CN102077609A - 声学处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种声学处理设备，其通过能够不依赖于声源的特性而将与听众的感觉相对应的声学处理添加至音频信号，使得再现就听觉而言音质良好的音频信号。该声学处理设备(1)配置有：增益计算部(5)，用于根据预定声学特性计算增益校正量；偏移增益计算部(6)，用于基于由频率分析部(3)分析得到的音频信号的频率特性来计算增益偏移量；声学信号生成部(7)，用于基于增益校正量和增益偏移量来生成声学信号；以及声学添加部(8)，用于将所生成的声学信号添加至音频信号。

Description

声学处理装置
技术领域
本发明涉及声学处理装置，并且更具体地，涉及能够根据基于听觉特性的增益校正量和基于音频信号的频率特性的增益偏移量来对音频信号应用声学处理的声学处理装置。
背景技术
传统上，已知有作为用于校正相对于音量的听觉灵敏度的装置的响度控制器(例如，参考专利文献1)。该响度控制器将音频信号的频带分割成低频范围、中频范围和高频范围这三个范围，然后与主音量连动地改变低频范围、中频范围和高频范围的增益，并且合成各频率范围的音频信号以实现听觉灵敏度的校正。由此，通过使各频带的音量追随整体音量变化来实现响度特性。也就是说，通过使音质、均衡控制、衰减器控制等与整体音量变化连动，可以实现最佳的声学环境。特别地，可以实现还考虑到车载应用等所需的特殊再现条件的听觉灵敏度校正。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本特开2000-197182号公报(第4-5页，图1)
发明内容
技术问题
然而，音乐包括诸如古典乐、流行乐和摇滚乐等的各种类别，并且音频信号(声源)中的低频级或高频级根据类别而被预先增强。当对预先增强了预定频带级的音频信号应用响度校正时，低频范围或高频范围有可能被过度增强。
在听众聆听低频范围或高频范围被过度增强的音频信号时，在听觉上音乐可能变得难听。此外，可能从扬声器产生失真声音，从而使音质劣化。
此外，听觉灵敏度随着年龄而变化，并且特别是在老年人中，高频范围的动态范围趋于变窄。因而，在低频级或高频级较高的情况下，音乐可能给老年人带来不适感。此外，在低频级或高频级较低的情况下，可能难以听到音乐。
考虑到以上问题作出了本发明，并且本发明的目的是提供如下的声学处理装置：无论声源特性如何，都能够应用与听众的感觉相匹配的声学处理，从而再现在听觉上音质良好的音频信号。
用于解决问题的方案
为了解决以上问题，根据本发明，提供一种声学处理装置，包括：增益计算部，用于基于音频信号的信号级来计算与预定听觉特性相对应的增益校正量；频率分析部，用于分析所述音频信号的频率；偏移增益计算部，用于基于由所述频率分析部分析得到的所述音频信号的频率特性，计算针对所述音频信号的增益偏移量；声学信号生成部，用于基于由所述增益计算部计算出的增益校正量和由所述偏移增益计算部计算出的增益偏移量，生成要添加至所述音频信号的声学信号；以及声学添加部，用于将由所述声学信号生成部所生成的声学信号添加至所述音频信号。
根据本发明的声学处理装置，可以根据基于音频信号的频率特性计算出的增益偏移量和基于听觉特性计算出的增益校正量来对音频信号应用声学处理。因而，可以进行与音频信号的频率特性相对应的最佳的声学处理，同样，可以对音频信号进行声学处理，以使得再现就听觉而言音质良好的音频信号。
此外，在所述声学处理装置中，所述增益计算部将所述音频信号的频率分割成多个频带，并且针对各频带计算所述增益校正量，所述偏移增益计算部针对通过在所述增益计算部中进行频率分割所获得的各频带，计算所述增益偏移量，所述声学信号生成部基于由所述增益计算部计算出的各频带的增益校正量和由所述偏移增益计算部计算出的各频带的增益偏移量，针对各频带生成要添加至所述音频信号的声学信号，以及所述声学添加部将由所述声学信号生成部所生成的各频带的声学信号添加至相应频带的音频信号。
如上所述，声学信号生成部基于针对各频带所计算出的增益校正量和与该增益校正量相对应的增益偏移量，针对所获得的各频带对音频信号应用声学处理。结果，即使在指定频带的信号级已被增强或减弱的情况下，也可以对各相关频带应用声学处理。
