CN102316406B - 音频信号处理装置和音频信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种音频信号处理装置，包括信号处理单元、输出单元、保持单元和系数设定单元。信号处理单元配置为通过数字滤波器对音频信号执行信号处理。输出单元配置为连接到外部的扬声器并将音频信号输出到扬声器。保持单元配置为保持多个滤波器系数，该多个滤波器系数是具有不同扬声器特性的多个扬声器的相反特性的冲激响应。系数设定单元配置为从保持单元选择与连接到输出单元的扬声器对应的滤波器系数并设定数字滤波器中的滤波器系数。

Description

音频信号处理装置和音频信号处理方法
技术领域
本公开涉及对音频信号执行校正处理以校正扬声器特性的音频信号处理装置和音频信号处理方法。
背景技术
在诸如音响设备之类的执行音频信号处理的设备(以下称为音频信号处理设备)中，存在其中对从声源获取的音频信号执行诸如数字滤波器处理之类的校正处理的技术。音频信号处理设备从扬声器等输出已经经受校正处理的音频信号，因而能够提高来自扬声器等的音频输出的声音质量、音响效果等。
这种校正处理的例子包括“扬声器特性”的校正。扬声器特性是指扬声器的频率特性，该频率特性根据扬声器或其内部结构的口径(bore)等而不同。这里，频率特性是指作为在输入到扬声器的音频信号与从扬声器输出的音频信号的相位之间的时间偏差的相位特性、作为强度比的幅度特性等。
能够通过对音频信号执行校正处理来校正扬声器特性的音频信号处理设备的例子包括例如在日本专利申请公开No.2009-55079(第34段，图1；以下称为专利文献1)中公开的“信号处理装置”。该信号处理装置旨在于通过结合输入音频信号的低频带信号的放大率及其向高频带的频移来提高紧凑型扬声器的低电平分量。
发明内容
然而，正如在专利文献1中所公开的信号处理装置中那样，提高预设频带的校正处理只适用于其中指定将要连接的扬声器类型即扬声器特性的情况。音频信号处理设备的例子包括不与扬声器一体形成且用户将任意扬声器连接到其的设备。在这种情况中，即使当音频信号经受与扬声器类型无关的常规立体声校正处理时，也会限制将要获得的效果或者引起相反的效果。
特别在近年来，便携式音乐再生设备等得到广泛使用，并且用户有越来越多的机会将这种设备连接到任选的扬声器。例如，广泛使用的基座式扬声器(docking speaker)等，利用该基座式扬声器承载能够从耳机输出音频的便携式音乐再生设备以由此从扬声器输出音频。在这种情况中，将要连接到音频信号处理装置的扬声器的扬声器特性变化。
鉴于上述情形，期望提供一种能够对音频信号执行与将要连接到的扬声器的扬声器特性对应的校正处理的音频信号处理装置和音频信号处理方法。
根据本公开的实施例，提供有一种包括信号处理单元、输出单元、保持单元和系数设定单元的音频信号处理装置。
信号处理单元配置为通过数字滤波器对音频信号执行信号处理。
输出单元配置为连接到外部的扬声器并将音频信号输出到扬声器。
保持单元配置为保持多个滤波器系数，该多个滤波器系数是具有不同扬声器特性的多个扬声器的相反特性的冲激响应。
系数设定单元配置为从保持单元选择与连接到输出单元的扬声器对应的滤波器系数之一并在数字滤波器中设定滤波器系数。
根据本公开的实施例，在保持单元中预先保持滤波器系数，该滤波器系数是具有不同扬声器特性的多个扬声器的相反特性的冲激响应。扬声器的冲激响应可以通过向扬声器提供冲激信号并通过麦克风收集输出音频来测量，并且扬声器的相反特性可以从测量的冲激响应获得。将具有相反特性的冲激响应设定为滤波器系数使得将相反特性赋予音频信号，并因此可以校正与该滤波器系数对应的扬声器的扬声器特性。当扬声器连接到输出单元时，系数设定单元选择与该扬声器对应的滤波器系数。系数设定单元在信号处理单元的数字滤波器中设定该滤波器系数。相应地，在信号处理单元的数字滤波器中，音频信号经受与连接到输出单元的扬声器对应的信号处理并从输出单元输出到该扬声器。如上所述，音频信号处理装置可以对音频信号执行与连接到输出单元的扬声器的扬声器特性对应的校正处理。
保持单元还可以保持与多个扬声器的再生频带对应的滤波器系数的每一个的系数长度，并且系数设定单元可以参考系数长度来在数字滤波器中设定滤波器系数。
扬声器具有基于其结构确定的最低谐振频率，并且扬声器难以适当输出频率等于或低于最低谐振频率的音频。因此，在通过数字滤波器的校正处理中，不适合校正等于或定于最低谐振频率的频率。这里，通过作为滤波器系数数目的系数长度确定将要校正的频带。换言之，通过将滤波器系数设定为具有与扬声器的再生频带对应的系数长度，可以仅对扬声器的再生频带执行校正处理。此外，由于用来校正等于或低于扬声器的最低谐振频率的频带的系数长度是不必要的，所以也可以减少信号处理单元的计算量。
保持单元还可以保持声道设定信息，该声道设定信息与多个扬声器的每一个扬声器对应并指示滤波器系数在声道之间是否是不同的，并且系数设定单元可以参考声道设定信息来在数字滤波器中设定滤波器系数。
可预想其中一些扬声器是具有扬声器特性不同的左声道和右声道的立体声(两个声道)的情况。根据本公开的该实施例，即使当声道的扬声器特性不同时，也可以对音频信号执行与每个声道对应的校正处理。此外，在扬声器的左声道和右声道的扬声器特性相同的情况中，在用于相应扬声器的校正处理中可以使用一个滤波器系数并且可以节省保持单元的容量。
保持单元还可以保持声道数目信息，声道数目信息与多个扬声器的每一个扬声器对应并指示声道数目，并且系数设定单元可以参考声道数目信息来在数字滤波器中设定滤波器系数。
根据本公开的实施例，按照扬声器的声道数目，对音频信号执行用于校正扬声器特性的校正处理。在扬声器是非立体声的情况中，可以调整用于数字滤波器处理的声道数目并减少计算量。此外，与扬声器是立体声的情况相比，在扬声器是非立体声的情况中可以将滤波器系数减少一半，并且节省保持单元的容量。
保持单元还可以保持扬声器标识信息，扬声器标识信息与多个扬声器的每一个扬声器对应并与多个扬声器的每一个型号相关联，并且系数设定单元可以在数字滤波器中设定被分配有对应于其它信息的扬声器标识信息的扬声器的滤波器系数，该其它信息从连接到输出单元的扬声器获取并且指示扬声器的型号。
