專利名稱：動態(tài)均衡技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體而言涉及的是動態(tài)均衡技術(shù)，更具體地說，是關(guān)于綜合了電平檢測和手動選擇音量檢測的動態(tài)均衡技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為背景技術(shù)，美國專利號RE37,223和5,361,381可作參考。本發(fā)明的一個重要目的是提供改良的動態(tài)均衡技術(shù)。
計算機(jī)程序列表附錄動態(tài)均衡光盤中的資料為6K字節(jié)，創(chuàng)建于2004年1月14日，包含在此用于參考。

發(fā)明內(nèi)容
響應(yīng)于一個輸入信號的電平檢測和手動設(shè)置音量控制的設(shè)置，對頻率特性進(jìn)行動態(tài)的校正。所述的電平檢測在所述信號傳送到手動設(shè)置音量控制之前進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，頻率特性變化的時間常量需要被創(chuàng)建，以便減少壓縮器人為因素效應(yīng)。為減少壓縮器手動效應(yīng)的另一個特點包括限制檢測到輸入的最小值。
通過下面的詳細(xì)描述，如再聯(lián)系附圖進(jìn)行閱讀，本發(fā)明的其他特點、目的和優(yōu)點將變得顯而易見


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)的邏輯電路；圖2為實現(xiàn)本發(fā)明的收音機(jī)各部分的框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在請參考附圖特別是請參考圖1，其中示出了一個框圖，用來說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的邏輯配置情況。本發(fā)明可在硬件中實施，也可在硬件和軟件的組合中實施，并且可采用模擬電路、數(shù)字信號處理技術(shù)或者二者的組合來實現(xiàn)。一個具體的實施例包括一個保存用于一個數(shù)字信號處理芯片的程序指令的閃存。
所述系統(tǒng)對輸入終端11上的一個輸入的音頻信號進(jìn)行處理，以便根據(jù)本發(fā)明，在輸出終端12上提供一個動態(tài)均衡過的輸出信號。輸入終端11上的所述輸入信號被傳送到手動控制音量控制13，其增益由線路14上的一個手動設(shè)置的音量設(shè)置信號設(shè)定，所述信號也被傳送到加法器18。輸入終端11上的所述輸入信號也被傳送到電平檢測器15。典型的電平檢測器15是一個峰值檢波器，盡管也可以采用其他電平檢測器。電平檢測器15提供一個代表所述輸入信號電平的線性信號，對其進(jìn)行對數(shù)處理16，以便為Max 17提供一個以分貝(db)方式表示所述輸入信號的信號。在一個實施例中，一個最大定標(biāo)(full scale)輸入信號的檢出電平被規(guī)定為0db。常量19，其值為20dB，被用來設(shè)置Max 17允許輸出值的范圍，在本例中介于0dB和-20dB之間。不過，也可以為常量18選擇其他值。包括了一個限幅器的Max 17將其輸出饋送到電平檢測器15，以便限制電平檢測器15輸出被允許衰減到的最小電平。例如，如果輸入信號11的電平參照最大定標(biāo)值低于-20dB，則來自Max17的反饋信號將不允許電平檢測器15的輸出低于-20dB。加法器18通過線路23將一個第一和信號傳送給在一個在線路25上接收系統(tǒng)校準(zhǔn)常數(shù)的第二加法器24。根據(jù)需要，加法器18和24也可以合并為一個單一的加法操作。被加到加法器18輸出上的系統(tǒng)校準(zhǔn)常量在輸出線路26上提供一個校準(zhǔn)過的和信號，將其輸送到最低電平控制器27。
SysCal常量是采用本發(fā)明的具體系統(tǒng)的代表。SysCal是一個數(shù)字，在包括本發(fā)明的相關(guān)音響系統(tǒng)在一個典型的房間中運轉(zhuǎn)期間(假定放大器在其線性范圍內(nèi)工作)，如將它與加法器18的輸出上給出的值相加時，可給出一個代表所得的SPL(在線路26上)的估計值。它將均衡系統(tǒng)中在加法器18的輸出和當(dāng)前實際的SPL之間出現(xiàn)的任何增益，包括放大器增益、換能器增益(從電氣輸入到SPL輸出)以及房間(room)增益。檢測具體實施例中的SysCal的一種方法包括在一個演示(representative)房間中操作一個實施本發(fā)明的系統(tǒng)。加法器18的輸出以及室內(nèi)存在的聲壓(以dBSPL進(jìn)行測量)被同時進(jìn)行測量。這些數(shù)值之間的差就是SysCal。對于本發(fā)明的一個具體的收音機(jī)，SysCal常量為114db。