例如，可能存在音频信号的高频范围或低频范围根据声源的类别已被预先增强的情况。当在这种情形下对高频范围或低频范围应用响度校正时，输出声音可能失真，音质可能劣化，或者就听觉而言声音可能变得难听。在这种情况下，通过并非在全频范围中而是在相关的高频范围或低频范围中降低音量等，可以提高整体声学特性。
此外，在所述声学处理装置中，所述频率分析部基于所述音频信号的频率范围中的信号级的变化，计算通过所述频率分割所获得的各频带的信号级状态，以及所述偏移增益计算部基于由所述频率分析部计算出的各频带的信号级状态，针对各频带计算所述音频信号的增益偏移量。
如上所述，偏移增益计算部基于由频率分析部针对各频带所计算出的信号级状态，针对各频带计算增益偏移量。结果，可以针对各频带对音频信号应用与该音频信号的频率特性相对应的声学处理。
例如，频率分析部基于相对于全频的信号级的信号级状态来判断低频信号级，由此判断例如仅低频范围相对于全频范围被过度增强的状态。通过根据基于频率的信号级状态计算增益偏移量，可以校正局部的信号级的增大或减小。
此外，在所述声学处理装置中，在所述频率分析部判断为所述音频信号在预定频带中的信号级相对于所述音频信号的全频较高的情况下，所述偏移增益计算部计算能够使所述预定频带中的信号级减小的增益偏移量。
如上所述，当根据音频信号的频率特性进行声学处理时，偏移增益计算部计算能够使信号级相对于全频的信号级较高的频带的信号级减小的增益偏移量。也就是说，基于计算出的增益偏移量，可以减小音频信号中局部增强的频带的信号级。此外，可以实现使整体音频信号均衡的校正处理。特别地，经常是音频信号的低频范围或高频范围根据音乐的类别而被增强的情况。因而，在低频范围或高频范围被过度增强的情况下，仅使增强部分减弱，由此使整体音频信号最优化。
此外，在所述声学处理装置中，在所述频率分析部判断为所述音频信号在预定频带中的信号级相对于所述音频信号的全频较低的情况下，所述偏移增益计算部计算能够使所述预定频带中的信号级增大的增益偏移量。
如上所述，当根据音频信号的频率特性进行声学处理时，偏移增益计算部计算能够使信号级相对于全频的信号级较低的频带的信号级增大的增益偏移量。也就是说，基于计算出的增益偏移量，可以增大音频信号中局部减弱的频带的信号级。因而，可以实现使整体音频信号均衡的校正处理。
此外，在所述声学处理装置中，在所述音频信号的信号级高的情况下，所述增益计算部计算能够使所述音频信号的信号级减小的增益校正量，以及在所述音频信号的信号级低的情况下，所述增益计算部计算能够使所述音频信号的信号级增大的增益校正量。
如上所述，增益计算部基于音频信号的信号级来计算与预定的听觉特性相对应的增益校正量。在音频信号的信号级高的情况下，增益计算部计算使音频信号的信号级减小的增益校正量。结果，即使在音频信号的增益已经增强到基于该音频信号的声音就听觉而言给听众带来不适感这种程度的情况下，也可以有效地降低该增益，由此获得就听觉而言最佳的级。
在音频信号的信号级低的情况下，增益计算部计算使音频信号的信号级增大的增益校正量。结果，即使在音频信号的增益已经降低到难以聆听基于该音频信号的声音这种程度的情况下，也可以有效地增大增益，由此获得就听觉而言最佳的级。
此外，在所述声学处理装置中，所述增益计算部具有用于计算所述增益校正量的多个校正量计算滤波器，并且基于所述多个校正量计算滤波器中由听众所选择的校正量计算滤波器来计算所述增益校正量。
如上所述，增益计算部基于音频信号的信号级来计算与预定的听觉特性相对应的增益校正量。然而，听觉喜好针对各听众可能不同。因此，在增益计算部中准备了多个校正量计算滤波器，并且根据听众的选择来确定计算校正量要使用的校正量计算滤波器。结果，可以对音频信号应用与各听众的喜好相对应的声学处理。
此外，在所述声学处理装置中，所述多个校正量计算滤波器包括考虑到听众随着年龄而衰减的听力而使能听见的信号级阶梯式变化的多个计算滤波器。
如上所述，考虑到听众随着年龄而衰减的听力，设置了使能听见的信号级阶梯式变化的多个校正量计算滤波器。结果，可以进行与随着年龄而不同的听力相对应的声学处理。此外，可以将给听众带来不适感的音频信号或难以聆听的音频信号校正到对于听众而言良好的音质。
发明的有益效果
根据本发明的声学处理装置，可以根据基于音频信号的频率特性计算出的增益偏移量和基于听觉特性计算出的增益校正量来对音频信号应用声学处理。因而，可以进行与音频信号的频率特性相对应的最佳的声学处理，同样，可以对音频信号进行声学处理，以使得再现就听觉而言音质良好的音频信号。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的声学处理装置的示意结构的框图。
