CN102549669B - 用于修改音频信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于修改音频信号的方法和装置。示例性方法包括提供音频信号和相对于一个或多个预定期望音频特性分析所提供音频信号的特性。该示例性方法还包括向所提供音频信号应用传输函数以由此创建拥有预定期望音频特性中的一个或多个的经处理音频信号。该示例性方法附加地包括发出该经处理音频信号。

Description

用于修改音频信号的系统和方法

背景技术

许多现代电子设备被设计为再现音乐和/或其它音频信号。诸如像个人计算机、膝上型电脑、便携式音频播放器、蜂窝电话等的这些电子设备典型地包括整体扬声器，其将表示音频信息的电气信号转换为声音以便呈现给收听者/用户。这样的电子设备还典型地被配置为与外部扬声器和/或头戴式受话器进行互连。用来产生音频输出的扬声器均具有影响它们产生的声音的独特电气特性。这些特性的示例包括频率响应、敏感度、谐振频率、阻尼因子、顺应性（compliance）等。

另外，电子设备的音频子系统均具有它们自己的影响对音频电气信号的处理的电气特性和参数集，例如包括总谐波失真、高频振动、噪声基准、输出功率等等。由于这些独特特性，不同的电子设备将对相同的电气音频信号进行不同地处理。由于扬声器和音频子系统的差异，最终的结果是相同电气音频信号当由不同的音频子系统和/或电子设备处理时，将发声不同。

附图说明

在下列详细描述中且参考附图来描述一定的示例性实施例，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的电子设备的音频子系统的框图；和

图2是示出根据本发明示例性实施例的用于修改音频信号以拥有期望音频特性的方法的过程流程图。

具体实施方式

本发明的示例性实施例涉及在将电气音频信号转换为可听声音时补偿和/或考虑音频子系统和/或扬声器的电气特性的系统和方法。此外，示例性实施例涉及提供保真度和/或其它期望特性得以改进的再现声音。根据本发明的示例性实施例，还希望考虑在进行声音录制时影响所录制音频信号的特性的因素。以此方式，或许可能的是在再现所再现音频信号时改进它们的保真度。

现在参考附图且尤其参考图1，示出了具有用于优化再现声音的保真度的音频子系统的电子设备的示例性实施例的框图。电子设备10包括音频子系统100，所述音频子系统100进而包括多个音频处理级。更具体地，电子设备10的音频处理级包括均衡级102、压缩级104、限制器级106、放大级108和输出级110。电子设备10进一步包括处理器或控制器112，其可以是音频子系统100的一部分，与音频子系统100一体化的或者与音频子系统100分开的。

本领域那些技术人员将会意识到，图中所示出的功能块和设备仅是可以在本发明的示例性实施例中实现的功能块和设备的一个示例。此外，可以基于系统设计考虑选择包含不同功能块的其它特定实现方式。

均衡级（EQ级）102使用无源或有源电子元件或数字算法执行改变音频子系统100的频率响应特性的过程。更具体地，由EQ级102接收和处理诸如像模拟或数字电气信号之类的一个或多个输入音频电气信号114。由EQ级102输出诸如像模拟或数字信号之类的均衡音频信号116。EQ级102包括均衡级控制输入122。EQ级102的操作及其对输入音频电气信号114的处理至少部分地取决于均衡级控制输入122。更具体地，至少部分地根据均衡级控制输入122，EQ级102改变音频子系统100的频率响应特性。均衡级控制输入122例如可以是数字或模拟信号或者其它类型的输入。

压缩级104接收均衡音频信号116并且使用无源或有源电子元件或数字算法执行压缩均衡音频信号116的过程。由压缩级104产生作为输出的诸如像模拟或数字信号之类的压缩音频信号124。压缩级104包括压缩级控制输入126。压缩级104的操作及其对均衡音频信号116的处理至少部分地取决于压缩级控制输入126。更具体地，至少部分地根据压缩级控制输入126，压缩级104改变均衡音频信号116的压缩特性，并因此改变子系统100的压缩特性。

限制器级106接收压缩音频信号124并且使用无源或有源电子元件或数字算法执行限制压缩音频信号124的过程。由限制器级106产生作为输出的诸如像模拟或数字信号之类的限制音频信号128。限制器级106包括限制器级控制输入130。限制器级106的操作及其对压缩音频信号124的处理至少部分地取决于限制器级控制输入130。更具体地，至少部分地根据限制器级控制输入130，限制器级106改变压缩音频信号124的限制特性，并因此改变子系统100的限制特性。