最低電平控制器27將輸出聲壓級的最大估計值限制在一個由線路31上的Max SPL常量設(shè)定的水平，對于前述的具體收音機(jī)而言為90db。Max SPL常量被選擇為大致可與電聲系統(tǒng)在一個典型的室內(nèi)可形成的最大SPL相匹配，可說明系統(tǒng)的大信號狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處在或接近其最大輸出能力的工作狀態(tài)時，最小電平控制器27可防止聲壓的估計值顯著地超過實施本發(fā)明的系統(tǒng)所在環(huán)境中的實際SPL。對環(huán)境中的SPL的過高估計將導(dǎo)致施于系統(tǒng)的動態(tài)均衡不足。Max SPL常量和最小電平控制器27的組合被用來均衡在大信號情況下，系統(tǒng)的增益(主要是電氣增益，但也可能包括音響系統(tǒng)的增益)減少的情況。在一些情況下，當(dāng)輸入信號電平增加時，輸出聲壓級將不再增加。
一個典型系統(tǒng)可能包括一個系統(tǒng)限幅器，可用于防止系統(tǒng)放大器發(fā)生限幅(clip)。所述限幅器實現(xiàn)這一功能的方法，是在放大器的輸入出現(xiàn)一個大到足以造成放大器發(fā)生限幅的信號時，動態(tài)地減少系統(tǒng)(電氣的)增益。SPL估計值的限制沒有采用如上述的一個Max SPL常量，而是用一個動態(tài)跟蹤系統(tǒng)增益的修改過的值來進(jìn)行限制。一個系統(tǒng)限幅器的輸出可被反饋到最小電平控制器27以便防止SPL估計值超過環(huán)境中的實際SPL。
最低電平控制器27在線路32上提供一個輸出信號，該信號是聽眾收聽具有輸出信號12驅(qū)動的電聲設(shè)備(放大器和揚聲器，未列出)的一個音頻系統(tǒng)時遇到的一個聲壓級的估計值。SPL估計值信號被通過線路32傳送給響度映射功能33。映射功能33測定出SPL估計值與線路34上提供給增益控制器35的增益信號之間的關(guān)系。映射功能33特別地被設(shè)置為一個查詢表，但也可以通過一個為用于描述所需的映射情況而創(chuàng)建的函數(shù)計算得到。映射功能的形式取決于用于動態(tài)均衡所需信號的元素的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面描述了一個實現(xiàn)了圖1所示出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實施例的一個典型的映射功能的推導(dǎo)。所述映射函數(shù)描述了低頻均衡和聲壓級之間的一種關(guān)系。除了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，所述關(guān)系獨立于采用它的系統(tǒng)。建立一個映射函數(shù)也是有可能的，所述映射函數(shù)完全獨立于所述系統(tǒng)，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。如果是這樣的話，將需要一個獨立的塊來對映射函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便在一個具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用它。
在不同的系統(tǒng)中使用本文描述的動態(tài)EQ技術(shù)通常將需要對SysCal和Max SPL常量進(jìn)行修改，但不需對映射功能進(jìn)行變動。應(yīng)該說明的是，如實際需要，將SysCal和Max SPL功能結(jié)合為一個單獨的映射功能也是可能的。這樣的一個配置的運行與圖1的系統(tǒng)相同，除了所述映射函數(shù)不再獨立于采用它的系統(tǒng)，這將造成多種器件生產(chǎn)上的復(fù)雜化。圖1的結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)相關(guān)和系統(tǒng)無關(guān)的功能分離，目的是為了提高本發(fā)明在不同產(chǎn)品間的靈活性。
增益控制器35對帶通濾波器36提供的輸出信號的電平進(jìn)行控制，所述電平特別具備一個位于系統(tǒng)發(fā)出的最低頻率處的中心頻率，并被手動控制的音量控制13的輸出所激勵，該輸出被提供給輸出加法器37。輸出加法器37將手動控制的輸入信號與增益控制器35提供的信號組合，以便在輸出12上提供根據(jù)本發(fā)明動態(tài)均衡過的輸出信號。實際上，合成的信號具有介于約200Hz和帶通濾波器36的中心頻率之間的頻譜分量，所述頻譜分量被逐漸地(progressively)放大，其作為一個頻率的函數(shù)，在頻率減少到一個與檢出輸入信號和音量控制設(shè)置有關(guān)的數(shù)量時，其將增加，這由映射功能或查詢表33確定。
