CN101036293A - 在高噪声环境中呈现的音频信号处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在高噪声环境中实现高质量声音呈现的新颖系统、方法和电路。特别地，本发明提供了用于处理音频信号的系统、方法和电路。本发明进一步提供了用于将调节硬编程到多频带均衡器中的方法，所述多频带均衡器补偿与预期的收听环境相关的异常。

Description

在高噪声环境中呈现的音频信号处理系统和方法

与相关申请的交叉参考

本申请是部分继续申请，并且根据35 U.S.C.§120，要求了2004年8月10日提交的美国专利申请No.10/914,234的优先权，将其整体引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在高噪声环境中实现高质量声音呈现的新颖的系统、方法和电路。特别是，本发明提供了用于处理音频信号的系统、方法和电路。本发明进一步提供了用于将调节硬编程到多频带均衡器中的方法，所述调整补偿与预期的收听环境相关的异常。

背景技术

在高噪声环境例如移动车辆中实现高质量声音呈现仍然特别具有挑战性。例如，这种环境中系统的低音响应通常不足。尽管可以通过均衡器放大低音响应来补偿这种不足，但是这种方法通常造成受抑制的高音响应，从而降低了声音质量。除了受抑制的高音之外，低音放大可能会有害地增大音频呈现的动态范围。在噪声环境中，在由噪声决定的音量下限(在移动车辆中通常大约为80dB)和由耳朵生理特性决定的音量上限(通常大约为110dB)之间存在很小的音频范围。增大在噪声环境中呈现的声音的动态范围可能在审美角度来说是不能接受的，因为声音级别接近耳朵的生理音量上限，导致不愉快、烦躁甚至痛苦的反应。因此，需要一种新的方法以在高噪声环境中进行高质量音频呈现。

通常的用户声音传感器例如商业的扬声器在大约600至1000周期中听觉上有效。为了补偿在此范围之外这种传感器的低效性能，系统通常采用各种可能非常昂贵的专用扬声器和放大器。补偿这种低效性能而不引入附加的并且通常非常昂贵的硬件的系统是很有优势的。

目前，电影中声音的动态范围在电影院大小的环境中产生并且进行混合。小环境中，例如家庭娱乐区域或者汽车中，的电影声音的高质量回放很困难。在小环境中，常常产生音频驻波，在驻波频率处产生令人烦躁的声学信号。在给定小环境中补偿这种特定驻波可以产生更高质量的音频呈现。

最后，与对电影声音和音乐的大量关注相比，电子视频游戏中的音频通常被随便的混合。这种随便的混合通常不能为听者提供完全而平衡的音频。在整个动态范围中扩展音频信号频率范围可以提供更高质量音频。

发明内容

本发明涉及用于在高噪声环境中实现高质量音频呈现的新颖系统、方法和电路。在一个方面中，本发明提供了处理音频信号的方法。在一个实施例中，所述系统包括主均衡器，其通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且在相反方向上调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在交叉频率范围之间交叠，在交叉范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及镜像均衡器，其产生与所述主均衡器基本上相反的效果。

在另一个实施例中，所述系统可以包括主均衡器，其通过降低与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且增大与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中所述降低和增大在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及镜像均衡器，其产生与所述主均衡器基本上相反的效果。

在一个可替换实施例中，所述系统可以包括主均衡器，其通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本上相反的效果；以及最终均衡器，其在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节信号的振幅。

在又一个实施例中，所述系统可以包括主均衡器，其通过降低与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且增大与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述降低和增大在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；镜像均衡器，其产生与所述主均衡器基本上相反的效果；以及最终均衡器，其在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节信号的振幅。

本发明的系统可以进一步包括响应于所述镜像均衡器的输出信号的扬声器系统。

在一个实施例中，所述交叉范围可以为大约600Hz至大约1000Hz。在另一个实施例中，所述主均衡器和镜像均衡器可以根据基本线性的频率函数而调节振幅。

在一个实施例中，所述压缩器可以通过衰减音频信号的高振幅部分而压缩音频信号。可替换的，所述压缩器可以通过放大音频信号的低振幅部分而压缩音频信号。在特定实施例中，所述压缩器可以将音频信号的动态范围压缩至低于大约10dB。

在另一个实施例中，所述主均衡器可以使用至少一个滤波器以调节音频信号的高频部分的振幅，并且所述镜像均衡器可以使用至少一个滤波器以产生与所述主均衡器对所述音频信号的所述高频部分的效果基本上相反的效果；其中，所述滤波器对音频信号可以具有基本上相等并且相反的效果。

