BR112012005702A2

BR112012005702A2 - dispositivo eletrônico de áudio e método para modificar um sinal elétrico de entrada de áudio

Info

Publication number: BR112012005702A2
Application number: BR112012005702-2A
Authority: BR
Inventors: David Gouch; Carlos O. Montalvo
Original assignee: Hewlett Packard Development Company L.P.
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2021-05-04
Also published as: US20120016505A1; CN102576560A; CN102576560B; WO2011031271A1; GB2486157A; TW201130327A; TWI501657B; KR20120066634A; DE112009005145T5; GB201206417D0

Abstract

DISPOSITIVO ELETRÔNICO DE ÁUDIO E MÉTODO PARA MODIFICAR UM SINAL ELÉTRICO DE ENTRADA DE ÁUDIO. É provido um dispositivo eletrônico de áudio que é adaptado para ser conectado a um alto-falante. O dispositivo eletrônico compreendendo um subsistema de áudio que é adaptado para receber um sinal elétrico de entrada de áudio. O dispositivo eletrônico compreendendo um equalizador que é adaptado para receber o sinal elétrico de entrada de áudio e para aplicar uma função de transferência, que compreende uma função de faixa de passagem em dois estágios da mesma para produzir um sinal elétrico de saída de áudio, a função de transferência sendo dependente, pelo menos em parte, sob uma resposta de frequência do alto-falante.

Description

“DISPOSITIVO ELETRÔNICO DE ÁUDIO E MÉTODO PARA MODIFICAR UM SINAL ELÉTRICO DE ENTRADA DE ÁUDIO” Antecedentes da invenção Muitos dispositivos eletrônicos atuais são projetados 5 para reproduzir música e/ou outros sinais de áudio.

Estes dispositivos eletrônicos, tais como, por exemplo, computadores pessoais, computadores portáteis, reprodutores de áudio portáteis, telefones celulares, etc., tipicamente incluem um subsistema de áudio integral 10 que processa os sinais elétricos representando as informações de áudio a serem reproduzidas como som audível.

Os sinais de áudio são transformados em som audível por um ou mais transdutores eletroacústicos internos ou externos ou alto-falantes interconectados com 15 o subsistema de áudio do dispositivo eletrônico.

Cada transdutor eletroacústico ou alto-falante tem seu próprio conjunto de características e parâmetros elétricos, incluindo, por exemplo, a resposta de frequência, sensibilidade, frequência de ressonância, 20 fator de amortecimento, conformidade, etc.

As características e parâmetros elétricos particulares do transdutor eletroacústico ou alto-falante sendo utilizado, afetam a conversão dos sinais elétricos de áudio em som audível.

Assim, diferentes transdutores 25 eletroacústicos irão converter o mesmo sinal elétrico de áudio diferentemente.

Por exemplo, fisicamente, transdutores eletroacústicos menores, tais como, fones de ouvido, tipicamente têm capacidade limitada para reproduzir frequências na faixa de baixa frequência de 30 áudio (frequências inferiores a cerca de 200 Hz). Os subsistemas de áudio em muitos dispositivos eletrônicos são expostos a ruído e interferência elétrica a partir de uma variedade de fontes, incluindo circuitos e sinais digitais, bem como os circuitos de rádio 35 frequência e sinais gerados no interior e pelo dispositivo eletrônico, as correntes de loop do terra entrando na rota do sinal de áudio, fonte de força/ruído de linha vazamento (“leaking”) na rota do sinal de áudio.

Uma porção substancial desses sinais de interferência elétricos tipicamente cai dentro da faixa de frequência de áudio, e especificamente dentro da faixa de baixa 5 frequência de áudio.

Assim, os subsistemas de áudio que evidenciam a faixa de baixa frequência de áudio podem também evidenciar os sinais de interferência elétrica indesejados dentro da faixa de baixa frequência e, assim, degradar a qualidade do áudio reproduzido. 10 Breve descrição dos desenhos Exemplos de concretização particulares são descritos na descrição detalhada a seguir, e com referência aos desenhos, nos quais: A figura 1 é um diagrama de blocos de um dispositivo 15 eletrônico com um subsistema de áudio com um estágio de equalização de acordo com um exemplo de concretização da presente invenção; A figura 2 é um diagrama de blocos do estágio de equalização da figura 1; 20 A figura 3 ilustra uma curva de resposta de frequência (ganho versus frequência) aplicada pelo estágio de equalização da figura 1; e A figura 4 ilustra um método para modificar um sinal de áudio para ter as características de áudio desejadas de 25 acordo com um exemplo de concretização da presente invenção.