当扬声器连接到输出单元时，为了系数设定单元可以选择与该扬声器对应的滤波器系数，系数设定单元需要识别扬声器的型号。扬声器型号可以通过例如用户作出的用于指定扬声器型号的输入来识别。然而，正如本公开的实施例中那样，系数设定单元从扬声器获取指示型号的信息并将该信息与扬声器型号信息比较，结果是当用户只连接扬声器时系数设定单元可以识别扬声器型号。
保持单元还可以保持系数设定单元的系数字长度，该系数字长度与多个扬声器的每一个扬声器对应，并且系数设定单元可以参考系数字长度来在数字滤波器中设定滤波器系数。
根据本公开的实施例，按照信号处理单元的系数字长度，可以对音频信号执行用于校正扬声器特性的校正处理并且减少信号处理单元的计算量。
音频信号处理装置还可以包括：测试信号输出单元，配置为向连接到输出单元的扬声器输出测试信号；音频收集单元，配置为通过测试信号收集从扬声器输出的音频；以及系数生成单元，配置为从音频收集单元收集的音频生成与扬声器对应的滤波器系数，并在保持单元中保持滤波器系数。
根据本公开的实施例，即使当其对应的滤波器系数没有保持在保持单元中的扬声器连接到输出单元时，音频信号处理装置也可以生成与该扬声器对应的滤波器系数并在校正处理中使用该滤波器系数。相应地，根据本公开的实施例的音频信号处理装置可以针对各种扬声器(不只是预先保持在保持单元中的扬声器)来校正扬声器特性。
音频信号处理装置还可以包括：测试信号输出单元，配置为向连接到输出单元的扬声器输出测试信号；音频收集单元，配置为通过测试信号收集从扬声器输出的音频；以及系数生成单元，配置为从音频收集单元收集的音频生成与扬声器对应的滤波器系数，并将扬声器与保持单元中保持的滤波器系数中的具有最高相似度的一个滤波器系数相关联。
根据本公开的实施例，即使当其对应的滤波器系数没有保持在保持单元中的扬声器连接到输出单元时，音频信号处理装置也可以生成与该扬声器对应的滤波器系数并在校正处理中使用该滤波器系数。在这种情况中，系数生成单元将新生成的滤波器系数与保持单元中保持的滤波器系数相比较，并将扬声器与具有最高相似度的滤波器系数相关联。应当注意，相似度可以基于例如滤波器系数的值是否相互接近来判断。相应地，即使当新扬声器连接时也不向保持单元添加新滤波器系数，并且可以节省保持单元的容量。
根据本公开的另一实施例，提供有一种音频信号处理方法，该方法包括测量具有不同扬声器特性的多个扬声器的冲激响应。
从冲激响应获得的滤波器系数保持在保持单元中，同时与多个扬声器相关联。
从保持单元选择与连接的扬声器对应的滤波器系数之一以设定在数字滤波器中，并将其应用于音频信号。
如上所述，根据本公开的实施例，可以提供能够对音频信号执行与连接的扬声器的扬声器特性对应的校正处理的音频信号处理装置和音频信号处理方法。
根据以下如附图中所示的具体实施方式的详细描述，本公开的这些以及其它目的、特征和优势将变得更明显。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的音频信号处理装置的框图；
图2是示出信号处理单元的数字滤波器的例子的示意图；
图3是示出特定扬声器的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图4是示出具有扬声器的相反特性的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图5是示出在对音频信号执行校正处理之后获得的扬声器的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图6是示出根据第一实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图7是通过系数设定单元在显示器上显示的菜单屏幕的例子；
图8是示出根据第一实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图9是示出根据本公开的第二实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图10是示出用于比较的扬声器的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图11是示出具有扬声器的相反特性的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图12是示出在对音频信号执行校正处理之后获得的扬声器的冲激响应及其频率特性的曲线图；
图13是示出根据第二实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图14是示出根据本公开的第三实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图15是示出根据第三实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图16是示出根据本公开的第四实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图17是示出根据第四实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图18是示出根据本公开的第五实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图19是示出根据第五实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图20是示出根据本公开的第六实施例的音频信号处理装置的保持单元中保持的各种扬声器的系数文件的示意图；
图21是示出根据第六实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；
图22是示出根据本公开的第七实施例的音频信号处理装置的框图；
图23是示出根据第七实施例的音频信号处理装置的外观的透视图；
图24是根据第七实施例的音频信号处理装置的透视图，示出其中通过麦克风收集音频的状态；