可替换的，所述主均衡器可以使用至少一个滤波器以调节音频信号的低频部分的振幅，并且所述镜像均衡器可以使用至少一个滤波器以产生与所述主均衡器对所述音频信号的所述高频部分的效果基本上相反的效果；其中，所述滤波器对音频信号可以具有基本上相等并且相反的效果。

在一个实施例中，所述主均衡器可以在100Hz上将信号的低频部分的振幅降低大约10dB。在另一个实施例中，所述主均衡器可以在8kHz上将信号的高频部分的振幅增大大约8dB。

所述主均衡器可以在100Hz上将信号的低频部分的振幅增大大约10dB。可替换地，所述主均衡器可以在8kHz上将信号的高频部分的振幅降低大约8dB。

在又一个实施例中，所述镜像均衡器可以在100Hz上将信号的低频部分的振幅增大大约10dB。在另一个实施例中，所述镜像均衡器可以在8kHz上将信号的高频部分的振幅降低大约8dB。

在进一步实施例中，所述镜像均衡器可以在100Hz上将信号的低频部分的振幅降低大约10dB。可替换地，所述镜像均衡器可以在8kHz上将信号的高频部分的振幅增大大约8dB。

在另一个方面中，本发明提供了用于处理音频信号的方法。在一个实施例中，所述方法可以包括：通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而主均衡化音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩音频信号的动态范围；以及按照与所述主均衡化基本上相反的方式对音频信号进行镜像均衡化。

在另一个实施例中，所述方法可以包括：通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而主均衡化音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩音频信号的动态范围；按照与所述主均衡化基本上相反的方式对音频信号进行镜像均衡化；以及在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节信号的振幅。

在另一个方面中，本发明提供了用于处理音频信号的电路。在一个实施例中，所述电路包括主均衡器，其通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及镜像均衡器，其产生与所述主均衡器基本上相反的效果。

在可替换实施例中，所述电路可以包括主均衡器，其通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和在相反方向中的调节在一个频率范围之间交叠，在所述范围中产生基本上可以忽略的增益；压缩器，其通过压缩音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本上相反的效果；以及最终均衡器，其在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节信号的振幅。

在又一个方面中，本发明提供了用于将调节硬编程到至少一个多频带均衡器中的方法，所述调节补偿与预期的收听环境关联的异常。在一个实施例中，所述方法可以包括在所述预期的收听环境中呈现测试音频信号；从对所述测试音频信号的响应中检测与所述预期的收听环境关联的音频呈现异常；确定与所述音频信号异常关联的频率；在所述频率上调节振幅，以补偿所述多频带均衡器中的异常；以及将在所述频率上的所述调节硬编程到至少一个多频带均衡器中。

在可替换实施例中，所述方法可以包括在所述预期的收听环境中呈现测试音频信号，其中，所述测试音频信号从由宽带噪声和扫频组成的组中选出；从对所述测试音频信号的响应中检测与所述预期的收听环境关联的音频呈现异常，其中，所述异常是采用从由快速傅立叶分析仪和计算机频率分析仪组成的组中选出的设备检测出的；通过分析来自所述检测设备的结果，确定与所述音频信号异常关联的频率；采用所述多频带均衡器在所述频率上调节振幅，以补偿所述异常；以及将在所述频率上的所述调节硬编程到所述多频带均衡器中。