图2是示出根据本实施例的频率分析部的示意结构的框图。
图3的(a)和(b)是示出由根据本实施例的频率分析部中的FFT处理部进行了平均化处理和分贝转换的信号、最大值保持信号和基于该最大值保持信号计算出的一次回归分析(primary regression analysis)的图，其中，图3的(a)示出低频信号级低的声源的状态；并且图3的(b)示出低频信号级高的声源的状态。
图4的(a)和(b)是示出由根据本实施例的频率分析部中的FFT处理部进行了平均化处理和分贝转换的信号、最大值保持信号和基于该最大值保持信号计算出的一次回归分析的图，其中，图4的(a)示出高频信号级低的声源的状态；并且图4的(b)示出高频信号级高的声源的状态。
图5是以比较方式示出根据图3(a)、3(b)、4(a)和4(b)的图计算出的频率倾斜度、最大低频级值、截距值和差的表。
图6是示出根据本实施例的偏移增益计算部的示意结构的框图。
图7的(a)是示出在根据本实施例的偏移增益计算部的低频偏移增益计算部中基于差所设置的低频增益偏移量的图；并且图7的(b)是示出在根据本实施例的偏移增益计算部的高频偏移增益计算部中基于频率倾斜度所设置的高频增益偏移量的图。
图8是示出根据本实施例的增益计算部的示意结构的框图。
图9的(a)是示出在根据本实施例的增益计算部的低频查找表部中基于控制信号(输入信号)计算出的低频听觉校正量的图；并且图9的(b)是示出在根据本实施例的增益计算部的高频查找表部中基于控制信号(输入信号)计算出的高频听觉校正量的图。
图10是示出根据本实施例的增益设置部的示意结构的框图。
图11是示出根据本实施例的响度滤波器部的示意结构的框图。
图12的(a)和(b)是将根据本实施例的响度滤波器部的特性与在偏移增益计算部中设置的增益偏移量以及在增益计算部中使用的滤波器类型相对应地示出的图。
图13的(a)和(b)是将根据本实施例的响度滤波器部的特性与在偏移增益计算部中设置的增益偏移量以及在增益计算部中使用的滤波器类型相对应地示出的图。
附图标记说明
1声学处理装置
2音量设置部
3频率分析部
4延迟部
5增益计算部
6偏移增益计算部
7增益设置部(声学信号生成部)
8响度滤波器部(声学添加部)
11(频率分析部的)FFT处理部
12(频率分析部的)频带判断部
13(频率分析部的)回归分析部
21(偏移增益计算部的)低频偏移增益计算部
22(偏移增益计算部的)高频偏移增益计算部
23(偏移增益计算部的)第一平滑化滤波器部
24(偏移增益计算部的)第二平滑化滤波器部
31(增益计算部的)最大值检测/保持部
32(增益计算部的)低频起始/释放滤波器部
33(增益计算部的)高频起始/释放滤波器部
34(增益计算部的)低频查找表部
35(增益计算部的)高频查找表部
41(增益设置部的)第一加法部
42(增益设置部的)第二加法部
43(增益设置部的)低频级转换部
44(增益设置部的)高频级转换部
51(响度滤波器部的)第一响度滤波器部
53(第一响度滤波器部的)LPF部
54(第一响度滤波器部的)HPF部
55(第一响度滤波器部的)第一乘法部
56(第一响度滤波器部的)第二乘法部
57(第一响度滤波器部的)加法部
61(响度滤波器部的)第二响度滤波器部
63(第二响度滤波器部的)LPF部
64(第二响度滤波器部的)HPF部
65(第二响度滤波器部的)第一乘法部
66(第二响度滤波器部的)第二乘法部
67(第二响度滤波器部的)加法部
具体实施方式
将参考附图来详细说明根据本发明的声学处理装置。
采用根据本发明的声学处理装置的结构的音频装置可以是家用式音频装置或便携式音频装置。优选地，该音频装置应用于车载音频装置。
在车辆内部，产生诸如驱动噪声和行驶噪声等的各种类型的噪声。车载音频装置在这种环境下再现音乐，并且通常具有用于增强低频级或高频级从而防止要聆听的音乐受到噪声影响的均衡功能等。由于车辆内部是封闭空间，因此增强音频信号的低频级或高频级使得增强了音乐的现场感。
