音頻信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述高次諧波成分產(chǎn)生裝置由非線性電路構(gòu)成。
25.一種如權(quán)利要求24所述的音頻信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述非線性電路設(shè)計(jì)成多級結(jié)構(gòu)。
26.一種如權(quán)利要求25所述的音頻信號發(fā)生裝置，其特征在于，在非線性電路各級之間提供有濾波裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種音頻信號再現(xiàn)系統(tǒng)。通過將超出再現(xiàn)頻率上限或聽覺頻率上限之外的隨機(jī)噪聲成分和/或高次諧波成分疊加到原始音頻信號上，使得再現(xiàn)聲音信號的頻譜接近于原始聲音，從而使音質(zhì)更佳。
文檔編號G10L21/038GK1151077SQ9510955
公開日1997年6月4日 申請日期1995年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月6日
發(fā)明者中川伸 申請人:有限會社法德利克斯