附图说明

图1为示例系统的示意图，其中均衡器、压缩器以及镜像均衡器耦合在一起；

图2为耦合在一起的均衡器、压缩器以及镜像均衡器的示意图，其中所述均衡器按照与图1所示相反方式放大和衰减；

图3为本发明一个实施例的详细示意图；

图4为与扬声器耦合的均衡器、压缩器以及镜像均衡器的示意图；

图5为顺次耦合在一起的均衡器、压缩器、镜像均衡器以及多频带均衡器的示意图；

图6为顺次耦合在一起的均衡器、压缩器、镜像均衡器以及放大器的示意图；

图7为检测异常、确定异常发生的频率以及在该频率下调节振幅的过程的示意图；

图8为耦合在一起的均衡器、压缩器、镜像均衡器以及最终均衡器的示意图；以及

图9为耦合在一起的均衡器、压缩器、镜像均衡器、最终均衡器、放大器、多频带均衡器以及扬声器的示意图。

具体实施方式

应当理解，本发明并不限于在此描述特定方法、混合物、材料、制造技术、使用以及应用，这是因为这些都可能发生变化。还应当理解，在此使用的术语仅是为了描述特定实施例，并不限制本发明的范围。还应当注意，在本说明书以及权利要求中描述的单数形式“一个”、“所述”包括多个指代，除非在上下文中清楚说明。因此，例如，“一个元件”表示一个或者多个元件并且包括本领域技术人员公知的等价物。类似的，作为另一示例，“一个步骤”或者“一个装置”表示一个或者多个步骤或者装置，并且可以包括子步骤和附属装置。使用的所有连接词应当尽可能理解为最具包含性的意义。因此，词语“或者”应当理解为具有逻辑“或”的定义而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文清楚说明。可以理解为近似的语言应当理解为近似，除非上下文清楚说明。

除非特别定义，在此使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的技术人员所理解的共同含义。描述了优选的方法、技术、设备和材料，尽管类似或者等价于在此描述内容的任何方法、技术、设备或者材料可以在实施或者测试本发明中使用。在此描述的结构应当理解为表示这些结构的功能等价物。在此引用的所有参考作为引用而完整结合于此。

在此描述的系统、方法和电路设计为提供音频信号从宽动态范围至窄动态范围的转换而不需要使得原始作品失真或者改变原始作品，并且还设计为补偿环境因素。该系统特别适合于在高噪声环境例如汽车、飞机、轮船、俱乐部、剧场、游乐场、购物中心等等中播放音乐、电影或者视频游戏。而且，本发明的系统、方法和电路通过对在人类耳朵和音频传感器的有效范围即大约600Hz和大约1000Hz之间以外的音频信号进行处理，而改善音频呈现。通过处理在此范围之外的音频，可以获得更加完整和宽广的呈现。

参考附图，图1是本发明一个实施例的示意图。所述系统包括主均衡器20，压缩器30，以及镜像均衡器40。各个单独组件的功能的图形表示在各个附图中显示。音频输入信号10输入到主均衡器20并且从镜像均衡器40产生增强后的音频输出信号50。该实施例中的主均衡器20接收音频输入信号10，衰减信号中与声音的低音频谱相对应部分的振幅，并且放大与声音的高音频谱相对应部分的信号振幅。例如，低音可听部分(100Hz附近)可以降低大约10dB，高音可听部分(8kHz附近)可以增大大约8dB，并且在两者之间的部分可以按照线性频率函数进行调节。各种适当的均衡器是本领域中公知的。在图3中的模块11中显示了一个模拟均衡器。

在所述高频放大和低频衰减之间的某个频率上，放大和衰减效果在交叉点处交叠。在此交叉点处，对音频信号的所述两种处理的效果互相准确抵消并且产生零的净增益。以此交叉点为中心的附近的一定频率范围中，所述两种处理基本抵消对音频信号的效果。在本发明的一个实施例中，该范围在大约600Hz和大约1000Hz之间。在此实施例中，所述交叉范围特别设计为在标准音频传感器和人类耳朵的有效范围之内。其他实施例可以根据特定应用需要而改变所述交叉点。

再次参考图1，主均衡器20供给压缩器30。压缩器与信号振幅成反比地放大和衰减信号。也就是说，对低振幅提供高放大(或者低衰减)，而对高振幅提供高压缩(或者低放大)。这样导致信号更低的动态范围。例如，信号的动态范围可以被降低到10dB或者更低。而且，在本发明另一个实施例中，压缩器可以比低振幅更多地衰减音频信号的高振幅。在另一个实施例中，压缩器可以比高振幅更多地放大音频信号的低振幅。各种适当的压缩器是本领域公知的。图3中的模块12显示了压缩器的一个示例。

再次参考图1，在压缩之后，音频信号提供给镜像均衡器40。镜像均衡器40提供与主均衡器20相反的功能。此处，在该特定实施例中，镜像均衡器增大信号中与声音低音频谱相对应部分的振幅，并且降低与声音高音频谱相对应的信号的振幅。所述镜像均衡器40还具有与主均衡器20的交叉点基本相同的交叉点。例如，低音可听部分(100Hz附近)可以被增大大约10dB，高音可听部分(大约8kHz)可以被降低大约8dB，并且两者之间的部分按照线性频率函数进行调节。主均衡器10和镜像均衡器30理想地选择为互补，从而它们具有相等并且相反的效果。图3中的模块13显示了镜像均衡器的一个实施例。