然而，可能存在音频信号的低频级或高频级根据音乐类别而被预先增强的情况。因而，当对预先增强了音频信号的低频级或高频级的音频信号应用均衡功能等时，可能进一步增强低频范围或高频范围。通过将根据本发明的声学处理装置应用于车载音频装置，可以防止增强后的低频范围或高频范围的增益被进一步增强，从而使得无论声源的特性如何，都再现在听觉上音质良好的音频信号。
图1是示出声学处理装置的示意结构的框图。声学处理装置1接收来自未示出的声源的音频信号(声学信号)作为输入。然后，声学处理装置1的功能部对该音频信号进行预定的声学处理，并且将该音频信号输出至诸如扬声器等的未示出的输出装置，以使得听众能够聆听基于该音频信号的声音。
如图1所示，声学处理装置1包括音量设置部2、频率分析部3、延迟部4、增益计算部5、偏移增益计算部6、增益设置部(声学信号生成部)7和响度滤波器部(声学添加部)8。
音量设置部和延迟部
音量设置部2用作用于设置/改变声源的信号级的控制器，并且对应于例如一般音频装置中的音量控制器。设置延迟部4，以用于校正由在增益计算部5中进行的声学处理所引起的延迟等。
频率分析部
如后面所述，频率分析部3对保持了最大值的音频信号进行回归分析。基于该回归分析的结果，频率分析部3计算频率倾斜度、截距值和低频信号级中的最大值。
如图2所示，频率分析部3包括FFT处理部11、频带判断部12和回归分析部13。
FFT处理部11按预定间隔对从声源输入的音频信号应用快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，以将该音频信号变换成频域信号。此外，FFT处理部11对频率转换后的音频信号应用平均化处理和分贝转换。之后，FFT处理部11针对各FFT样本进行对由此产生的音频信号中信号级的最大值的保持(进行最大值保持)。
频带判断部12基于预定阈值判断音频信号的带宽。例如，将该阈值设置为-80dB，这使得将普通听众能够聆听的带宽设置为处理对象。
回归分析部13对由FFT处理部11保持了其最大值的音频信号(FFT信号)应用一次回归分析。将回归分析部13的回归分析范围设置在作为下限频率的预设频率(例如，500Hz)和作为上限频率的由频带判断部12判断出的带宽之间。在所设置的频率范围中，回归分析部13基于进行了最大值保持的音频信号，计算表示音频信号的信号级和FFT点之间的对应关系的一次近似直线。
然后，基于计算出的一次近似直线，回归分析部13计算进行了最大值保持的音频信号中的频率(一次近似直线)的倾斜度和截距值(当FFT点为0时的信号级值)。此外，回归分析部13计算在比上述下限频率低的频率范围(比与下限频率相对应的FFT点低的FFT点)中由FFT处理部11进行了最大值保持的音频信号中的最大信号级(以下称为最大低频级值)。
图3(a)、3(b)、4(a)和4(b)是各自示出由FFT处理部11进行了平均化处理和分贝转换的信号、最大值保持信号和基于该最大值保持信号计算出的一次回归分析的图。图3(a)示出低频信号级低的声源的状态，图3(b)示出低频信号级高的声源的状态，图4(a)示出高频信号级低的声源的状态，并且图4(b)示出高频信号级高的声源的状态。
在图3(a)、3(b)、4(a)和4(b)中，FFT处理部11采用48kHz作为音频信号的采样率，采用256个点(样本)作为FFT样本数(FFT长度)，采用4帧(1帧是相当于FFT长度一半的128个点)作为平均化处理中的平均化数，并且在最大值保持时采用最大16帧。作为进行回归分析的范围的下限频率，预先设置500Hz(就FFT点而言，与3个点相对应)，并且回归分析部13进行3个样本(FFT点为0～3)的检测，作为该频率的进行了最大值保持的信号的最大值。
如图5所示，在图3(a)的低频信号级低的声源的情况下，分别计算出-0.41、-11和-22作为频率倾斜度、最大低频级值和截距值。在图3(b)的低频信号级高的声源的情况下，分别计算出-0.31、-1和-37作为频率倾斜度、最大低频级值和截距值。在图4(a)的高频信号级低的声源的情况下，分别计算出-0.41、-14和-30作为频率倾斜度、最大低频级值和截距值。在图4(b)的高频信号级高的情况下，分别计算出-0.09、-17和-31作为频率倾斜度、最大低频级值和截距值。
偏移增益计算部
偏移增益计算部6用于根据音频信号的低频信号级和高频信号级来计算最佳增益偏移量。
如图6所示，偏移增益计算部6包括低频偏移增益计算部21、高频偏移增益计算部22、第一平滑化滤波器部23和第二平滑化滤波器部24。