Descrição detalhada das concretizações específicas A figura 1 é um diagrama de blocos de um dispositivo eletrônico com um subsistema de áudio com um estágio de 30 equalização de acordo com um exemplo de concretização da presente invenção.

Um dispositivo eletrônico 10 inclui um subsistema de áudio 100, o qual por sua vez, inclui uma pluralidade de estágios de processamento de áudio.

Mais particularmente, os estágios de processamento de áudio do 35 dispositivo eletrônico 10 incluem um estágio de equalização 102, um estágio de compressão 104, um estágio limitador 106, um estágio de amplificação 108 e um estágio de saída 110. O dispositivo eletrônico 10 inclui ainda um processador ou controlador 112, que pode ser parte do, integrado com, ou separado do subsistema de áudio 100. 5 Os técnicos no assunto apreciarão que os blocos e dispositivos funcionais ilustrados nas figuras, são apenas um exemplo de blocos e dispositivos funcionais que podem ser implementado em um exemplo de concretização da presente invenção.

Além disso, outras implementações 10 específicas, contendo diferentes blocos funcionais, podem ser escolhidas baseadas nas considerações do projeto do sistema.

O estágio de equalização (estágio EQ) 102 realiza o processo de alteração, utilizando elementos eletrônicos 15 passivos ou ativos, ou algoritmos digitais, características de resposta de frequência do subsistema de áudio 100. Conforme aqui utilizado, o termo “resposta de frequência” refere-se a uma relação de saída para entrada de um transdutor conforme uma função da 20 frequência.

No exemplo de concretização ilustrado na figura 1, uma ou mais de entrada elétrica de sinal de áudio 114, tais como, por exemplo, sinais elétricos analógicos ou digitais, são recebidos e processados pelo estágio EQ 25 102. Os sinais de áudio equalizados 116, tais como, por exemplo, os sinais analógicos ou digitais, são emitidos pelo estágio EQ 102. O estágio EQ 102 inclui entradas de controle do estágio de equalização 122. A operação do estágio EQ 102, e seu processamento dos sinais elétricos 30 de entrada de áudio 114 são dependentes, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de equalização 122. Mais particularmente, dependente, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de equalização 122, o estágio EQ 102 altera as 35 características de resposta de frequência do subsistema de áudio 100. As entradas de controle do estágio de equalização 122 podem ser, por exemplo, os sinais digitais ou analógicos ou outros tipos de entradas. O estágio de compressão 104 recebe e executa o processo de compressão, utilizando elementos eletrônicos passivos ou ativos ou algoritmos digitais, sinais de áudio 5 equalizados 116. Sinais de áudio comprimidos 124, tais como, por exemplo, sinais analógicos ou digitais, são produzidos conforme emitidos através do estágio de compressão 104. O estágio de compressão 104 inclui entradas de controle do estágio de compressão 126. A 10 operação do estágio de compressão 104 e seu processamento de sinais de áudio equalizados 116 são dependentes, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de compressão 126. Mais particularmente, dependente, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de 15 compressão 126, o estágio de compressão 104 altera as características de compressão dos sinais de áudio equalizados 116 e, assim, do subsistema de áudio 100. O estágio limitador 106 recebe e executa o processo de limitação, utilizando elementos eletrônicos passivos ou 20 ativos, ou algoritmos digitais, sinais de áudio comprimidos 124. Os sinais de áudio limitados 128, tais como, por exemplo, sinais analógicos ou digitais, são produzidos conforme emitidos pelo estágio limitador 106. O estágio limitador 106 inclui entradas de controle do 25 estágio limitador 130. A operação do estágio limitador 106 e seu processamento de sinais de áudio comprimidos 124 são dependentes, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio limitador 130. Mais particularmente, dependente, pelo menos em parte, sob as 30 entradas de controle do estágio limitador 130, o estágio limitador 106 altera as características de limitação de sinais de áudio comprimidos 124 e, assim, do subsistema

100. O estágio de amplificação 108 recebe e executa o processo 35 de amplificação, utilizando elementos eletrônicos passivos ou ativos ou algoritmos digitais, sinais de áudio limitados 128. Os sinais de áudio amplificados 132,

tais como, por exemplo, os sinais analógicos ou digitais, são produzidos conforme emitidos pelo estágio de amplificação 108. O estágio de amplificação 108 inclui entradas de controle do estágio de amplificação 134. A 5 operação do estágio de amplificação 108 e seu processamento de sinais de áudio limitados 128 são dependentes, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de amplificação 134. Mais particularmente, dependente, pelo menos em parte, das 10 entradas de controle do estágio de amplificação 134, o estágio de amplificação 108 altera a característica de amplitude dos sinais de áudio limitados 128 e, desta forma, do subsistema de áudio 100. O estágio de saída 110 recebe e executa o processo de 15 conectar por meio de interface, utilizando elementos eletrônicos passivos ou ativos ou algoritmos digitais, sinais de áudio amplificados 132 para um ou mais dispositivos de saída, tais como, por exemplo, transdutores eletroacústicos, conectores de saída, ou 20 circuitos subsequentes. Os sinais de saída de áudio 136, tais como, por exemplo, os sinais analógicos ou digitais, são produzidos conforme emitidos pelo estágio de saída