图25是根据第七实施例的音频信号处理装置的透视图，示出其中通过麦克风收集音频的状态；
图26是示出根据第七实施例的音频信号处理装置的操作的流程图；以及
图27是示出根据本公开的第八实施例的音频信号处理装置的操作的流程图。
具体实施方式
(第一实施例)
将描述本公开的第一实施例。
[音频信号处理装置的结构]
图1是示出根据本公开的第一实施例的音频信号处理装置1的框图。图1所示的音频信号处理装置1例如是便携式音乐再生设备。
如图1所示，音频信号处理装置1包括获取单元2、信号处理单元3、输出单元4、保持单元5和系数设定单元6。获取单元2和输出单元4经由信号处理单元3彼此连接，并且保持单元5经由系数设定单元6连接到信号处理单元3。此外，图1示出了与输出单元4连接的扬声器S以及声源M。另外，也可以连接耳机来代替扬声器S。
获取单元2从声源M获取音频信号。声源M可以是记录在诸如CD(压缩盘)之类的记录介质上的声源或者可以是从因特网等获取的声源。获取单元2可以是例如CD驱动器。获取单元2将获取的音频信号提供给信号处理单元3。通过获取单元2获取的音频信号可以是模拟信号或数字信号。在模拟信号的情况中，模拟信号在获取单元2中经受A/D(模拟/数字)转换。
信号处理单元3对从获取单元2提供的音频信号执行校正处理。信号处理单元3可以是数字滤波器。信号处理单元3利用扬声器S的系数文件中包括的滤波器系数组执行上述校正处理，该系数文件由系数设定单元6设定，其细节将在后面描述。信号处理单元3将已经经受校正处理的音频信号提供给输出单元4。
输出单元4将从信号处理单元3提供的音频信号输出给扬声器S。输出单元4包括例如D/A(数字/模拟)转换器或放大器。此外，输出单元4设置有能够将扬声器S与之连接的连接器。例如，该连接器的形状可以限制可连接到输出单元4的扬声器的型号。
保持单元5保持各种类型扬声器的“系数文件”。保持单元5是ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等。
系数设定单元6从保持单元5中保持的各种类型扬声器候选的系数文件选择与输出单元4连接的扬声器S的系数文件，并在信号处理单元3中设定该系数文件中包括的滤波器系数组。在本实施例中，系数设定单元6基于用户使用输入装置(未示出)输入的扬声器S的信息来选择对应的系数文件。
如上所述构造音频信号处理装置1。应注意到，根据本公开实施例的音频信号处理装置不限于说明书中所示出的那些，并且包括与音频信号处理装置1等同的方案。例如，上述一些结构可以布置为彼此连接的多个装置。
[数字滤波器]
现在将描述信号处理单元3的数字滤波器。
图2是示出信号处理单元3的数字滤波器的例子的示意图。图2示出了FIR(有限冲激响应)滤波器，但可以使用诸如IIR(无线冲激响应)滤波器之类的其它数字滤波器。
如图2所示，数字滤波器F包括多个(N个)延迟块11、乘法器12和加法器13。输入到数字滤波器F的输入信号SigX在延迟块11中经受Z变换(关于离散信号的拉普拉斯变换)并延迟一个时钟。经延迟的信号在乘法器12中与预定滤波器系数组h(滤波器系数h0至hN的集合)相乘。滤波器系数组h在将在后面描述的测量操作中确定。已经经过乘法器12的信号通过加法器13相加并输出为输出信号SigY。
一个延迟块11、延迟块11的输出所输入到的乘法器12以及乘法器12的输出所输入到的加法器13的集合是抽头(tap)14。换言之，数字滤波器F包括N个抽头14。随着抽头14的数目(以下称为抽头数目)变大，频率特性可以更快速地变化，但数字滤波器F的计算量增加。通过抽头14的数目(以下称为抽头数目)和滤波器系数组h，确定数字滤波器F的滤波器特性。如上所述，信号处理单元3应用其中使用音频信号作为输入信号SigX的数字滤波器F，并输出经校正的音频信号作为输出信号SigY。
[校正处理]
现在将描述通过信号处理单元3对音频信号的校正。
如上所述，信号处理单元3使用在扬声器S的系数文件中包括的滤波器系数组来执行通过数字滤波器F对音频信号的校正处理。对于该处理，预先确定扬声器S的滤波器系数组h。
滤波器系数组h基于扬声器S的“冲激响应”的测量结果来确定。冲激响应的测量使用扬声器S和以预定距离与扬声器S相对的麦克风来执行。冲激信号(瞬时音频信号)提供给扬声器S并且从扬声器S输出音频。音频使用麦克风来测量以获得冲激响应。图3A示出所测量的冲激响应的例子。在图3A所示的曲线图中，水平轴指示时间，垂直轴指示幅度。图3A所示的冲激响应经受傅立叶变换(时域信号转换成频域信号)，从而获得图3B所示的频率特性。在图3B所示的曲线图中，水平轴指示频率，垂直轴指示幅度。图3A和图3B所示的扬声器的特性是扬声器特性。
通过由信号处理单元3执行的校正处理，将图3A和图3B所示的扬声器S的扬声器特性校正为理想扬声器特性。假设理想扬声器和麦克风以与测量扬声器S的冲激响应时的距离的相同的距离彼此相对，则理想扬声器特性是指由麦克风收集的冲激响应及其频率特性。这里，作为理想扬声器特性，示例了其中冲激的峰尖锐并且频率特性平坦的扬声器特性，但扬声器特性并不限于此，而是可以设定任何扬声器特性。
为了将扬声器S的扬声器特性校正为理想扬声器特性，只需要获得滤波器系数组h的滤波器系数h0至hN，并通过数字滤波器F将该滤波器系数h0至hN应用于音频信号。为此，通过使用被测量为“1”的扬声器S的扬声器特性进行划分来计算“相反特性”。图4A示出具有相反特性的冲激响应，图4B示出具有相反特性的频率特性。具有相反特性的冲激响应可以被设定为数字滤波器的滤波器系数h0至hN。滤波器系数h0至hN的数目(抽头数目)是冲激响应的峰数目。
信号处理单元3通过其中如上所述设定滤波器系数组h的数字滤波器F对音频信号执行校正处理。相应地，相反特性被赋予音频信号并被叠加在当通过扬声器S输出音频时的扬声器特性上。换言之，扬声器S的扬声器特性得以校正。图5A示出当音频信号经受校正处理时的扬声器S的冲激响应，图5B示出其频率特性。如图5A和图5B所示，冲激响应的峰变尖锐且频率特性变平坦。
[系数文件]