低频偏移增益计算部21基于由频率分析部3计算出的最大低频级值和截距值，计算信号级的差。图5的表示出各自均通过从最大低频级值中减去截距值所获得的与图3(a)、3(b)、4(a)和4(b)的声源有关的差。在图3(a)、3(b)、4(a)和4(b)的情况下，差值分别为11、36、16和14。
基于计算出的差，低频偏移增益计算部21设置低频范围中的增益偏移量。
图7(a)是示出在低频偏移增益计算部21中基于差所设置的低频增益偏移量的图。如图7(a)所示，在随着由该差表示的信号级的增大而使低频信号级相对于音频信号的全频增大时，将低频增益偏移量设置得较低。
如上所述，通过在声源的低频信号级已预先增大的情况下积极减少低频增益偏移量，可以减小在后面要说明的增益设置部7中要进行加法处理的低频信号级。另一方面，通过在声源的低频信号级已预先减小的情况下积极增加低频增益偏移量，可以增大在后面要说明的增益设置部7中要进行加法处理的低频信号级。
然而，在差为30dB以上的情况下，将低频增益偏移量设置为-6dB，并且在差为-10dB以下的情况下，将低频增益偏移量设置为6dB。这是因为：当低频增益偏移量根据差值而无限增加/减少时，低频音频信号被过度增强或减弱，从而抑制了良好的声学处理。
高频偏移增益计算部22基于由频率分析部3计算出的频率倾斜度来设置高频增益偏移量。
图7(b)是示出在高频偏移增益计算部22中基于频率倾斜度所设置的高频增益偏移量的图。如图7(b)所示，在随着频率倾斜度的减小(倾斜度为0以下)而使高频信号级减小时，将高频增益偏移量设置得较高。
如上所述，通过在声源的高频信号级已预先减小的情况下积极增加高频增益偏移量，可以增大在后面要说明的增益设置部7中要进行加法处理的高频信号级。另一方面，通过在声源的高频信号级已预先增大的情况下积极减少高频增益偏移量，可以减小在后面要说明的增益设置部7中要进行加法处理的高频信号级。
然而，在倾斜度为0以上的情况下，将高频增益偏移量设置为-6dB，并且在倾斜度为-1以下的情况下，将高频增益偏移量设置为6dB。这是因为：当高频增益偏移量根据倾斜度而无限增加/减少时，高频音频信号被过度增强或减弱，从而抑制了良好的声学处理。
第一平滑化滤波器部23和第二平滑化滤波器部24进行用于对与音频信号的频率特性相对应地变化的低频增益偏移量和高频增益偏移量进行平滑化的滤波处理。
增益计算部
增益计算部5用于根据听众的听觉特性(年龄或喜好)来对音频信号应用听觉校正。
如图8所示，增益计算部5包括最大值检测/保持部31、低频起始/释放滤波器部32、高频起始/释放滤波器部33、低频查找表部34和高频查找表部35。
最大值检测/保持部31计算从音量设置部2输入的音频信号的绝对值。计算绝对值使得将值向着正侧和负侧变化的音频信号看作为正值。最大值检测/保持部31按预定时间间隔检测所计算出的绝对值的最大值，并且将所检测到的最大值保持预定时间段，以使得将所输入的音频信号作为控制信号输出。
低频起始/释放滤波器部32和高频起始/释放滤波器部33从最大值检测/保持部31获取控制信号，并对所获取的控制信号应用滤波处理，从而获得与预先设置的起始时间和释放时间相对应的应答速度，以由此对控制信号进行平滑化。
低频查找表部34通过使用低通滤波器(校正量计算滤波器)对由低频起始/释放滤波器部32进行平滑化后的控制信号(输入信号)进行级转换，由此将针对信号级的低频增益校正量设置为低频听觉校正量。同样地，高频查找表部35通过使用高通滤波器(校正量计算滤波器)对由高频起始/释放滤波器部33进行平滑化后的控制信号进行级转换，由此将针对信号级的高频增益校正量设置为高频听觉校正量。根据听觉特性分别准备了多个在低频查找表部34中使用的低通滤波器和在高频查找表部35中使用的高通滤波器，从而根据听众的年龄或喜好任意选择这些低通滤波器和高通滤波器。
图9(a)是示出低频查找表部34中的低频听觉校正量的图。更具体地，图9(a)示出通过使用与随着听众年龄而变化的听觉特性相对应的三个低频滤波器(年龄A用滤波器、年龄B用滤波器和年龄C用滤波器)计算出的校正量。
如图9(a)所示，低频查找表部34中的低频听觉校正量按年龄C＞年龄B＞年龄A的顺序，即随着年龄的增加，相对于输入信号的信号级增大。因而，低频动态范围的压缩率随着年龄而增大。通常，聆听低频声音的能力随着年龄而衰减。因此，当通过随着年龄增大低频信号级的校正量来增大低频动态范围的压缩率时，可以提高听觉特性。