110. O estágio de saída 110 inclui entradas de controle do estágio de saída 138. A operação do estágio de saída 25 110 e seu processamento de sinais de áudio amplificados 132 são dependentes, pelo menos em parte, sob as entradas de controle do estágio de saída 138. O controlador 112 é eletricamente conectado com cada um dos: estágio EQ 102, o estágio de compressão 104, o 30 estágio limitador 106, o estágio de amplificação 108 e o estágio de saída 110, e correspondentes entradas de controle dos estágios 122, 126, 130, 134 e 138, emitidas respectivamente, a cada uma. O controlador 112, tal como, por exemplo, um microprocessador, executa o controle do 35 software 140, e recebe um ou mais sinais de controle de entrada 142, cada um dos quais são, particularmente, descritos a seguir.

Cada um dos estágios de processamento de áudio do subsistema de áudio 100, (isto é, o estágio EQ 102, o estágio de compressão 104, o estágio limitador 106, o estágio de amplificação 108 e o estágio de saída 110, 5 aplica uma respectiva característica de processamento ou função de transferência (fE, fC, fL, fA, fO) para seus respectivos sinais de entrada de áudio 114, 116, 124, 128 e 132 dependentes, pelo menos em parte, sob suas respectivas entradas de controle (isto é, as entradas de 10 controle do estágio EQ 122, as entradas de controle do estágio de compressão 126, os sinais de controle do estágio limitador 130, as entradas de controle do estágio de amplificação 134, e as entradas de controle do estágio de saída 138), todas os quais são emitidas pelo 15 controlador 112, para desse modo, produzir respectivos sinais de saída 116, 124, 128, 132 e, finalmente, o sinal de saída de áudio 136. O estágio de equalização 102 executa o processo de alteração, tal como, por exemplo, utilizando elementos 20 eletrônicos passivos ou ativos ou algoritmos de processamento de sinal digital, as características de resposta de frequência do seu sinal elétrico de entrada de áudio 114. Referindo-nos agora à figura 2, o estágio EQ 102 aplica para o seu sinal elétrico de entrada de 25 áudio 114 uma função de transferência fE.

Geralmente, a função de transferência fE pode compreender uma função de transferência da faixa de passagem em dois estágios, tendo uma primeira característica de faixa de passagem BP1, e uma segunda características de faixa de passagem 30 BP2. Mais particularmente, a função de transferência fE aplica ao sinal elétrico de entrada de áudio 114 uma primeira característica da faixa de passagem BP1 tendo uma primeira frequência central FCI, um fator Q Q1, e um nível 35 de ganho G1. A função de transferência fE se aplica ainda ao sinal elétrico de entrada de áudio 114, a segunda característica da faixa de passagem BP2 com uma segunda frequência central FC2, um fator Q Q2, e ganho de nível G2. Cada uma das primeira e segunda frequências centrais de FCI e FC2, fatores Q Q1 e Q2, e os níveis de ganho G1 e G2 são dependentes, pelo menos em parte, sob a resposta 5 de frequência de um transdutor eletroacústico ou alto- falante 144. Conforme aqui utilizado, os termos “transdutor eletroacústico” e “alto-falante” destinam-se a incluir qualquer dispositivo que reproduz um som, incluindo fones de ouvido, fones de ouvido tipo botão 10 (“earbuds”), elementos piezelétricos ou semelhantes.

Referindo-se agora à figura 3, é ilustrado um perfil de resposta de frequência (ganho aplicado versus frequência) 150, resultante da aplicação de um exemplo de concretização da função de transferência fE para a 15 entrada de sinal elétrico de áudio 114. Neste exemplo de concretização, a primeira característica da faixa de passagem BP1 da função de transferência fE inclui uma primeira frequência central FCi de aproximadamente 65 Hz, um primeiro fator Q Q1 de aproximadamente 0,5, e um 20 primeiro nível de ganho G1 de aproximadamente +2 dB.