放大级108接收限制音频信号128并且使用无源或有源电子元件或数字算法执行放大限制音频信号128的过程。由放大级108产生作为输出的诸如像模拟或数字信号之类的放大音频信号132。放大级108包括放大级控制输入134。放大级108的操作及其对限制音频信号128的处理至少部分地取决于放大级控制输入134。更具体地，至少部分地根据放大级控制输入134，放大级108改变限制音频信号128的放大特性，并因此改变子系统100的放大特性。

输出级110接收放大音频信号132并且使用无源或有源电子元件或数字算法执行将放大音频信号132接口到一个或多个输出设备的过程，所述一个或多个输出设备诸如像电声换能器、输出连接器或后续电路。由输出级110产生作为输出的诸如像模拟或数字信号之类的输出音频信号136。输出级110包括输出级控制输入138。输出级110的操作及其对放大音频信号132的处理至少部分地取决于输出级控制输入138。

控制器112与EQ级102、压缩级104、限制器级106、放大级108以及输出级110中的每一个电气连接，并且分别向每一个发出对应的级控制输入122、126、130、134和138。诸如像微处理器之类的控制器112执行控制软件140并且接收一个或多个控制输入信号142，其中的每一个控制输入信号142在下文中进行更为具体地描述。

在使用中，音频子系统100对输入音频信号114进行处理以产生具有期望特性的输出音频信号136，并因此产生期望的声音。至少部分地根据均衡级控制输入122，均衡级102向音频信号114应用期望的均衡或传输函数（transfer function）f _E 以便产生均衡音频信号116，所述期望的均衡或传输函数f _E 诸如像振幅、相位、时延和空间指向性均衡中的一种或多种。

至少部分地根据压缩级控制输入126，压缩级104向均衡音频信号116应用诸如像可变增益之类的期望压缩特性或传输函数f _C 以产生压缩音频信号124。通常，压缩级104所应用的期望压缩特性或传输函数f _C 至少部分地取决于输入均衡音频信号116的电平。例如，至少部分地根据期望压缩特性，压缩级104可以减少当输入信号电平为高时所应用的增益量，由此使较大声的通道更柔和并且减少（或压缩）所述压缩音频信号124的动态范围。相反地，至少部分地根据期望压缩特性，当输入信号电平较低时压缩级104可以增加增益量，由此使较柔和的通道更大声并且有效地增加压缩音频信号124的动态范围。

至少部分地根据限制器级控制信号130，限制器级106向压缩音频信号124应用诸如像预定阈值电平之类的期望限制器特性或传输函数f _L 以由此产生限制音频信号128。鉴于压缩级104将逐渐且平稳地减少在期望压缩阈值之上的所应用的增益量，所以限制器级106将基本上防止在期望限制器阈值之上的正应用的附加增益。因此，限制器级106进行动作以阻止或去除来自限制音频信号128的信号峰值，如果没有被阻止或去除，所述信号峰值会导致具有过高的电平（例如太大声或失真）的限制音频信号128。

至少部分地根据放大级控制输入134，放大级108应用期望放大特性或传输函数f _A ，诸如像增加限制音频信号128的电平，以产生放大音频信号132。

至少部分地根据输出级控制输入138，输出级110应用期望输出级特性f _O ，诸如像缓冲或以其它方式处理放大音频信号132，以产生输出音频信号136。由输出级110产生作为输出的诸如像模拟或数字信号之类的输出音频信号136。

音频子系统100的音频处理级（即EQ级102、压缩级104、限制器级106、放大级108以及输出级110）中的每一个至少部分地根据它们相应的控制输入（即EQ级控制输入122、压缩级控制输入126、限制器级控制信号130、放大级控制输入134和输出级控制输入138），向它们相应的输入信号应用相应的处理特性或传输函数（f _E 、f _C 、f _L 、f _A 、f _O ），以由此产生它们相应的输出信号。

级控制输入122、126、130、134和138中的每一个以一个或多个电气信号的形式，所述一个或多个电气信号诸如像由执行控制软件140的控制器112生成的模拟、数字或其它电气信号。该控制软件140至少部分地根据一个或多个控制输入信号142来确定，诸如像计算、导出或从设置在板上或板外存储器中的查找表检索，要应用的适当传输函数f _E 、f _C 、f _L 、f _A 和f _O 以便产生具有一定的期望特性的音频输出信号136。可以预先定义该控制输入信号以由此使得能够选择预先定义的期望音频特性集并因此选择传输函数，或者该控制输入信号可以是可变的以提供对定制的期望音频特性的应用并因此提供对传输函数的应用。