在图9(a)中，将年龄A的低频听觉校正量的上限设置为20dB，将年龄B的低频听觉校正量的上限设置为22dB，并且将年龄C的低频听觉校正量的上限设置为24dB。按照如上所述对上限的设置使得能够防止根据信号级所设置的低频听觉校正量无限增大，并防止该低频听觉校正量超过适当的低频听觉校正量。
图9(b)是示出高频查找表部35中的高频听觉校正量的图。更具体地，与图9(a)的情况相同，图9(b)示出通过使用三个高通滤波器(年龄A用滤波器、年龄B用滤波器和年龄C用滤波器)所计算出的校正量。
如图9(b)所示，高频查找表部35中的高频听觉校正量按年龄C＞年龄B＞年龄A的顺序，即随着年龄的增加，相对于输入信号的信号级增大。因而，高频动态范围的压缩率随着年龄而增大。通常，聆听高频声音的能力随着年龄而衰减。因此，当通过随着年龄增大高频信号级的校正量来增大高频动态范围的压缩率时，可以提高听觉特性。
在图9(b)中，将年龄A的高频听觉校正量的上限设置为18dB，将年龄B的高频听觉校正量的上限设置为22dB，并且将年龄C的高频听觉校正量的上限设置为26dB。按照如上所述对上限的设置使得能够防止根据信号级所设置的高频听觉校正量无限增大，并防止该高频听觉校正量超过适当的高频听觉校正量。
增益设置部
增益设置部7用于将由增益计算部5进行了听觉校正的信号与由偏移增益计算部6进行了低频偏移增益处理和高频偏移增益处理的信号相加(合成)。
如图10所示，增益设置部7包括第一加法部41、第二加法部42、低频级转换部43和高频级转换部44。
第一加法部41将由增益计算部5的低频查找表部34设置了低频听觉校正量的第一低频增益以及由偏移增益计算部6的第一平滑化滤波器部23进行了滤波处理的低频偏移增益相加。该加法处理使得生成基于声源的音频信号的频率特性和听觉特性所设置的低频控制信号(声学信号)。将在第一加法部41中通过加法处理所获得的控制信号输出至低频级转换部43。
第二加法部42将由增益计算部5的高频查找表部35设置了高频听觉校正量的第一高频增益以及由偏移增益计算部6的第二平滑化滤波器部24进行了滤波处理的高频偏移增益相加。该加法处理使得生成基于听觉特性和声源的音频信号的频率特性所设置的高频控制信号(声学信号)。将在第二加法部42中通过加法处理所获得的控制信号输出至高频级转换部44。
低频级转换部43用于进行调整以使得低频增益变为与响度滤波器部8的结构相对应的预定增益。低频级转换部43对从第一加法部41输入的控制信号进行分贝到线性转换和二分处理(two-division processing)，之后将由此产生的控制信号作为第二低频增益输出至响度滤波器部8。
高频级转换部44用于进行调整以使得高频增益变为与响度滤波器部8的结构相对应的预定增益。高频级转换部44对从第二加法部42输入的控制信号进行分贝到线性转换和二分处理，之后将由此产生的控制信号作为第二高频增益输出至响度滤波器部8。
响度滤波器部
响度滤波器部8用于进行根据音频信号的频率特性和听众的听觉特性来对声源的音频信号的低频范围和高频范围进行校正(添加声学效果)。
如图11所示，响度滤波器部8包括串联连接的第一响度滤波器部51和第二响度滤波器部61。响度滤波器部51包括LPF部53、HPF部54、第一乘法部55、第二乘法部56以及加法部57，响度滤波器部61包括LPF部63、HPF部64、第一乘法部65、第二乘法部66以及加法部67。
LPF部53和HPF部54以频带为单位对通过延迟部4输入至第一响度滤波器部51的音频信号进行分割。LPF部53是一次IIR(Infinite Impulse Response，无限冲激响应)滤波器型的低通滤波器，并且具有仅使低频音频信号通过到达第一乘法部55的功能。HPF部54是一次IIR滤波器型的高通滤波器，并且具有仅使高频音频信号通过到达第二乘法部56的功能。
在第一乘法部55中，将由LPF部53引导至第一乘法部55的音频信号乘以从增益设置部7输入的第二低频增益，然后将该音频信号输出至加法部57。该乘法处理使得对从声源输入的音频信号的低频部分应用听觉校正处理和偏移增益处理。
在第二乘法部56中，将由HPF部54引导至第二乘法部56的音频信号乘以从增益设置部7输入的第二高频增益，然后将该音频信号输出至加法部57。该乘法处理使得对从声源输入的音频信号的高频部分应用听觉校正处理和偏移增益处理。
