CN102378085B - 基于等响曲线的响度补偿方法、补偿装置及音频处理系统 - Google Patents
基于等响曲线的响度补偿方法、补偿装置及音频处理系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于等响曲线的响度补偿方法，首先调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以预设频率滤波器对应的加权系数得到信号；接着分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与上述滤波加权得到的信号相叠加。克服现有音频信号在音量较小时，部分频率段的响度太小，人耳感觉不到，使得听到的声音干涩、单调乏味的弊端，本发明使得输入信号的部分频段信号的响度得到补偿，声音听起来响亮饱满，满足人们听觉上的舒适感，而且，本发明仅需用到声级计和滤波器，以及一些简单计算就可实现音频信号的响度补偿，因此本发明结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及音频信号处理领域，具体涉及一种基于等响曲线的响度补偿方法、补偿装置及音频处理系统。
背景技术
在用多媒体设备播放音频信号时，当将音量调节到较小时，往往听到的声音比较干涩，部分乐器的伴奏声也渐渐消失，使得声音单调乏味。这是由人耳听觉特性曲线——等响曲线决定的。等响曲线是指将响度水平相同的各频率的纯音的声压级连成的曲线，如图1所示。在该曲线圈上，横坐标为各纯音的频率，纵坐标为达到各响度水平所需的声压级。人耳对声音的感觉取决于响度，当响度太低时人耳感觉不到，而响度不仅和声压有关，还和频率有关。声压级相同，频率不同的声音，听起来响亮程度也不同。由等响曲线可以看出：声压级较大时等响曲线较为平坦，说明各频率的听觉的响度基本相同；高频和低频部分在声压级较小时衰减较快，特别是低频部分，响度太小，以至于人耳感觉不到低频的声音，使得声音干涩，单调。
发明内容
本发明为解决现有音频信号在音量较小时，部分频率段的响度太小，人耳感觉不到，使得听到的声音干涩、单调乏味的技术问题，提供了一种基于等响曲线的响度补偿方法、补偿装置及音频处理系统。
本发明提供了一种基于等响曲线的响度补偿方法，包括以下步骤：
步骤S1，调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
步骤S2，分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述步骤S1中得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
本发明还提供了一种响度补偿装置，包括：
补偿单元，用于调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
输出单元，用于分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述补偿单元得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
本发明又提供了一种音频处理系统，包括音频功率放大器和扬声器系统，还包括上述响度补偿装置，用于补偿输入信号的响度，经音频功率放大器放大后，通过扬声器系统输出信号。
从本发明的技术方案可以看出，通过调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以预设频率滤波器对应的加权系数得到信号；并分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与上述滤波加权得到的信号相叠加，使得输入信号的部分频段（包括低频段和高频段），尤其是低频信号的响度得到补偿，声音听起来响亮饱满，满足人们听觉上的舒适感，而且，由于本发明仅需用到的器件声级计和滤波器，以及一些简单计算就可实现音频信号的响度补偿，因此本发明结构简单，成本低。
附图说明
图1为等响曲线特性图；
图2为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例一提供的流程框图；
图3为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例一提供的详细流程图；
图4为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例二提供的流程框图；
图5为本发明响度补偿装置提供的结构框图；
图6为本发明音频处理系统提供的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种基于等响曲线的响度补偿方法，包括：
步骤S1，调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高或降低的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
步骤S2，分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述步骤S1中得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
图1为等响曲线特性图，该图是现有技术中国际通用的等响曲线图，本发明的响度补偿方法主要是基于等响曲线而实现的。
图2为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例一提供的流程框图，图3为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例一提供的详细流程图。参阅图2和图3，一种基于等响曲线的响度补偿方法具体包括：
首先，调节音频信号X音量，可以从音量的小到大或大到小均匀调节音量，并每调一次音量，通过声级计测得该音量Q对应的声压级L，计算并存储该声压级L下的加权系数a和加权系数b，直至计算并存储所有可取音量值Q分别对应的声压级L下的所有加权系数a和加权系数b；
所述加权系数a是指，同一声压级下，对照图1中的等响曲线，在频率小于或等于70Hz的低频段中任一选择一频率，计算该频率的响度要达到频率为1kHz的响度水平需要提高或降低的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值。
所述加权系数b是指，同一声压级下，对照图1中的等响曲线，在频率大于或等于10kHz的高频段中任一选择一频率，计算该频率的响度要达到频率为1kHz的响度水平需要提高或降低的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值。
其次，对音频信号X分别采用截止频率为70Hz的低通滤波器和截止频率为10kHz的高通滤波器进行滤波后，经低频滤波器滤波后得到低频信号X1，经高通滤波器滤波后得到高频信号X2，调节音频信号的音量，每调一次音量Q，调用上述存储的对应声压级对应的加权系数a和加权系数b，按照以下公式求得音频输出信号Y，直至对所有可取音量值Q均进行响度补偿后输出：