在主均衡化、压缩以及镜像均衡化之后，处理后的音频信号可以直接提供给扬声器系统、通过多通均衡器提供给扬声器系统、或者通过放大器提供给扬声器系统。由于低音部分在压缩之前可以被降低并且在压缩之后被增强，因此提供给扬声器的音频具有富含低音的频谱，并且不具有传统压缩遇到的抑制效果。并且，该实施例甚至通过小型扬声器系统例如具有小于10oz的磁体的扬声器系统产生丰富的声音。而且，由于通过压缩降低了动态范围，可以在有限的音量范围内呈现声音。例如，该系统可以在具有80dB噪声下限和110dB声音阈值的高噪声环境中舒适的呈现高质量声音。

图2显示了本发明的另一个实施例。该实施例类似于图1所示实施例。在该实施例中，主均衡器20接收音频输入信号10，放大信号中与声音低音频谱相对应部分的振幅，并且衰减与声音高音频谱相对应的信号的振幅。图2中的实施例放大图1实施例所衰减的信号。相反地，图2中的实施例衰减图1实施例所放大的信号。图4中的镜像均衡器也具有与图1所示镜像均衡器相反的功能。

图3为本发明一个特定实施例的图示。该实施例显示了通过模拟元件实施。在模块11中显示了均衡器，模块12中显示了压缩器，模块13中显示了镜像均衡器，在模块20中显示了可选的电源，并且在模块21中显示了10通道均衡器。所有元件均显示为标准的商业可用的组件。各个单独模块可以实施为本领域中公知的其他合适的替代物。

图4显示了本发明的另一个实施例。图4显示了与扬声器系统60耦合的图1所示实施例。

图5显示了本发明的另一个实施例。在该实施例中，多相位均衡器100在音频信号输出50之前与镜像均衡器40耦合。在本发明的进一步实施例中，从多频带均衡器100输出到扬声器系统的信号未在附图中显示。

图6显示了本发明的另一个实施例。在该实施例中，放大器110在输出50之前耦合到镜像均衡器40。在本发明的进一步实施例中，从放大器110至扬声器系统的信号输出未在附图中显示。

图7显示了本发明的另一个实施例。在图7中，引入了音频呈现响应15，并且通过处理70检测音频呈现中的异常。具有音频异常的所述信号的图形表示显示在处理70的图示中。注意在频率71处音频呈现的超大振幅。某些信号可能呈现多个异常或者没有异常。例如，特定收听环境可能产生这种异常音频响应，例如来自于驻波的异常音频响应。例如，所述驻波常常在小收听环境例如汽车中产生。汽车的长度例如大约为400个周期。在这种环境中，在该频率上建立某些驻波，而在低于该频率时也建立某些驻波。驻波在其频率上提供放大信号，其可能产生令人烦躁的声音信号。图7为了简化起见仅显示了一个异常。因此，处理70检测信号中的异常呈现，例如由于驻波导致的在给定频率上的放大的信号部分。接着，处理80确定这种异常音频呈现发生的频率81。在附图中，81指向异常音频呈现发生的频率在图示上的点。一旦确定了异常呈现发生的频率，就将减小此频率上该信号的振幅，如90中所示。注意在图示90中的功能性表示中，将异常高的振幅降低，这就补偿了音频呈现中的异常。相同尺寸、形状并且具有相同特性的汽车例如相同型号的汽车可能呈现相同的异常。在进一步实施例中，所述频率和执行的调整量可以在均衡器中预设，以便降低收听环境中将来呈现的异常响应。例如，在某个型号汽车中异常响应的频率和调整量可以在实现在汽车音频系统中的均衡器中预设，以便补偿这些声学异常。

图8显示了具有最终均衡器70的图1所示本发明实施例，所述最终均衡器70在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节音频信号的振幅。

图9显示了图8所示实施例，并且其具有放大器110进行音频放大，多频带均衡器100进行进一步精细调谐，以及扬声器系统60进行声音呈现。

本发明的实施例是基于如下假设的，即大多数音频传感器在大约600Hz和1000Hz之间有效。而且，人类耳朵在此范围内最有效。由于这种有效性，本发明可以在该范围之外进行多数音频处理，从而改善声音呈现的总体质量。