要应用的f _E 、f _C 、f _L 、f _A 和f _O 至少部分地取决于若干考虑因素，例如包括音频输出信号136指向的位于输出级110之外的音频信号路径（未示出）的特性（包括电声换能器或扬声器及其特性），一个或多个端收听者或端收听者组的优选声音特性，录制和/或演奏艺术家的优选声音特性以及要在其中再现音频输出信号136的环境的特性。

在所描述的示例性实施例中，均衡级102、压缩级104、限制器级106和放大级108被示为顺序且分开的级。然而，应当理解，本发明的示例性实施例并不局限于所示出的级的顺序，而是可以可替换地被配置为具有以一种或多种不同的和各种次序或顺序进行操作的均衡级102、压缩级104、限制器级106和放大级108。此外，应当理解，本发明的示例性实施例例如能够可替换地被配置为，诸如像具有集成到单个功能单元中的均衡级102、压缩级104、限制器级106和放大级108，所述单个功能单元诸如数字信号处理（DSP）应用特定集成电路（ASIC）。

现在参考图2，示出了根据本发明示例性实施例的用于在录制和/或重放期间向音频信号应用期望特性的方法200。方法200包括提供音频信号的过程（框210）、分析音频信号的过程（框220）、应用传输函数的过程（框230）、比较经处理的音频信号的过程（框240）以及发出经处理的音频信号的过程（框250）。

如在框210处所示出的，提供音频信号可以包括根据方法200提供音频信号262。音频信号262例如是先前录制的电气音频信号，或者可替换地，其是被转换为作为音频信号262提供的音频信号的可听声音。

分析音频信号的过程（框220）包括将所提供音频信号262的一个或多个预定或选择的特性与预定期望音频特性264中对应的一个或多个进行比较。预定期望音频特性264与所提供音频信号262的预定特性例如可以包括输出电平、振幅、动态范围、频率含量、压缩量、谐波失真以及其它特性中的一个或多个。分析音频信号的过程（框220）至少部分地确定通过应用该传输函数（框230）而要向音频信号262应用的该传输函数。

在本发明的一个示例性实施例中，分析音频信号的过程（框220）诸如像由执行一个或多个基于软件的指令或算法的处理器来电子地执行，所述指令或算法将所提供音频信号262的预定特性与对应的预定期望特性264进行比较。可替换地，在本发明的另一示例性实施例中，分析音频信号的过程（框220）包括针对预定期望特性264的程度、存在或缺乏来监听所提供音频信号262的可听再现。所述监听由关键收听者266来完成，所述关键收听者诸如像所谓的金耳朵（golden ear）、演奏对应于所述音频信号的音乐的艺术家、制作人或者样本收听者组。

应用传输函数（框230）包括应用适当的传输函数以修改所提供音频信号262的预定特性中的一个或多个以产生经修改或处理的音频信号268，其中所提供音频信号262的预定特性中的一个或多个已经被修改以更紧密地接近于预定期望音频特性264中的对应一个或多个。

比较经处理音频信号（框240）可以包括将经处理音频信号268的一个或多个预定特性与对应的预定期望音频特性264进行比较。比较经处理音频信号（框240）诸如像可以由执行一个或多个基于软件的指令或算法的处理器电子地执行，所述指令或算法将经处理音频信号268的一个或多个预定特性与一个或多个对应的预定期望特性264进行比较。可替换地，在本发明的另一示例性实施例中，分析音频信号的过程（框220）包括针对预定期望特性264中的一个或多个的程度、存在或缺乏来监听经处理音频信号268的可听再现。所述监听也可以由关键收听者276来完成，所述关键收听者276诸如像所谓的金耳朵（golden ear）、演奏对应于所述音频信号的音乐的艺术家、制作人，其可以是与关键收听者266相同或不同的收听者。

至少部分地根据比较经处理音频信号240，重复分析音频信号的过程（框220）、应用传输函数的过程（框230）以及比较过程的过程（框240），或者发出输出音频信号。

更具体地，如通过循环270所示出的，如果比较经处理音频信号（框240）的结果指示经处理音频信号268的预定特性中的一个或多个与对应的一个或多个预定期望音频特性264不足够紧密地匹配，诸如像在预定容差内，则经处理音频信号268被该方法200再次引导通过分析音频信号的过程（框220）、应用传输函数的过程（框230）和比较的过程（框240）。对经处理音频信号268的处理以此迭代方式继续进行直到比较经处理音频信号（框240）的结果指示经处理音频信号268的预定特性与对应的一个或多个预定期望音频特性264相匹配（诸如像在预定容差内）为止。