如上所述，扬声器S的扬声器特性可以使用从扬声器S的相反特性获得的滤波器系数组h来校正。因此，通过在与扬声器S相关联的“系数文件”中存储扬声器S的滤波器系数组h以在保持单元5中保持滤波器系数组h，音频信号处理装置1可以校正当扬声器S连接到输出单元4时的扬声器S的扬声器特性。
此外，类似于扬声器S，音频信号处理装置1可以在保持单元5中保持包括可以连接到输出单元4的其它型号扬声器的滤波器系数组h的系数文件。图6是示出在保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。在图6中，型号不同的扬声器S表示为扬声器SA、扬声器SB和扬声器SC，并且扬声器SA的滤波器系数组h、扬声器SB的滤波器系数组h和扬声器SC的滤波器系数组h表示为滤波器系数组hA、滤波器系数组hB和滤波器系数组hC。
[系数文件的选择]
如上所述，系数设定单元6在保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件中选择与连接到输出单元4的扬声器型号对应的扬声器的系数文件，并在信号处理单元3中设定包括在所选择的系数文件中的滤波器系数组h。具体而言，系数设定单元6可以在提供给音频信号处理装置1的显示器上显示选择菜单并使用户作出选择。图7示出将要通过系数设定单元6显示在显示器D上的菜单屏幕的例子。当用户输入所连接的扬声器的型号时，系数设定单元6选择对应扬声器型号的系数文件。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述音频信号处理装置的操作。
图8是示出音频信号处理装置1的操作的流程图。
如图8所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6在显示器上显示上述的菜单屏幕(St101)。在接收到由用户作出的操作输入时，系数设定单元6选择对应扬声器的系数文件(St102)。接下来，系数设定单元6在信号处理单元3的数字滤波器F中设定包括在该系数文件中的滤波器系数组h(St103)。以此方式，音频信号处理装置1按照所连接的扬声器的型号在信号处理单元3的数字滤波器中设定滤波器系数。
当发出对再生音频的指令时，获取单元2从声源M获取音频信号并将音频信号提供给信号处理单元3。信号处理单元3通过使用数字滤波器F对所提供的音频信号执行校正处理，以将所得到的音频信号提供给输出单元4。输出单元4对所提供的音频信号执行诸如D/A转换或放大之类的处理，并将所得到的音频信号提供给扬声器S以输出音频。当用户改变连接到输出单元4的扬声器S时，音频信号处理装置1再次在数字滤波器F中设定包括在与扬声器型号对应的系数文件中的滤波器系数组h。
如上所述，在本实施例中，由于音频信号处理装置1保持可以与之连接的各种类型扬声器的系数文件，所以可以按照所连接的扬声器的型号设定数字滤波器。相应地，音频信号处理装置1可以按照将要连接的扬声器的型号对音频信号执行校正处理并校正扬声器特性。
(第二实施例)
现在将描述本公开的第二实施例。
在第二实施例中，通过相同参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于保持单元5中保持的系数文件的细节。
[系数文件]
图9是示出保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。如图9所示，与每个扬声器对应的系数文件除了滤波器系数组h外还包括“滤波器系数长度”m。滤波器系数长度m是滤波器系数组h的长度(滤波器系数h0至hN的数目)，并且针对扬声器S的每个型号而设定。在图9中，扬声器SA的滤波器系数长度m表示为滤波器系数长度mA，扬声器SB的滤波器系数长度m表示为滤波器系数长度mB，扬声器SC的滤波器系数长度m表示为滤波器系数长度mC。
滤波器系数长度m对扬声器特性的校正范围有影响。如上所述，音频信号通过信号处理单元3经受校正处理并且扬声器S的扬声器特性得以校正。然而，扬声器具有从其示意图导出的最低谐振频率f0，并且扬声器难以适当输出频率比最低谐振频率f0低的音频。
图10A是示出用于比较的扬声器T的冲激响应的曲线图，而图10B是示出其频率响应的曲线图。图11A是示出具有扬声器T的相反特性的冲激响应的曲线图，而图11B是示出其频率响应的曲线图。图12A是示出在其中对音频信号执行校正处理的情况下的扬声器T的冲激响应的曲线图，而图12B是示出其频率响应的曲线图。使扬声器T和扬声器S经历相同处理，换言之，测量扬声器T和扬声器S的冲激响应并计算其滤波器系数组，然后通过数字滤波器校正扬声器特性。
比较图3B和图10B，在扬声器特性校正之前的状态中，可以输出音频的频带在扬声器T中比在扬声器S中更宽以到达低频侧，这揭示了扬声器T的频率f0小于扬声器S的频率f0。如图4B和图11B所示，相反特性的频带在低频带中区别不大。然而，如图5B和图12B所示，在扬声器特性校正之后的状态中，扬声器特性在两个图中都变平坦，但扬声器T具有更宽频带来到达低频侧。
如这些图中所示，由于扬声器具有依赖于其结构的最低谐振频率f0，所以低于频率f0的频带难以通过音频信号的校正处理来补偿。另外，当低于频率f0的频带的音频信号提供给扬声器时，存在这样一种担心，即音频信号没有输出为音频，并且出现诸如谐波失真之类的非线性失真。因此，按照扬声器型号只是在等于或大于频率f0的频带中适合校正音频信号。
这里，在数字滤波器中，按照经受校正处理的音频信号的频带，包括在滤波器系数组h中的必要的滤波器系数长度m即滤波器系数h0至hN的数目不同。校正低频带中的音频信号所需的滤波器系数长度大于校正高频带中的音频信号所需的滤波器系数长度。因此，将经受校正处理的音频信号的频带可以通过按照扬声器型号(最低谐振频率f0)改变滤波器系数长度m来限制。在上述例子中，通过使具有高频率f0的扬声器S的滤波器系数长度m小于具有低频率f0的扬声器S的滤波器系数长度m，可以针对与每个扬声器对应的频带对音频信号执行校正处理。