一個實現(xiàn)了圖1所示出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實施例的映射功能33可從前述的U.S.Pat.No.RE37,233的圖6中圖表列出的數(shù)據(jù)推導(dǎo)得來。圖6的曲線頂段與94dBSPL關(guān)聯(lián)。帶通濾波器36的中心頻率與所述曲線族的低頻峰值關(guān)聯(lián)，在這個實施例中大約為50Hz。下面將對圖6中標(biāo)記為65％的曲線的映射參數(shù)的推導(dǎo)進(jìn)行描述。所述65％曲線相當(dāng)于一個約為71dBSPL的SPL。所述曲線(注意沒有低音增強(qiáng)的那些高頻部分)比標(biāo)記為t94dBSPL的最高的曲線大約低23dB。針對一個等于71dBSPL的SPL估計值，增益塊36所需的增益通過比較65％曲線在低頻峰值(50Hz)上的數(shù)值和高頻的數(shù)值測得。對于65％曲線，高頻電平大約為-10.5dB而峰值電平大約為-2dB。因此，增益應(yīng)為約8.5dBdB。其他估計的SPL電平的數(shù)值也可以通過類似的方式測得，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸入到一個查詢表中。在圖6中介于曲線之間的SPL估計的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行插值(interpolated)?；蛘?，一個多項式或其他函數(shù)也可適用于所得到的數(shù)值序列，當(dāng)需要一個增益值時函數(shù)即進(jìn)行運算。
本發(fā)明具有許多優(yōu)點。通過在將信號傳送到手動設(shè)置音量控制之前進(jìn)行電平檢測，可得到音量控制設(shè)置響應(yīng)性方面的優(yōu)點。音量控制變化和信號電平變化的動態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)性可以各自獨立地進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選的方法是將對音量控制設(shè)置變化進(jìn)行均衡的動態(tài)均衡操作即刻進(jìn)行(盡管時間常量在必要時可與這些變化相關(guān)聯(lián))，而對輸入信號電平變化進(jìn)行均衡的動態(tài)均衡操作可施加時間常量以便減少可聽的人為因素(audible artifacts)(時間常量下面將進(jìn)行詳細(xì)的論述)。當(dāng)手動降低系統(tǒng)音量時造成輸入信號降低時，這種設(shè)置避免了可能在動態(tài)均衡系統(tǒng)中持續(xù)一定長的時間的瞬間低音損失。本發(fā)明的實施例允許在均衡校正中使用與手動音量電平校正和信號電平變化相關(guān)聯(lián)的不同時間常量。
在一個實施例中，旁路(side chain)處理(旁路包括元件15-19，21，23-27，31，32，33)是以塊形式完成的。256個采樣(或大約5.8毫秒的音頻數(shù)據(jù))被獲取并被處理。電平檢測器15計算一個塊中采樣的RMS值，dB 16將這個計算得到的值轉(zhuǎn)換為一個對數(shù)值，Max 17將這些塊值的變化范圍限制為20dB，并為電平檢測器15提供反饋，如前所述。所選的塊大小基本上確定當(dāng)輸入電平變化時電平檢測器可以變化多快。上升時間常量因此與塊的大小相關(guān)，在本例中大約為5.8毫秒。衰減時間常量被選出以便減少與動態(tài)改變所施加的均衡更相關(guān)聯(lián)的可聽的人為因素效應(yīng)。在一個實施例中，被選出的衰減時間常量為10秒級，盡管更長如20秒左右的時間常量也可能是可取的。
下面列出了一個典型的輸入電平檢測代碼k＝p-＞dynqe.timeConstant；//當(dāng)前值＝0.99942漂移點＝exp(-1/1723)，大約7幀＝256*7)p-＞dyneq.slower_smoothed_rms＝MAX(m，scalarMult(k，p-＞dyneq.slower_smoothed_rms))；換而言之，這種方法是一種快速上升和慢衰減的方法。每個幀需要256個采樣(或大約5.8毫秒)的數(shù)據(jù)。測量得出256個數(shù)據(jù)采樣的幀(或塊)的均方信號(m)。如果它(m)大于慢速衰減的最后一個估計值(命名為p.slower_smoothed_rms)，則它(m)立刻變?yōu)樾碌墓烙嬛?，否則舊的估計值將以10秒的時間常量衰減。