本发明的一个实施例提供了一种用于处理音频信号的系统，具有主均衡器、压缩器以及镜像均衡器。主均衡器通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅，来产生均衡的音频信号。这些调节在基本上线性的频率函数中进行。上述对低频信号部分的调节和沿相反方向对高频信号部分的调节在一定频率范围之间交叠，在该范围中产生基本上可以忽略的增益。这些调节交叠的点是交叉点，并且产生零增益。在该点附近的范围是交叉范围。例如，该交叉点可以在大约600Hz至1000Hz之间。一个实施例可以进一步包括压缩器，所述压缩器通过衰减高振幅信号、放大低振幅信号或者二者结合以压缩音频信号的动态范围，从而产生压缩后的音频信号。所述压缩器可以将音频信号的动态范围压缩至低于大约10db。最后，镜像均衡器在音频信号上产生与所述主均衡器完全相反的效果。该镜像均衡器具有与主均衡器基本上相同的交叉点和交叉范围。

在此交叉点，主均衡器和镜像均衡器中的两个调节在音频信号上产生的效果互相准确抵消并且产生零净增益。交叉频率范围以此交叉点为中心，在此两个调节基本抵消其对于音频信号的效果。在本发明一个实施例中，该交叉范围大约在600Hz至大约1000Hz之间。在此实施例中，所述交叉范围可以特别设计为在标准音频传感器和人类耳朵的有效范围之内。其他实施例可以根据特定应用而改变所述交叉点。

在本发明一个特定实施例中，主均衡器增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。镜像均衡器执行相反处理；它衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。在各个均衡器中，在高频增强和低频衰减之间的同一频率处，增强和衰减的效果在此交叉点交叠。

在本发明的另一个特定实施例中，主均衡器衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。镜像均衡器执行相反处理；。它增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。

在所述系统的又一个特定实施例中，主均衡器和镜像均衡器使用至少一个滤波器。例如，所述均衡器可以使用高通滤波器和低通滤波器。在主均衡器中操作音频信号的高频部分的滤波器在音频信号上产生与镜像均衡器中滤波器相等并且相反的效果。也就是说，如果主均衡器中的高频滤波器在8kHz增强信号8db，则镜像均衡器中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db。例如，如果主均衡器中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db，则镜像均衡器中的高频滤波器在8kHz增强信号8db。例如，如果主均衡器中的低频滤波器在100Hz增强信号10db，则镜像均衡器中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db。最后，例如，如果主均衡器中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db，则镜像均衡器中的低频滤波器在100Hz增强信号10db。在这些频率之间，滤波器按照基本上线性的频率函数进行增强和衰减。

所述系统的另一个实施例包括最终均衡器，其在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节音频信号的振幅。这些频率预先检测为与音频异常(例如驻波)以及重音频率和吸收频率关联。所述频率和执行的调节量可以在所述最终均衡器中预设，以便降低任何异常响应。因此，在具有最终均衡器的环境中通过该最终均衡器播放的音频信号可以呈现不具有与收听环境关联的异常的音乐。

所述系统的另一个实施例可以在主均衡化、压缩以及镜像均衡化之后提供音频信号给放大器。所述系统还可以提供音频信号给多频带均衡器以进行精细调节。所述系统还可以提供音频信号给扬声器。这三个组件可以按照任何组合实施，并且可以采用或者不采用其中任意组件。

本发明的另一个实施例提供了一种用于处理音频信号的方法，包括主均衡化步骤，压缩步骤，以及镜像均衡化步骤。主均衡化步骤通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号。这些调节采用基本上线性的频率函数进行。通过所述方法，上述对低频信号部分的调节和相反方向上对高频信号部分的调节在一个频率范围之间交叠，在该范围中产生基本可以忽略的增益。例如，在一种方法中，该交叉点可以在大约600Hz至1000Hz之间。该方法进一步包括压缩步骤，该压缩步骤通过衰减高振幅信号、放大低振幅信号或者二者结合以压缩音频信号的动态范围，从而产生压缩后的音频信号。根据本发明一个实施例的方法中的压缩步骤可以将音频信号的动态范围压缩至低于大约10db。该方法的最终步骤是镜像均衡化步骤，产生与所述主均衡化步骤基本相反的效果。该镜像均衡化步骤具有与主均衡化步骤基本相同的交叉范围。

在本发明一个特定实施例中，主均衡化步骤增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。镜像均衡化步骤执行相反处理；它衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。在各个均衡化步骤中，在高频增强和低频衰减之间的某个频率处，增强和衰减的效果在此交叉点交叠并且产生零净增益。