加法部57将进行了听觉校正处理和偏移增益处理的低频音频信号和高频音频信号与全频范围的音频信号相加。此外，第二响度滤波器部61的LPF部63、HPF部64、第一乘法部65、第二乘法部66和加法部67对进行了加法处理的音频信号应用与以上的处理相同的处理。之后，将由此产生的音频信号输出至未示出的诸如扬声器等的输出装置。
如上所述，响度滤波器部8由串联连接的第一响度滤波器部51和第二响度滤波器部61构成。在第一响度滤波器部51中，对根据音频信号的频率特性和听众的听觉特性校正了其低频范围和高频范围的信号应用校正处理。此外，在第二响度滤波器部61中对由此产生的音频信号应用相同的校正处理。因而，可以有效地对要输出至输出部的音频信号应用校正处理。
图12(a)、12(b)、13(a)和13(b)示出响度滤波器部8在将增益计算部5中的听觉校正处理所使用的滤波器类型(对象年龄)以及在偏移增益计算部6中所设置的偏移增益值设置为不同的值的情况下的特性。在12(a)、12(b)、13(a)和13(b)的例子中，在响度滤波器部8中，将LPF部53和63的截止频率设置为80Hz，并且将HPF部54和64的截止频率设置为13Hz。
图12(a)示出响度滤波器部8在偏移增益计算部6中设置的低频增益偏移量和高频增益偏移量这两者均为0dB并且增益计算部5在使用年龄A用滤波器作为低通滤波器和高通滤波器的条件下进行听觉校正的情况下的特性。图12(b)示出响度滤波器部8在偏移增益计算部6中设置的低频增益偏移量和高频增益偏移量这两者均为0dB并且增益计算部5在使用年龄C用滤波器作为低通滤波器和高通滤波器的条件下进行听觉校正的情况下的特性。
与图12(a)所示的响度滤波器部8的特性相比，在图12(b)所示的响度滤波器部8的特性中，低频动态范围和高频动态范围被压缩得更多。因而，在音频信号的输入信号级高的情况下，即在音量级高的情况下，与图12(a)的滤波器特性相比，在图12(b)的滤波器特性中，可以更大程度地抑制低频信号级和高频信号级。此外，在音量级低的情况下，与图12(a)的滤波器特性相比，在图12(b)的滤波器特性中，可以更大程度地放大低频信号级和高频信号级。
如上所述，通过使用本发明的声学处理装置1适当地设置听觉校正用的滤波器来进行音频信号再现处理，即使在高频域和低频域中的听觉灵敏度下降的听众聆听低频音量级和高频音量级被大幅增强或减弱的音乐的情况下，也可以将声源的信号级校正(声学处理)至适当的级，由此防止听众对音乐感觉不适。
图13(a)示出响度滤波器部8在偏移增益计算部6中设置的低频增益偏移量和高频增益偏移量这两者均为-6dB并且增益计算部5在使用年龄A用滤波器作为低通滤波器和高通滤波器的条件下进行听觉校正的情况下的特性。图13(b)示出响度滤波器部8在偏移增益计算部6中设置的低频增益偏移量和高频增益偏移量分别为-3dB和6dB并且增益计算部5在使用年龄A用滤波器作为低通滤波器和高通滤波器的条件下进行听觉校正的情况下的特性。
如图13(a)和13(b)所示，在使用相同的滤波器(年龄A用滤波器)进行听觉校正的情况下，频率特性根据增益偏移量而动态变化。如上所述，根据最大低频级值和截距值之间的差即低频信号级来适当地设置增益偏移量。此外，在高频范围中，基于频率倾斜度来适当地设置增益偏移量。因而，即使在低频范围或高频范围根据声源的类别或音频信号的频率特性预先被增强或减弱的情况下，也可以将该低频范围和高频范围校正至适当的级。因此，可以抑制低频范围和高频范围被过度增强从而使得就听觉而言音乐变得难听或者从扬声器产生失真声音的问题。
如上所述，根据本实施例的声学处理装置1，在音频信号的低频信号级相对于全频较高的情况下，偏移增益计算部6减少低频增益偏移量以减小低频信号级。此外，在音频信号的低频信号级相对于全频较低的情况下，偏移增益计算部6增加低频增益偏移量以增大低频信号级。因而，即使在音频信号的低频范围根据音乐的类别或该音频信号的特性预先被增强或减弱的情况下，也可以将低频信号级校正为最佳的级。
此外，根据本实施例的声学处理装置1，在音频信号的高频信号级高的情况下，偏移增益计算部6减少高频增益偏移量以减小高频信号级。此外，在音频信号的高频信号级低的情况下，偏移增益计算部6增加高频增益偏移量以增大高频信号级。因而，即使在高频范围根据音乐的类别或音频信号的特性预先被增强或减弱的情况下，也可以将高频信号级校正为最佳的级。