A segunda característica da faixa de passagem BP2 da função de transferência fE inclui uma segunda frequência central FC2 de aproximadamente 20 kHz, um segundo fator Q Q2 de aproximadamente um 1,0, e um segundo nível de ganho 25 G2 de aproximadamente +2 dB.

Um perfil de resposta de frequência (ganho versus frequência) 150 mostra que a aplicação deste exemplo de concretização da função de transferência fE evidencia uma faixa de frequências dentro da faixa de áudio de baixa 30 frequência, de aproximadamente 40 Hz a aproximadamente 100 Hz, e com um pico evidenciado de aproximadamente +2 dB na FC1 de aproximadamente 65 Hz.

Conforme acima descrito, a faixa de baixa frequência pode também conter uma certa quantidade de sinais de 35 interferência elétrica, tal como, por exemplo, loop de correntes de terra e ruído de fonte de energia/linha.

Assim, esta função de transferência específica fE e o perfil de resposta de frequência 150 são mais vantajosos quando aplicados em conjunto com dispositivos eletrônicos e subsistemas de áudio com um canal de sinal de áudio que está relativamente livre de sinais de interferência 5 elétrica, dentro da faixa de áudio de baixa frequência (isto é, um canal de sinal de áudio tendo um baixo ruído de fundo). O perfil de resposta de frequência 150 mostra ainda que a aplicação deste exemplo de concretização da função de 10 transferência fE também evidencia uma faixa de frequências dentro da faixa de áudio de alta frequência (“treble frequency”), de a partir de aproximadamente 5 kHz a aproximadamente 20 kHz, e tendo um pico evidenciado de aproximadamente +2 dB na FC2 de aproximadamente 20 15 kHz.

Assim, quando visto como um todo, o perfil de resposta de frequência 150 se aproxima muito a uma curva de resposta de frequência invertida de uma audição humana típica ou média e/ou de uma audição humana média ou de nível de normal. 20 Esta função de transferência fE específica e perfil de resposta de frequência 150 pode ser aplicado quando os sinais de saída de áudio 136 são para ser reproduzidos por um ou mais transdutores eletroacústicos ou alto- falantes, tendo uma resposta de baixa frequência que se 25 estende a aproximadamente uma primeira frequência central FC1 e uma resposta de alta frequência que se estende de forma semelhante a aproximadamente a segunda frequência central FC2. Tal resposta de frequência é relativamente plana, tal como, por exemplo, -3 dB. 30 Referindo-nos agora à figura 4, uma concretização de um método para modificar um sinal de áudio para ter desejadas características de áudio é ilustrada.

O método é geralmente referido pelo número de referência 400. No bloco 410, as características de resposta de 35 frequência de um alto-falante são determinadas.

Os parâmetros da função de transferência que incluem parâmetros de faixa de passagem de dois estágios são selecionados, conforme ilustrado no bloco 420. No bloco 430, a função de transferência é aplicada.

O processo de determinação das características de resposta de frequência de um alto-falante (bloco 410) 5 pode incluir a determinação das frequências superiores e inferiores, fsuperior e finferiores, respectivamente, nas quais o nível de saída de um transdutor eletroacústicos ou alto-falante particular cai abaixo de um nível predeterminado ou limiar, tal como, por exemplo, um nível 10 de aproximadamente -2 dB a aproximadamente -3dB, abaixo do nível “plano” ou médio.

Estas frequências são muitas vezes referidas como frequências de corte.

O processo de seleção dos parâmetros da função de transferência (bloco 420) inclui a seleção, dependente, 15 pelo menos em parte, sob, respectivamente, os limites de resposta de frequência superiores e inferiores fsuperior e finferiores, e as características das primeira e segunda faixas de passagem BP1 e BP2. Mais particularmente, o processo de seleção dos parâmetros da função de 20 transferência (bloco 420) pode incluir a seleção de uma primeira frequência central FC1, um primeiro fator Q Q1 e um primeiro nível de ganho G1 da primeira característica de banda de passagem BP1, e selecionando uma segunda frequência central FC2, um segundo fator Q Q2, e um 25 segundo nível de ganho G2 da segunda característica de passagem de banda BP2. O processo de aplicação da função de transferência (bloco 430) inclui a aplicação da característica da função de transferência da passagem de banda dupla, tendo os 30 parâmetros da função de transferência, ou seja, FC1, Q1, G1, FC2, Q2, e G2 selecionados no bloco 420. A função de transferência é aplicada a uma entrada de sinal elétrico de áudio, tal como, por exemplo, pela utilização de elementos eletrônicos passivos ou ativos ou algoritmos de 35 processamento de sinal digital, para desse modo, alterar as características de frequência do sinal elétrico de entrada de áudio, e produzir sinal de áudio modificado,

conforme ilustrado no bloco 440. De acordo com um exemplo de concretização da presente invenção, o método 400 pode produzir um sinal de saída de áudio tendo características de frequência, que são 5 adaptadas para e compensar quaisquer deficiências nas características de resposta de frequência de um transdutor eletroacústico ou alto-falante particular, a ser utilizado na reprodução dos sons audíveis correspondentes ao sinal de entrada de áudio.