在本发明的另一个特定实施例中，主均衡化步骤衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。镜像均衡化步骤执行相反处理；它增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。所述实施例还具有根据特定应用选择的交叉点和交叉范围。

本发明的另一个实施例包括最终均衡化步骤，其在镜像均衡化步骤之后，在预先确定为和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节音频信号的振幅。这些频率预先检测为与声学异常关联。所述频率和执行的调节量可以在该步骤中预设，以便降低任何异常响应。因此，在具有最终均衡化步骤的环境中通过该最终均衡化步骤播放的音频信号可以呈现不具有异常的音乐。

本发明的方法可以通过任何数量的处理器执行。它可以通过计算机、计算机软件、电子电路、编程为执行所述步骤的电子芯片或者执行所述方法的任何其他装置来实现。

在本发明的一个方法中，主均衡化和镜像均衡化步骤可以使用至少一个滤波器。在主均衡化步骤和镜像均衡化步骤中操作音频信号的高频部分的滤波器产生相等并且相反的效果。也就是说，如果主均衡化步骤中的高频滤波器在8kHz增强信号8db，则镜像均衡化步骤中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db。例如，如果主均衡化步骤中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db，则镜像均衡化步骤中的高频滤波器在8kHz增强信号8db。例如，如果主均衡化步骤中的低频滤波器在100Hz增强信号10db，则镜像均衡化步骤中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db。最后，例如，如果主均衡化步骤中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db，则镜像均衡化步骤中的低频滤波器在100Hz增强信号10db。在这些频率之间，滤波器按照基本线性的频率函数进行增强和衰减。

本发明的另一个实施例提供了一种用于处理音频信号的电路，具有主均衡器，压缩器，以及镜像均衡器。主均衡器通过调节与可听低音声音相对应的音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号。这些调节采用基本线性的频率函数进行。在所述电路中，上述对低频信号部分的调节和沿相反方向对高频信号部分的调节在一个频率范围之间交叠，在该范围中产生基本可以忽略的增益。所述电路可以进一步包括压缩器，所述压缩器通过衰减高振幅信号、放大低振幅信号或者二者结合以压缩音频信号的动态范围，从而产生压缩后的音频信号。例如，该电路中的所述压缩器可以将音频信号的动态范围压缩至低于大约10db。最后，该实施例的电路包括镜像均衡器，其产生与所述主均衡器基本相反的效果，并且具有与主均衡器基本相同的交叉范围。

该电路中的主均衡器和镜像均衡器具有匹配的交叉点和匹配的交叉范围。在此交叉点，这两种调节对于音频信号的效果互相准确抵消，并且产生零净增益。以此交叉点为中心的附近是所述交叉范围。在本发明的一个实施例中，该交叉范围在大约600Hz和大约1000Hz之间。在此实施例中，所述交叉范围特别设计为在标准音频传感器和人类耳朵的有效范围之内。其他实施例可以根据特定应用需要而改变所述交叉点。

在本发明一个特定实施例中，主均衡器增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。镜像均衡器执行相反处理；它衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。在各个均衡器中，在高频增强和低频衰减之间的某个频率处，增强和衰减的效果在此交叉点交叠。

在本发明的另一个特定实施例中，主均衡器衰减音频信号的高频部分，并且增强音频信号的低频部分。镜像均衡器执行相反处理；它增强音频信号的高频部分，并且衰减音频信号的低频部分。在各个均衡器中，在高频增强或者衰减和低频衰减或者增强之间的某个频率处，两种处理的效果在此交叉点交叠。

本发明的电路可以包括最终均衡器，其在镜像均衡化之后，在预期确定的和与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节音频信号的振幅。这些频率预先检测为与音频异常关联并且被硬编程在该电路中。所述频率和执行的调节量可以在所述最终均衡器中预设，以便降低任何异常响应。因此，在具有最终均衡器的环境中通过该最终均衡器播放的音频信号可以呈现不具有与收听环境关联的异常的音乐。

根据本发明该实施例的电路可以实施在数字电路、模拟电路或者其结合中。该电路的任何部分、均衡器或者压缩器可以单独为数字或者模拟的，并且可以耦合在一起。本领域技术人员了解可以实施产生权利要求结果的各种压缩器和均衡器电路。