在框250，发出经处理音频信号268以供预期使用，诸如像，经由诸如扬声器之类的电声换能器的再现、录制到有形或无形介质、进一步处理、传输等等。

分析音频信号的过程（框220）和比较经处理音频信号的过程（框240）之间的不同之处在于前者过程（即，分析音频信号过程（框220））涉及确定要应用的适当传输函数。相反地，比较过程（框240）通过电子/软件分析或关键收听者所进行的可听监视来确定经处理音频信号268是否以预定且满意程度接近于一个或多个预定期望音频特性264，并且因此是否需要附加的处理步骤。

通过比较，分析音频信号的过程（框220）还基于电子/软件分析或由关键收听者所进行的分析来确定哪些预定音频特性需要修改，诸如像加重或去加重，以便在指定程度内与期望音频特性264相匹配。

本发明的示例性实施例可以提供不寻常的优势。无论录制和/或再现过程的各种参数以及影响录制和/或再现过程的因素如何，该方法200都使得能够实现录制和/或再现具有不寻常特性和/或独特声音的经处理音频信号268。通过考虑录制和/或再现过程的各种参数以及影响录制和/或再现过程的因素，方法200使得能够实现录制和/或再现具有不寻常特性和/或独特声音的经处理音频信号268。例如，可以对音频信号268进行处理以补偿要在再现音频信号268时使用的特定电声换能器或扬声器的电气和/或声学特性，以便抵消并由此保持和确保忠实再现该不寻常特性和/或独特声音。

Claims (12)

1.一种用于修改音频信号的方法，包括：

提供音频信号；

相对于一个或多个预定期望音频特性分析所提供音频信号的特性；

向所提供音频信号应用传输函数以由此创建拥有所述预定期望音频特性中的一个或多个的经处理音频信号；和

发出所述经处理音频信号；

其中所述传输函数至少部分地根据要在发出所述经处理音频信号的过程中使用的一个或多个电声换能器的特性来确定，其中所述分析步骤在由所述一个或多个电声换能器输出所述音频信号之前执行。

2.如权利要求1所述的方法，其中要应用的传输函数至少部分地取决于分析的过程。

3.如权利要求1所述的方法，其中分析所提供音频信号的特性的过程包括确定所提供音频信号的振幅电平、频率范围、动态范围、压缩和限制中的一个或多个。

4.如权利要求1所述的方法，其中确定传输函数的过程包括确定针对要通过所述传输函数对所应用音频信号应用的均衡、压缩、限制和放大的一个或多个参数，以使得所述经处理音频信号将拥有预定期望音频特性中的一个或多个。

5.如权利要求1所述的方法，包括将所述经处理音频信号的音频特性与所述预定期望音频特性进行比较的进一步过程，并且至少部分地根据该比较过程，重复分析特性的过程和应用传输函数的过程。

6.如权利要求5所述的方法，其中比较音频特性的过程包括监听所述经处理音频信号的可听再现。

7.如权利要求5所述的方法，其中比较音频特性的过程由关键收听者、演奏艺术家或制作人其中之一来实施。

8.如权利要求7所述的方法，其中确定传输函数的过程由关键收听者、演奏艺术家或制作人其中之一来实施。

9.一种用于修改音频信号以拥有一个或多个预定期望音频特性的装置，包括：

接收至少一个控制输入信号的控制器，由所述控制器发出的至少一个级控制信号至少部分地取决于所述至少一个控制输入信号；

接收所提供音频输入信号的至少一个音频信号处理级，所述至少一个音频信号处理级相对于一个或多个预定期望音频特性分析所提供音频信号的特性；接收所述至少一个级控制信号，并且至少部分地根据所述级控制信号和对所述音频输入信号的特性的分析，向所提供音频输入信号确定并应用传输函数，所述传输函数至少部分地根据要在发出所述经处理音频信号的过程中使用的一个或多个电声换能器的特性来确定，

所述至少一个音频处理级发出拥有所述预定期望音频特性中的至少一个的经处理输出音频信号，其中在由所述一个或多个电声换能器输出所述音频信号之前确定所述传输函数。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述至少一个音频信号处理级包括均衡级、压缩级、限制级和放大级中的至少一个。

11.如权利要求9所述的装置，包括控制软件，所述控制软件确定所述传输函数。

12.如权利要求9所述的装置，其中所述至少一个音频信号处理级确定所述传输函数。