此外，根据本实施例的声学处理装置1，增益计算部5可以通过根据听众的年龄或喜好改变低频查找表部34中使用的低通滤波器或高频查找表部35中使用的高通滤波器来进行听觉校正。因而，可以为了补偿随着年龄而衰减的听力或者根据听众的喜好来校正低频动态范围或高频动态范围的压缩率。
因此，根据本实施例的声学处理装置1，偏移增益计算部6基于音频信号的频率特性对高频范围和低频范围进行校正，并且增益计算部5基于听众的听觉特性对高频范围和低频范围进行校正，由此可以将音频信号的低频信号级和高频信号级调整至最佳的级，从而使得再现就听觉而言音质良好的音频信号。
尽管已经参考附图示出并说明了本发明，但本发明的声学处理装置不限于以上实施例。对于本领域的技术人员而言显而易见，可以如这里所述对本发明进行均未背离本发明的精神的多个变形或改变。因此，所有这些变形和改变均应当被看作为在本发明的范围内。
例如，在上述实施例中，低频查找表部34和高频查找表部35各自采用按年龄分类的多个滤波器作为听觉校正用的滤波器。然而，无需基于年龄来准备低频查找表部34和高频查找表部35中使用的滤波器，而是可以根据听众的喜好来设置/改变低频查找表部34和高频查找表部35中使用的滤波器。
此外，在上述实施例中，响度滤波器部8中的两个滤波器部51和61彼此串联连接。然而，响度滤波器部的结构不限于此，并且响度滤波器部可以仅包括一个滤波器部或者彼此连接的三个以上的滤波器部。

Claims (8)

1.一种声学处理装置，包括：
增益计算部，用于基于音频信号的信号级来计算与预定听觉特性相对应的增益校正量；
频率分析部，用于分析所述音频信号的频率；
偏移增益计算部，用于基于由所述频率分析部分析得到的所述音频信号的频率特性，计算针对所述音频信号的增益偏移量；
声学信号生成部，用于基于由所述增益计算部计算出的增益校正量和由所述偏移增益计算部计算出的增益偏移量，生成要添加至所述音频信号的声学信号；以及
声学添加部，用于将由所述声学信号生成部所生成的声学信号添加至所述音频信号。
2.根据权利要求1所述的声学处理装置，其特征在于，
所述增益计算部将所述音频信号的频率分割成多个频带，并且针对各频带计算所述增益校正量，
所述偏移增益计算部针对通过在所述增益计算部中进行频率分割所获得的各频带，计算所述增益偏移量，
所述声学信号生成部基于由所述增益计算部计算出的各频带的增益校正量和由所述偏移增益计算部计算出的各频带的增益偏移量，针对各频带生成要添加至所述音频信号的声学信号，以及
所述声学添加部将由所述声学信号生成部所生成的各频带的声学信号添加至相应频带的音频信号。
3.根据权利要求2所述的声学处理装置，其特征在于，
所述频率分析部基于所述音频信号的频率范围中的信号级的变化，计算通过所述频率分割所获得的各频带的信号级状态，以及
所述偏移增益计算部基于由所述频率分析部计算出的各频带的信号级状态，针对各频带计算所述音频信号的增益偏移量。
4.根据权利要求3所述的声学处理装置，其特征在于，
在所述频率分析部判断为所述音频信号在预定频带中的信号级相对于所述音频信号的全频较高的情况下，所述偏移增益计算部计算能够使所述预定频带中的信号级减小的增益偏移量。
5.根据权利要求3所述的声学处理装置，其特征在于，
在所述频率分析部判断为所述音频信号在预定频带中的信号级相对于所述音频信号的全频较低的情况下，所述偏移增益计算部计算能够使所述预定频带中的信号级增大的增益偏移量。
6.根据权利要求1所述的声学处理装置，其特征在于，
在所述音频信号的信号级高的情况下，所述增益计算部计算能够使所述音频信号的信号级减小的增益校正量，以及
在所述音频信号的信号级低的情况下，所述增益计算部计算能够使所述音频信号的信号级增大的增益校正量。
7.根据权利要求1所述的声学处理装置，其特征在于，
所述增益计算部具有用于计算所述增益校正量的多个校正量计算滤波器，并且基于所述多个校正量计算滤波器中由听众所选择的校正量计算滤波器来计算所述增益校正量。
8.根据权利要求7所述的声学处理装置，其特征在于，
所述多个校正量计算滤波器包括考虑到听众随着年龄而衰减的听力而使能听见的信号级阶梯式变化的多个计算滤波器。
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