在本发明的电路中，主均衡器和镜像均衡器使用至少一个滤波器。在主均衡器和镜像均衡器中操作音频信号的高频部分的滤波器产生相等并且相反的效果。也就是说，如果主均衡器中的高频滤波器在8kHz增强信号8db，则镜像均衡器中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db。例如，如果主均衡器中的高频滤波器在8kHz衰减信号8db，则镜像均衡器中的高频滤波器在8kHz增强信号8db。例如，如果主均衡器中的低频滤波器在100Hz增强信号10db，则镜像均衡器中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db。最后，例如，如果主均衡器中的低频滤波器在100Hz衰减信号10db，则镜像均衡器中的低频滤波器在100Hz增强信号10db。在这些频率之间，滤波器按照基本线性的频率函数进行增强和衰减。

在本发明的另一个实施例中，所述电路可以在主均衡化、压缩以及镜像均衡化之后提供音频信号给放大器。所述电路还可以提供音频信号给多相位均衡器以进行精细调节。所述系统还可以提供音频信号给扬声器。这三个组件可以按照任何组合实施，并且可以采用或者不采用其中任意组件。

本发明的进一步实施例为将调节硬编程到多频带均衡器中的方法，所述多频带均衡器补偿与预期的收听环境关联的异常。该方法包括几个步骤。第一步骤是提供测试音频信号至预期的收听环境中。该测试音频信号可以为宽带噪声、频率扫描或者本领域中公知的任何其他测试信号。该测试音频信号可以为著名的音乐并且呈现公知的响应。该方法中的下一个步骤是从对所述测试音频信号的响应中检测与预期的收听环境关联的音频呈现异常。该步骤可以通过快速傅立叶分析仪、计算机频率分析仪或者在宽频率范围上分析音频信号的振幅响应的任何其他系统来执行。通过分析从收听环境返回的响应，可以确定环境中产生驻波的频率，被环境加强的频率，被环境吸收的频率，或者任何由于呈现环境导致的其他类型异常响应。一旦异常的频率和异常的大小已知，就可以调节多频带均衡器以便补偿这些异常。最后，这些设定频率上所述调节的量可以硬编程到多频带均衡器或者一组多频带均衡器中。硬编程设置不能被将来用户改变的值。这些值可以存储在某个存储设备中或者可以对其进行物理设置。因此，通过在预期的收听环境或者合理的类似环境中所使用的系统中使用所述多频带均衡器，可以呈现不具有环境异常的音乐。

例如，本发明的一个特定实施例包括开发一种多频带均衡器，其具有硬编程的调节，用于补偿与一种型号汽车关联的异常。相同型号汽车由于其相似尺寸、形状、结构装饰、扬声器设置、扬声器质量以及扬声器尺寸等等可能呈现非常相似的收听异常。在一种型号汽车内，用户可以通过汽车音频系统播放测试信号来执行本实施例的方法。在播放所述测试信号时，具有频率响应软件和硬件例如快速傅立叶分析软件的计算机可以检测环境对测试信号的异常响应。所述系统可以检测由于汽车的小尺寸而产生的驻波，它可以检测由汽车内的材料加强或者吸收的频率，或者它可以检测通过汽车形状产生的衍射效果。一旦这些异常被检测到，就记录异常的频率和大小并且在这些频率上在多频带均衡器中执行适量的调节。所述方法可以重复进行直到与环境相关的异常被合理地调节。在各个频率上的调节量可以与频率一起记录。然后将这些值硬编程到均衡器中，并且在相同型号汽车的音频系统中实施。通过所述方法，各个汽车最终可以实现呈现不具有异常的声音的音频系统。

应当理解，上述实施例仅示例了若干可能的特定实施例，可以表示本发明的原理的应用。在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明各种不同的其他使用对于本领域技术人员来说是显见的。

Claims (26)

1、一种用于处理音频信号的系统，包括：

主均衡器，通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉频率范围之间交叠，在所述交叉范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果。

2、根据权利要求1所述的系统，其中，所述交叉范围是大约600Hz至大约1000Hz。

3、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器和所述镜像均衡器根据基本线性的频率函数调节振幅。

4、根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩器通过衰减所述音频信号的高振幅部分而压缩所述音频信号。

5、根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩器通过放大所述音频信号的低振幅部分而压缩所述音频信号。

6、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器使用至少一个滤波器来调节所述音频信号的所述高频部分的振幅，并且所述镜像均衡器也使用至少一个滤波器来产生与所述主均衡器对所述音频信号的所述高频部分的效果基本相反的效果，其中，所述滤波器对所述音频信号具有基本相等并且相反的效果。