因此，通过向保持单元5中保持的扬声器的系数文件赋予与该扬声器的型号对应的滤波器系数长度m，系数设定单元6可以从滤波器系数h0至hN中选择合适滤波器系数以将其设定在信号处理单元3的数字滤波器F中。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图13是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图13所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6在显示器上显示上述的菜单屏幕(St201)。在接收到由用户作出的操作输入时，系数设定单元6选择对应扬声器的系数文件(St202)。接下来，系数设定单元6参考包括在所选择的扬声器的系数文件中的滤波器系数长度m(St203)。随后，系数设定单元6基于滤波器系数长度m在数字滤波器F中设定滤波器系数组h中的合适滤波器系数h0至hN(St204)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置如在第一实施例的情况中那样在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，由于系数文件包括与扬声器S的型号对应的滤波器系数长度m，所以仅合适频带的音频信号在信号处理单元3中经受校正处理。相应地，可以防止频率等于或等于最低谐振频率f0的音频从扬声器S输出。此外，基于滤波器系数长度m从滤波器系数h0至hN选择合适滤波器系数，并且数字滤波器F的抽头数目减少。因此，也可以减少信号处理单元3的计算量。
(第三实施例)
现在将描述本公开的第三实施例。
在第三实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于保持单元5中保持的系数文件的细节。
[系数文件]
图14是示出保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。如图14所示，与每个扬声器对应的系数文件包括滤波器系数组h和“声道信息”C。这里，在其中扬声器的右声道(Rch)和左声道(Lch)的扬声器特性不同的情况中，系数文件包括与相应声道对应的滤波器系数组h。此外，在其中左声道和右声道的扬声器特性相同的情况中，系数文件包括由两个声道共享的滤波器系数组h。这里，扬声器SB的左声道和右声道的扬声器特性不同，并且扬声器SA和扬声器SC中的每一个的左声道和右声道的扬声器特性相同。声道信息C是关于扬声器的左声道和右声道中使用的滤波器系数组是相同还是不同的信息。在图14中，扬声器SA的声道信息表示为声道信息CA，由扬声器SA的左声道和右声道共享的滤波器系数组表示为滤波器系数组hA，这同样适用于扬声器SC。此外，扬声器SB的声道信息表示为声道信息CB，其Rch滤波器系数组表示为Rch滤波器系数组hB(R)，而其Lch滤波器系数组表示为Lch滤波器系数组hB(L)。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图15是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图15所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6在显示器上显示上述的菜单屏幕(St301)。在接收到由用户作出的操作输入时，系数设定单元6选择对应扬声器的系数文件(St302)。随后，系数设定单元6参考包括在系数文件中的声道信息C(St303)。在其中该扬声器的右声道和左声道具有不同滤波器系数的情况中，系数设定单元6在信号处理单元3中设定Rch滤波器系数组h(R)和Lch滤波器系数组h(L)(St304)。或者，在其中扬声器的右声道和左声道具有相同滤波器系数的情况中，系数设定单元6在信号处理单元3中设定由左声道和右声道共享的滤波器系数组h(St304)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置如在第一实施例的情况中那样在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，系数文件包括声道信息C，该声道信息C用作关于对应扬声器的左声道和右声道中使用的滤波器系数组h是相同还是不同的信息。系数设定单元6参考声道信息C并在数字滤波器中设定滤波器系数组h。因而，与其中右声道和左声道之间的扬声器特性不同的情况相比，在其中扬声器的左声道和右声道的扬声器特性相同的情况中可以将滤波器系数组h减少一半，并且节省保持单元5的容量。
(第四实施例)
现在将描述本公开的第四实施例。
在第四实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于保持单元5中保持的系数文件的细节。
[系数文件]
图16是示出保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。如图16所示，与每个扬声器对应的系数文件包括滤波器系数组h和“声道数目”n。这里，在其中扬声器是立体声(两个声道)的情况中，系数文件包括与相应声道对应的滤波器系数组h。此外，在其中扬声器是单声道(一个声道)的情况中，系数文件包括一个滤波器系数组h。这里，扬声器SB是立体声，而扬声器SA和扬声器SC是单声道。声道数目n是关于扬声器是立体声还是单声道的信息。在图16中，扬声器SA的声道数目表示为声道数目nA，并且其滤波器系数组表示为滤波器系数组hA。这同样适用于扬声器SC。此外，扬声器SB的声道数目表示为声道数目nB，其Rch滤波器系数组表示为Rch滤波器系数组hB(R)，而其Lch滤波器系数组表示为Lch滤波器系数组hB(L)。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图17是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图17所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6在显示器上显示上述的菜单屏幕(St401)。在接收到由用户作出的操作输入时，系数设定单元6选择对应扬声器的系数文件(St402)。