因為旁路處理是在一個塊的基礎(chǔ)上完成的，映射功能33的輸出平均每5.8毫秒變化一次，這種變化導(dǎo)致增益35每5.8毫秒變化一次。一個有40Hz截止頻率的單極點過濾器被置于映射函數(shù)的輸出和增益單元35之間，以平滑增益的變化而實現(xiàn)減少可聽的人為因素效應(yīng)(如步進(jìn)(stairstep)或zipper噪聲)，否則如果增益35以一種步進(jìn)方式變化，所述人為因素效應(yīng)將可能明顯。此外，與信號電平變量關(guān)聯(lián)的時間常量可被選擇以便減少隨時間變化的增益連帶的人為因素效應(yīng)。進(jìn)一步還有一個優(yōu)點在于，通過限制檢測到輸入的最小值，減少人為因素效應(yīng)。由于電平檢測器不需要對音量控制的整個動態(tài)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，它的值的范圍可以被限制在源信號電平中期望的變化內(nèi)，典型值為20dB左右，但與后-音量檢測的60db或更多相比也可能更小。此外，限制電平檢測器的動態(tài)范圍還有一個優(yōu)點，即在一個暫態(tài)過程(transient event)期間減少最大可能的誤差，如緊跟一個穩(wěn)態(tài)過程(quiet passage)之后的突然上升(sudden attack)期間中過度的低音(excess bass)。本發(fā)明對室內(nèi)的聲壓級(SPL)形成估計值典型的方法，首先是通過檢測輸入信號，將它從一個線性范圍變換到一個以分貝(db)為單位的對數(shù)范圍。這個檢測到的電平被限制在一個大小足夠適應(yīng)預(yù)期的輸入源值的范圍之內(nèi)。然后，音量設(shè)置被加到檢出電平，以便確定給動態(tài)均衡器的有效電氣輸入電平。接著，再加上一個比例因子(SysCal)以便形成室內(nèi)的SPL的一個估計值。這一估計值受一個代表重放系統(tǒng)限制的上限所約束。最終的SPL估計值被所需的響度映射功能作為一個輸入，以便產(chǎn)生必需的帶通濾波器增益。
參考圖2，其中所示出的框圖對一個實現(xiàn)本發(fā)明的收音機(jī)部分的邏輯電路進(jìn)行了說明。由開關(guān)41所選中并被傳輸?shù)捷斎肽?數(shù)轉(zhuǎn)換器42的輸入端的一個音頻輸入信號，被根據(jù)本發(fā)明動態(tài)均衡過的揚聲器43所再現(xiàn)。所述音頻輸入信號可為終端41A上的一個FM信號、終端41B上的一個CD信號或者終端41C上的一個輔助信號，例如來自一臺電視。所述音頻輸入信號被傳輸?shù)侥?數(shù)轉(zhuǎn)換器42的輸入端以便提供一個相應(yīng)的數(shù)字信號，該數(shù)字信號被傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器44，后者從音量控制45接收一個音量控制設(shè)置信號，并與存儲了前面提及并在附帶的CD-ROM中的程序指令的閃存單元46交換數(shù)字信息。數(shù)字信號處理器44提供一個按照上述方法處理過的動態(tài)均衡后的數(shù)字信號給數(shù)-模轉(zhuǎn)換器47，所述數(shù)-模轉(zhuǎn)換器將一個相應(yīng)的動態(tài)均衡后的信號提供給激勵揚聲器42的功率放大器51的輸入端。
前面對用于動態(tài)均衡技術(shù)的新穎的裝置和技術(shù)進(jìn)行了描述。很明顯，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以在不脫離本發(fā)明的概念的情況下，對于這里描述過的具體裝置和技術(shù)進(jìn)行眾多的應(yīng)用、修改以及變更。因此，可以認(rèn)為本發(fā)明包括了文中已經(jīng)展示過、或者為文中公開的裝置和技術(shù)所擁有的全部新特征以及新的特征的組合，僅受限于所附的權(quán)利要求書中的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.動態(tài)均衡裝置包括一個輸入終端和一個輸出終端；一個有第一和第二輸入的輸出加法器；一個手動控制的音量控制器，將所述輸入終端和所述第一輸入互相耦合；電平檢測器，該電平檢測器的輸入與所述輸入終端耦合，提供一個代表所述輸入終端上電平的電平信號；一個電平加法器，包括一個用于接收所述電平信號的第一輸入以及一個與所述手動控制音量控制器相耦合的第二輸入，所述手動控制音量控制器接收一個代表手動控制音量設(shè)置的信號以便提供一個復(fù)合的電平音量設(shè)置信號；一個帶通濾波器，其輸入與所述手動控制的音量控制器的輸出相耦合，其特性為以預(yù)定的低音頻率為中心頻率；一個查詢表，其輸入與所述電平設(shè)置加法器的輸出相耦合，提供一個代表所需增益的增益信號，所述增益取決于輸入信號電平和手動設(shè)置音量控制器的設(shè)置；以及一個增益控制器，它將帶通濾波器與所述輸出加法器的第二輸入耦合，并與查詢表的輸出耦合，響應(yīng)后者的輸出以便建立所述所需的增益。