7、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器使用至少一个滤波器来调节所述音频信号的所述低频部分的振幅，并且所述镜像均衡器也使用至少一个滤波器来产生与所述主均衡器对所述音频信号的所述低频部分的效果基本相反的效果，其中，所述滤波器对所述音频信号具有相等并且相反的效果。

8、根据权利要求1所述的系统，还包括响应于所述镜像均衡化的所述输出信号的扬声器系统。

9、根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩器将所述音频信号的动态范围压缩至低于大约10dB。

10、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器在100Hz上将所述信号的所述低频部分的振幅降低大约10dB。

11、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器在8kHz上将所述信号的所述高频部分的振幅增加大约8dB。

12、根据权利要求1所述的系统，其中，所述镜像均衡器在100Hz上将所述信号的所述低频部分的振幅增加大约10dB。

13、根据权利要求1所述的系统，其中，所述镜像均衡器在8kHz上将所述信号的所述高频部分的振幅降低大约8dB。

14、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器在100Hz上将所述信号的所述低频部分的振幅增加大约10dB。

15、根据权利要求1所述的系统，其中，所述主均衡器在8kHz上将所述信号的所述高频部分的振幅降低大约8dB。

16、根据权利要求1所述的系统，其中，所述镜像均衡器在100Hz上将所述信号的所述低频部分的振幅降低大约10dB。

17、根据权利要求1所述的系统，其中，所述镜像均衡器在8kHz上将所述信号的所述高频部分的振幅增加大约8dB。

18、一种用于处理音频信号的系统，包括：

主均衡器，通过降低与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且增加与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述降低和增加在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果。

19、一种用于处理音频信号的系统，包括：

主均衡器，通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果；以及

最终均衡器，在预先确定为与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节所述信号的振幅。

20、一种用于处理音频信号的系统，包括：

主均衡器，通过降低与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且增加与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述降低和增加在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果；以及

最终均衡器，在预先确定为与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节所述信号的振幅。

21、一种用于处理音频信号的方法，包括步骤：

通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而主均衡化所述音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩所述音频信号的动态范围；以及

按照与所述主均衡化基本相反的方式对所述音频信号进行镜像均衡化。

22、一种用于处理音频信号的方法，包括步骤：

通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而主均衡化所述音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩所述音频信号的动态范围；

按照与所述主均衡化基本相反的方式对所述音频信号进行镜像均衡化；以及

在预先确定为与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节所述信号的振幅。

23、一种用于处理音频信号的电路，包括：

主均衡器，通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；以及

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果。

24、一种用于处理音频信号的电路，包括：

主均衡器，通过调节与可听低音声音相对应的所述音频信号低频部分的振幅并且沿相反方向调节与可听高音声音相对应的所述音频信号高频部分的振幅而产生均衡的音频信号，其中，所述调节和所述沿相反方向的调节在一个交叉范围之间交叠，在所述范围中产生基本可以忽略的增益；

压缩器，通过压缩所述音频信号的动态范围而产生压缩后的音频信号；

镜像均衡器，产生与所述主均衡器基本相反的效果；以及

最终均衡器，在预先确定为与预期的收听环境关联的声音呈现异常相关的频率上调节所述信号的振幅。

25、一种用于将调节硬编程到至少一个多频带均衡器中的方法，所述多频带均衡器补偿与预期的收听环境关联的异常，所述方法包括步骤：

在所述预期的收听环境中呈现测试音频信号；

从对所述测试音频信号的响应中检测与所述预期的收听环境关联的音频呈现异常；

确定与所述音频信号的所述异常关联的频率；

在所述多频带均衡器中在所述频率上调节振幅以补偿所述异常；以及

将在所述频率上的所述调节硬编程到至少一个多频带均衡器中。

26、一种用于将调节硬编程到多频带均衡器中的方法，所述多频带均衡器补偿与预期的收听环境关联的异常，所述方法包括步骤：

在所述预期的收听环境中呈现测试音频信号，其中，所述测试音频信号从由宽带噪声和频率扫描组成的组中选出；

从对所述测试音频信号的响应中检测与所述预期的收听环境关联的音频呈现异常，其中，所述异常是采用从由快速傅立叶分析仪和计算机频率分析仪组成的组中选择的设备进行检测的；

通过分析来自所述检测设备的结果而确定与所述音频信号的所述异常关联的频率；

采用所述多频带均衡器在所述频率上调节振幅，以补偿所述异常；以及

将在所述频率上的所述调节硬编程到所述多频带均衡器中。

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