随后，系数设定单元6参考包括在系数文件中的声道数目n(St403)。在其中扬声器的声道数目是2的情况中，即，扬声器是立体声，则系数设定单元6在信号处理单元3中设定Rch滤波器系数组h(R)和Lch滤波器系数组h(L)(St404)。或者，在其中扬声器的声道数目是1的情况中，即，扬声器是单声道，则系数设定单元6在信号处理单元3中设定Rch滤波器系数组h(R)和Lch滤波器系数组h(L)中的一个(St404)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置如在第一实施例的情况中那样在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，系数文件包括声道数目n，该声道数目n用作对应扬声器的声道数目的信息。系数设定单元6参考声道数目n并在数字滤波器中设定滤波器系数组h。在其中扬声器是单声道的情况中，可以调整用于数字滤波器处理的声道数目以减少计算量。此外，与其中扬声器是立体声的情况相比，在其中扬声器是单声道的情况中可以将滤波器系数组h减少一半，并且节省保持单元5的容量。
(第五实施例)
现在将描述本公开的第五实施例。
在第五实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于保持单元5中保持的系数文件的细节。另外，在本实施例中，指示型号、型号编号等的信息的型号信息被赋予扬声器S。
[系数文件]
图18是示出保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。如图18所示，与每个扬声器对应的系数文件包括“扬声器标识信息”i。扬声器标识信息i是用于与从所连接的扬声器S获取的扬声器型号信息相比较以搜索对应系数文件的信息。在图18中，扬声器SA的扬声器标识信息表示为扬声器标识信息iA，扬声器SB的扬声器标识信息表示为扬声器标识信息iB，扬声器SC的扬声器标识信息表示为扬声器标识信息iC。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图19是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图19所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6获取扬声器S的型号信息(St501)。接下来，系数设定单元6将扬声器S的型号信息与包括在每个系数文件中的扬声器标识信息i相比较，并指定与扬声器S对应的系数文件(St502)。随后，系数设定单元6在信号处理单元3的数字滤波器F中设定包括在系数文件中的滤波器系数组h(St503)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置如在第一实施例的情况中那样在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，系数文件包括扬声器标识信息i，该扬声器标识信息i用作搜索与扬声器S对应的系数文件。相应地，当扬声器S连接时，根据本实施例的音频信号处理装置可以自动设定与扬声器S对应的滤波器系数组h，而无需接收由用户作出的操作输入。
(第六实施例)
现在将描述本公开的第六实施例。
在第六实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于保持单元5中保持的系数文件的细节。
[系数文件]
图20是示出保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件的示意图。如图20所示，与每个扬声器对应的系数文件包括“系数字长度”p。系数字长度p用来描述用于信号处理单元3中的信号处理的系数的字长度，诸如16位或32位。在图20中，扬声器SA的系数字长度表示扬声器标识信息pA，扬声器SB的系数字长度表示扬声器标识信息pB，扬声器SC的系数字长度表示扬声器标识信息pC。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图21是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图21所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6在显示器上显示上述的菜单屏幕(St601)。在接收到由用户作出的操作输入时，系数设定单元6选择对应扬声器的系数文件(St602)。随后，系数设定单元6参考包括在系数文件中的系数字长度p(St603)。此外，系数设定单元6在信号处理单元3中设定包括在所选择的系数文件中的滤波器系数组h(St604)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置使用系数字长度p在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，系数文件包括系数字长度p，该系数字长度p用作用于信息处理单元3中的信号处理的系数的字长度。相应地，可以减少信号处理单元3中的计算量。
(第七实施例)
现在将描述本公开的第七实施例。
在第七实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，根据本实施例的音频信号处理装置与根据第一实施例的音频信号处理装置1的不同之处在于音频信号处理装置本身可以在其中创建所连接的扬声器的滤波器系数组。
[音频信号处理装置的结构]
图22是示出根据本公开的实施例的音频信号处理装置20的框图。如图22所示，除了根据第一实施例的音频信号处理装置1的结构之外，音频信号处理装置20还包括系数生成单元21和麦克风22。麦克风22连接到系数生成单元21并且系数生成单元21连接到保持单元5。
麦克风22收集从扬声器S输出的音频，以将音频传送到系数生成单元21。系数生成单元21根据由麦克风22收集的音频计算扬声器S的滤波器系数组h，并将滤波器系数组h存储在系数文件中以将其保持在保持单元5中。系数生成单元21包括对由麦克风22收集的音频信号执行A/D转换的A/D转换器。