2.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)均衡裝置，其中有將檢測出的輸入電平限制到最小值的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)均衡裝置，其中所述裝置包括將傳送到查詢電路的信號限制為一個代表預(yù)設(shè)最大值的信號的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)均衡裝置，另外包括一個輸出限幅器和一個為解決限幅過程中的系統(tǒng)增益損失而建立和布置的從限幅器到電平檢測器的反饋電路。
5.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)均衡裝置，其建立和布置的目的是獲得一個不同于與所述電平檢測器有關(guān)的第二衰減時間常量而與所述電平檢測器有關(guān)的第一上升時間常量。
6.如權(quán)利要求5所述的動態(tài)均衡裝置，其中所述第一時間常量為一個快速上升時間常量，所述第二時間產(chǎn)為一個慢速衰減時間常量。
7.一種動態(tài)均衡的方法包括檢測一個輸入音頻信號的電平，以便提供一個檢出的輸入電平信號；檢測一個手動操作音頻控制的設(shè)置；對所述輸入音頻信號電平的檢測發(fā)生在輸入信號被傳送到所述手動操作音量控制之前；使用響應(yīng)檢測出的輸入電平控制信號和手動操作的音量控制設(shè)置所調(diào)整的可調(diào)整頻率響應(yīng)，在通過所述手動設(shè)置音量控制對音頻信號進(jìn)行音量調(diào)整之后，對該音頻信號進(jìn)行處理；以及限制檢出的輸入電平信號的動態(tài)范圍。
8.如權(quán)利要求7所述的一種動態(tài)均衡方法，另外包括增加所述輸入電平信號和所述手動控制的音量控制設(shè)置信號，以便提供一個復(fù)合的電平音量設(shè)置信號；將手動控制的音量控制器的輸出施加到一個低音頻譜分量的濾波器；對復(fù)合的電平音量設(shè)置信號進(jìn)行處理，以便提供代表所需的增益的信號，所述增益取決于輸入信號電平和手動設(shè)置的音量控制設(shè)置；將所述濾波器的輸出施加到一個增益已設(shè)置為所述所需增益的增益控制器；以及將所述增益控制器的輸出加到手動控制的音量控制器輸出信號，以便提供一個動態(tài)均衡過的輸出信號。
9.如權(quán)利要求8所述的一種動態(tài)均衡方法，其中對復(fù)合的電平音量設(shè)置信號進(jìn)行的處理包括將后者的信號施加到一個查詢表，以便提供代表所需增益的所述信號。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，該方法允許檢出的輸入電平信號依照第一上升時間常量而增加，依照與所述第一時間常量不同的第二衰減時間常量而減少。
11.動態(tài)均衡裝置包括一個輸入終端和一個輸出終端；一個在所述輸入終端和所述輸出終端之間的手動控制的音量控制器；一個輸入與所述輸入終端耦合，且提供一個代表所述輸入終端上電平的電平信號的電平檢測器；一個與所述電平檢測器相耦合的限幅器，將其構(gòu)造和布置以便限制所述電平信號的動態(tài)范圍；一個在所述手動控制的音量控制器與所述輸出終端之間耦合的低音頻譜分量濾波器；一個信號處理器，在所述電平檢測器與所述濾波器之間耦合，將其構(gòu)造和布置以便在所述濾波器和所述輸出終端之間提供一個代表所需的增益的增益信號，其中所述的所需增益信號取決于所述輸入信號電平和所述手動設(shè)置的音量控制設(shè)置；以及一個增益控制器，它在濾波器與所述輸出之間，將其構(gòu)造和布置以便響應(yīng)所述增益信號建立所述的所需增益。
全文摘要
動態(tài)均衡技術(shù)包括在一個手動操作的音量控制前的電平檢測，和根據(jù)電平檢測和手動設(shè)置的音量控制設(shè)置來校正頻率特性。
文檔編號G11B20/10GK1674451SQ20051005926
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者威廉·貝拉迪, 阿布希吉特·庫爾卡尼 申請人:伯斯有限公司