Desse modo, 10 a qualidade e a precisão do áudio reproduzido são significativamente melhoradas.

Os exemplos das concretizações da presente invenção são úteis para melhorar a qualidade de áudio quando transdutores eletroacústicos ou alto-falantes com níveis 15 moderados a elevados de sensibilidade são utilizados para reproduzir, como som audível, qualquer sinal de áudio que inclui interferência elétrica tendo um componente de frequência dentro da faixa de frequência de áudio.

Adicionalmente, os exemplos de concretização da presente 20 invenção melhoram o desempenho do áudio quando o processamento de um sinal de áudio na qual toda a faixa de baixa frequências foi evidenciada, sem os efeitos indesejáveis geralmente descritos como turvo e baixo (“muddy ou boomy”), em contraste com a qualidade 25 desejável descrita como fixa (“tight”) e controlada.

Além disso, os exemplos das concretizações da presente invenção, seletivamente evidenciam determinadas frequências de áudio ou faixas de frequências de áudio, sem transmitirem qualidades indesejáveis ao áudio 30 reproduzido.

Adicionalmente, o processo de evidenciação de certas frequências de áudio ou faixas das mesmas, não evidenciam, indesejavelmente, sinais de ruído elétrico indesejáveis dentro da faixa de frequência de áudio.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo eletrônico de áudio, que é adaptado para ser conectado a um alto-falante, dito dispositivo eletrônico, caracterizado pelo fato de compreender: 5 - um subsistema de áudio que é adaptado para receber um sinal elétrico de entrada de áudio; e - um equalizador que é adaptado para receber o sinal elétrico de entrada de áudio e para aplicar uma função de transferência, que compreende uma função da faixa de 10 passagem em dois estágios da mesma para produzir um sinal elétrico de saída de áudio, a função de transferência sendo dependente, pelo menos em parte, sob uma resposta de frequência do alto-falante.

2. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 15 1, caracterizado pelo fato de o alto-falante compreender uma porção de um conjunto de fones de ouvido.

3. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a função de transferência incluir primeira e segunda frequências centrais, primeiro 20 e segundo fatores de ganho, e primeiro e segundo fatores Q.

4. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as primeira e segunda frequências centrais serem dependentes, pelo menos em 25 parte, sob correspondentes primeira e segunda frequências de corte do alto-falante.

5. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os primeiro e segundo fatores de ganho serem dependentes, pelo menos em parte, 30 sob um ganho em cada uma das primeira e segunda frequências de corte do alto-falante.

6. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os primeiro e segundo fatores Q serem dependentes, pelo menos em parte, sob 35 correspondentes primeira e segunda taxas nas quais a resposta da frequência do alto-falante diminui além de suas primeira e segunda frequências de corte.

7. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as primeira e segunda frequências centrais serem aproximadamente de 65 Hz e 20 kHz, respectivamente. 5

8. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os primeiro e segundo fatores Q serem aproximadamente 0,5 e 1,0, respectivamente.

9. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 10 3, caracterizado pelo fato de o primeiro nível de ganho e o segundo nível de ganho serem cada um aproximadamente +2 dB.

10. Método para modificar um sinal elétrico de entrada de áudio, para produzir som através de um alto-falante, dito 15 método, caracterizado pelo fato de compreender: - determinar as características da resposta de frequência do alto-falante; - determinar uma função de transferência, que compreende uma função de transferência da faixa de passagem em dois 20 estágios, a função de transferência sendo dependente, pelo menos em parte, sob as características de resposta de frequência do alto-falante; e - aplicar a função de transferência para a entrada do sinal elétrico de áudio, para desse modo, produzir um 25 sinal elétrico de saída de áudio modificado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o alto-falante compreender uma porção de um conjunto de fones de ouvido.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, 30 caracterizado pelo fato de a função de transferência incluir primeira e segunda frequências centrais e primeiro e segundo fatores Q.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a função de transferência 35 incluir ainda primeiro e segundo fatores de ganho.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de as primeira e segunda frequências centrais serem aproximadamente iguais as primeira e segunda frequências de corte do alto-falante.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de as primeira e segunda 5 frequências centrais serem aproximadamente 65 Hz e 20 kHz, respectivamente.

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