图23是示出音频信号处理装置20的外观的透视图。如图23所示，音频信号处理装置20连接到扬声器S。图24示出音频信号处理装置20的如下状态，其中通过麦克风22收集从扬声器S输出的音频。此外，如图25所示，麦克风22可以是从音频信号处理装置20可拆卸的。
[系数文件的添加]
当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器S连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20从输出单元4向扬声器S输出测试信号。该测试信号可以是上述的冲激信号。麦克风22收集通过测试信号而从扬声器S输出的音频，并将该音频传送到系数生成单元21。
系数生成单元21根据由麦克风22收集的音频(冲激响应)计算滤波器系数组h。滤波器系数组h可以通过上述方法来计算。系数生成单元21将所计算的滤波器系数组h提供给保持单元5。在这种情况中，系数生成单元21将滤波器系数组h存储在与扬声器S的型号相关联的系数文件中以将滤波器系数组h保持在保持单元5中。扬声器S的型号可以通过用户输入或者可以使用在第五实施例中描述的扬声器标识信息i来获取。以此方式，在其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器连接到音频信号处理装置20的情况中，音频信号处理装置20本身可以添加该扬声器的系数文件。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图26是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图26所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6搜索保持单元5以检查是否保持与扬声器S对应的扬声器型号的系数文件(St701)。如果在保持单元5中保持了扬声器S的系数文件(St702：是)，则系数设定单元6选择该系数文件(St703)。如果在保持单元5中没有保持扬声器S的系数文件(St702：否)，则系数设定单元6测量扬声器S的冲激响应(St704)。系数生成单元21基于所测量的冲激响应计算扬声器S的滤波器系数组h(St705)，并将包括滤波器系数组h的系数文件添加到保持单元5(St706)。然后系数设定单元6选择所添加的系数文件(St703)。
系数设定单元6在信号处理单元3中设定包括在St703中选择的系数文件中的滤波器系数组h(St707)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置使用包括在系数文件中的滤波器系数组h在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理，以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，即使当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20也可以向保持单元5添加该扬声器的系数文件。相应地，即使当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20也可以校正该扬声器的扬声器特性。
(第八实施例)
现在将描述本公开的第八实施例。
在第八实施例中，通过相同的参考符号标示与第一实施例和第七实施例中相同的结构并且将省略其描述。
根据本实施例的音频信号处理装置与第一实施例的音频信号处理装置的相同之处在于，系数设定单元6从保持单元5中选择与将连接到输出单元4的扬声器的型号对应的滤波器系数组h，并在信号处理单元3中将滤波器系数组h用于校正处理。然而，根据本实施例的音频信号处理装置与根据第一实施例的音频信号处理装置1的不同之处在于音频信号处理装置将所连接的扬声器与保持单元5中保持的相似系数文件相关联。
[系数文件的关联]
当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器S连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20从输出单元4向扬声器S输出测试信号。该测试信号可以是上述的冲激信号。麦克风22收集通过测试信号而从扬声器S输出的音频，并将该音频传送到系数生成单元21。
系数生成单元21根据由麦克风22收集的音频(冲激响应)计算滤波器系数组h。滤波器系数组h可以通过上述方法来计算。接下来，系数生成单元21将计算出的滤波器系数组h与在保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件中包括的滤波器系数组h相比较。然后，系数生成单元21进一步将新的扬声器与包括具有最大相似度的滤波器系数组h的系数文件相关联。这里，“相关联”是指改变与已有扬声器对应的系数文件使得支持附加的新的扬声器。
[音频信号处理装置的操作]
现在将描述根据本实施例的音频信号处理装置的操作。
图27是示出音频信号处理装置的操作的流程图。
如图27所示，当扬声器S连接到输出单元4时，系数设定单元6搜索保持单元5以检查是否保持与扬声器S对应的扬声器型号的系数文件(St801)。如果在保持单元5中保持了扬声器S的系数文件(St802：是)，则系数设定单元6选择该系数文件(St803)。如果在保持单元5中没有保持扬声器S的系数文件(St802：否)，则系数设定单元6测量扬声器S的冲激响应(St804)。系数生成单元21基于所测量的冲激响应计算扬声器S的滤波器系数组h(St805)。接下来，系数生成单元21将计算出的滤波器系数组h与保持单元5中保持的各种扬声器的系数文件中包括的滤波器系数组进行比较，并将新的扬声器与包括具有最大相似度的滤波器系数组h的系数文件相关联(St806)。系数设定单元6选择所添加的系数文件(St803)。