Y=X0+X1*a+X2*b；
其中Y是音频输出信号，X0是未经处理的音频原始信号，X1是低频信号，X2是高频信号，a，b为相应的加权系数。
下面就小于或等于70Hz的低频段中任一选择的60Hz频率点、大于或等于10kHz的高频段中任一选择的10kHz频率点为例，详细描述加权系数a和加权系数b的计算方法。调节音频信号音量从小到大，分别记录每一音量值Q对应的声压级L的加权系数a和加权系数b。例如，当调节音量Q=1时，通过声级计测得声压级L值，假如L=60，此时查询图1的等响曲线图，在纵坐标声压级为60时，查看频率为60Hz的信号达到频率为1kHz信号所对应的响度60需要将声压级提高15，即低频补偿量N=15，再查看频率为10kHz的信号达到频率为1kHz信号所对应的响度60需要将声压级提高6，即高频补偿量M=6，最后根据公式a=N/L，b=M/L求得声压级L为60时的加权系数a和加权系数b，同理可求得不同声压级下所对应的加权系数a和加权系数b，具体如下表所示：
具体实施中，可从音量的小到大或大到小均匀调节音频信号的音量，并用声级计测得每一音量值对应的声压级。由图1的等响曲线图可知，低频和高频部分在声压级较小时衰减较快，特别是低频部分，人耳对高频和低频都不是很敏感，但对中频非常敏感，因此本发明的响度补偿方法主要针对高频和低频进行响度补偿，其中低频滤波器的截止频率可为45Hz-70Hz，高频滤波器的截止频率可为10kHz-12kHz，当然本发明的高频截止频率和低频截止频率不限于上述截止频率，还可为其他需要补偿的频段。
图4为本发明基于等响曲线的响度补偿方法的实施例二提供的流程框图，参阅图4可知，音频信号采用多个频率滤波器进行滤波，每一个滤波器滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号，再将多个滤波器的加权信号、原始音频信号叠加后即得音频输出信号。该实施例是实施例一的优选方案，由于本发明的加权系数是通过在某一频段（例如低频或高频）中任一选择一频率，计算该频率的响度要达到频率为1kHz的响度水平需要提高或降低的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值，因此某一频段（例如低频或高频）的宽度对于信号响度补偿的效果有一定影响，频段越宽，任一选择的频率相差越远，信号响度补偿的效果较差，同理频段越窄，信号响度补偿的效果较好。基于这一原理，实施例二是在实施例一的基础上，将实施例一的低频段和高频段分别分为多个频率段，每一个频率段对应一个滤波器（该滤波器允许该频率段通过），这样可减小频率段的宽度，提高本发明响度补偿的效果。当然为了进一步提高本发明的响度补偿效果，可以尽量对低频段和高频段实行均等分配，例如可将频率小于或等于70Hz的低频段，划分为0-24Hz，24Hz-47Hz和47Hz-70Hz三个频段，并分别对应低通滤波器、带通滤波器1和带通滤波器2；同理也可将频率大于10kHz的高频段均分为三个频段。在此需说明的是，上述低频段和高频段划分的频段可为N段，而且N越大，本发明得到的补偿信号效果越好，但为了考虑操作的复杂度和滤波器的成本，可以根据实际需要合理确定N的数量。
图5为本发明响度补偿装置提供的结构框图，参阅图5，响度补偿装置包括：
补偿单元51，用于调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
输出单元52，用于分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述补偿单元得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
图6为本发明音频处理系统提供的结构框图，参阅图6可知，音频处理系统包括上述响度补偿装置61、音频功率放大器62和扬声器系统63，该响度补偿装置61用于对输入的音频信号X的部分频段进行响度补偿，经音频功率放大器62放大后，通过扬声器系统63播放响亮饱满，满足人们听觉上的舒适感的音频信号Y。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，包括：
步骤S1，调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高或降低的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
步骤S2，分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述步骤S1中得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
2.根据权利要求1所述的基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，所述预设频率滤波器包括截止频率为70Hz的低通滤波器和截止频率为10kHz的高通滤波器。
3.根据权利要求2所述的基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，将所述低通滤波器和高通滤波器的对应的频率段分别分为多个频率段，每一个频率段对应一个频率滤波器。
4.根据权利要求3所述的基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，将所述低通滤波器和高通滤波器的对应的频率段等分为多个频率段。
5.根据权利要求1所述的基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中，调节音频信号音量，通过声级计测得所有可取音量值分别对应的声压级。
6.根据权利要求1所述的基于等响曲线的响度补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中，调节音频信号音量测得所有可取音量值分别对应的声压级的方法是：从小到大或从大到小均匀调节音量，通过声级计测得所有可取音量值分别对应的声压级。
7.一种响度补偿装置，其特征在于，包括：
补偿单元，用于调节输入信号音量，测得所有可取音量值分别对应的声压级，在每一声压级下，对输入信号采用预设频率滤波器进行滤波后乘以相应的加权系数得到加权信号；
所述相应的加权系数是指，通过查询等响曲线，得到同一声压级下，预设频率滤波器对应的频段中任一频率达到频率为1kHz的响度水平需要提高的声压级与频率为1kHz所对应的声压级的比值；
输出单元，用于分别将所有可取音量值对应的多个声压级的每一声压级下的输入信号与所述补偿单元得到的加权信号相叠加，使得输入信号响度得到补偿。
8.一种音频处理系统，包括音频功率放大器和扬声器系统，其特征在于，还包括权利要求7所述的响度补偿装置，用于补偿输入信号的响度，经音频功率放大器放大后，通过扬声器系统输出信号。
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