系数设定单元6在信号处理单元3中设定包括在St803中选择的系数文件中的滤波器系数组h(St807)。当发出再生音频的指令时，音频信号处理装置使用包括在系数文件中的滤波器系数组h在信号处理单元3中对音频信号执行校正处理，以从扬声器S输出音频。
如上所述，在本实施例中，即使当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20也可以将扬声器的系数文件与保持单元5中保持的系数文件相关联。相应地，即使当其系数文件没有保持在保持单元5中的扬声器连接到音频信号处理装置20时，音频信号处理装置20也可以校正该扬声器的扬声器特性。这里，由于使用已有的系数文件作为新的扬声器的系数文件并且新的扬声器的系数文件没有保持在保持单元5中，所以可以节省保持单元5的容量。
本公开并不限于上述实施例，而是可以在不脱离本公开的精神的情况下进行各种改变。
在上述实施例中，信号处理单元3校正扬声器的扬声器特性。除此之外，信号处理单元3可以对音频信号执行添加诸如虚拟声像定位之类的音效处理的校正处理。
本公开包含的主题与2010年6月2日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP2010-126798中公开的主题有关，其全部内容通过参考引入于此。
本领域技术人员应理解到，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和替换，只要这些修改、组合、子组合和替换在所附权利要求及其等同方案的范围内即可。
根据上述内容，可以看出，本发明的实施例提供了以下的技术方案。
一种音频信号处理装置，包括：信号处理单元，配置为通过数字滤波器对音频信号执行信号处理；输出单元，配置为连接到外部的扬声器并将所述音频信号输出到所述扬声器；保持单元，配置为保持多个滤波器系数，所述多个滤波器系数是具有不同扬声器特性的多个扬声器的相反特性的冲激响应；以及系数设定单元，配置为从所述保持单元选择与连接到所述输出单元的所述扬声器对应的滤波器系数并在所述数字滤波器中设定滤波器系数。
一种音频信号处理方法，包括：测量具有不同扬声器特性的多个扬声器的冲激响应；将从所述冲激响应获得的滤波器系数保持在保持单元中，同时将所述滤波器系数与所述多个扬声器相关联；以及从所述保持单元中选择与连接的扬声器对应的滤波器系数，以在数字滤波器中设定滤波器系数并将所述滤波器系数应用于音频信号。

Claims (9)

1.一种音频信号处理装置，包括：
信号处理单元，配置为通过数字滤波器对音频信号执行信号处理；
输出单元，配置为连接到外部的扬声器并将所述音频信号输出到所述外部的扬声器；
保持单元，配置为保持多个滤波器系数，所述多个滤波器系数是具有不同扬声器特性的多个扬声器的相反特性的冲激响应；并且所述保持单元配置为保持与所述多个扬声器中的每一个扬声器对应的系数字长度；以及
系数设定单元，配置为基于所述系数字长度从所述多个滤波器系数中选择与连接到所述输出单元的所述外部的扬声器对应的滤波器系数，并且配置为在所述数字滤波器中设定所述滤波器系数。
2.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中
所述保持单元配置为保持与所述多个扬声器的再生频带对应的所述多个滤波器系数中的每一个的系数长度，并且
所述系数设定单元配置为参考所述系数长度来在所述数字滤波器中设定滤波器系数。
3.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中
所述系数设定单元配置为参考声道设定信息来在所述数字滤波器中设定滤波器系数。
4.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中
所述保持单元配置为保持声道数目信息，所述声道数目信息与所述多个扬声器的每一个扬声器对应并指示声道数目，并且
所述系数设定单元配置为参考所述声道数目信息来在所述数字滤波器中设定滤波器系数。
5.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中
所述保持单元配置为保持扬声器标识信息，所述扬声器标识信息与所述多个扬声器中的每一个扬声器对应并与所述多个扬声器的每个型号相关联，并且
所述系数设定单元配置为在所述数字滤波器中设定被分配有对应于其它信息的扬声器标识信息的外部的扬声器的滤波器系数，其中从连接到所述输出单元的外部的扬声器获取的所述其它信息指示所述外部的扬声器的型号。
6.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，其中
所述系数设定单元配置为参考所述系数字长度来在所述数字滤波器中设定滤波器系数。
7.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，还包括：
测试信号输出单元，配置为向连接到所述输出单元的外部的扬声器输出测试信号；
音频收集单元，配置为通过所述测试信号收集从所述外部的扬声器输出的音频；以及
系数生成单元，配置为从所述音频收集单元收集的音频输出生成与所述外部的扬声器对应的滤波器系数，并在所述保持单元中保持所述滤波器系数。
8.根据权利要求1所述的音频信号处理装置，还包括：
测试信号输出单元，配置为向连接到所述输出单元的外部的扬声器输出测试信号；
音频收集单元，配置为通过所述测试信号收集从所述外部的扬声器输出的音频；以及
系数生成单元，配置为从所述音频收集单元收集的音频输出生成与所述外部的扬声器对应的滤波器系数，并将所述外部的扬声器与所述保持单元中保持的所述多个滤波器系数中的具有最高相似度的一个滤波器系数相关联。
9.一种音频信号处理方法，包括：
测量具有不同扬声器特性的多个扬声器的冲激响应；
保持从所述冲激响应获得的多个滤波器系数，同时将所述多个滤波器系数与所述多个扬声器相关联；
保持与所述多个扬声器中的每一个扬声器对应的系数字长度；以及
基于所述系数字长度从所述多个滤波器系数中选择与连接的扬声器对应的滤波器系数，以在数字滤波器中设定滤波器系数并将所述滤波器系数应用于音频信号。
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