CN102576560B - 电子音频设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种适配为连接到扬声器的电子音频设备。该电子设备包括适配为接收输入音频电气信号的音频子系统。该电子设备包括适配为接收输入音频电气信号并且对其应用包括两级带通函数的传输函数以产生输出音频电气信号的均衡器，所述传输函数至少部分地取决于所述扬声器的频率响应。

Description

电子音频设备

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音频子系统，其对表示要被再现为可听声音的音频信息的电气信号进行处理。所述音频信号通过与该电子设备的音频子系统互连的一个或多个整体或外部的电声换能器或扬声器转换为可听声音。

每个电声换能器或扬声器具有其自己的电气特性和参数集，其例如包括频率响应、敏感度、谐振频率、阻尼因子、顺应性（compliance）等。正使用的特定电声换能器或扬声器的电气特性和参数将影响电气音频信号到可听声音的转变。因此，不同的电声换能器将对相同的电气音频信号进行不同地转变。例如，诸如头戴式受话器之类的在物理上较小的电声换能器典型地具有有限的再现音频低音频率范围内的频率（小于近似200 Hz的频率）的能力。

许多电子设备中的音频子系统暴露于来自多种源的电气噪声和干扰，所述源包括数字电路和信号以及无线电频率电路和在电子设备内以及由该电子设备生成的信号，进入音频信号路径的接地回路电流，以及泄露到音频信号路径中的电源/线路噪声。这些电气干扰信号中的相当大部分典型地落在该音频频率范围内，并且具体地落在该音频低音频率范围内。因此加重音频低音频率范围的音频子系统也会加重该低音频率范围内的不期望电气干扰信号，并且由此使所再现音频的质量劣化。

附图说明

在以下详细描述中且参考附图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具有音频子系统的电子设备的框图，所述音频子系统具有均衡级；

图2是图1的均衡级的框图；

图3图示了由图1的均衡级应用的频率响应曲线（增益对频率）；和

图4图示了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。

具体实施方式

图1是根据本发明示例性实施例的具有音频子系统的电子设备的框图，所述音频子系统具有均衡级。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还包括处理器或控制器112，其可以是音频子系统100的一部分，与该音频子系统100一体化的或者分离的。

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。如本文所使用的，术语“频率响应”指的是作为频率的函数的换能器输出与输入比。

在图1中所示的示例性实施例中，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，并因此改变音频子系统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的振幅特性，并因此改变音频子系统100的振幅特性。

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在下文中更加具体地描述。

音频子系统100的每个音频处理级（即EQ级102、压缩级104、限制器级106、放大级108以及输出级110）至少部分地根据全部由控制器112发出的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）而向它们相应的音频输入信号114、116、124、128和132应用相应的处理特性或传输函数（transfer function）（f _E 、f _C 、f _L 、f _A 、f _O ），以便由此产生相应的输出信号116、124、128、132并且最终产生输出音频信号136。

均衡级102诸如像通过使用无源或有源电子元件或数字信号处理算法来执行改变其输入电气音频信号114的频率响应特性的过程。现在参考图2，EQ级102对其输入电气音频信号114应用传输函数f _E 。通常，传输函数f _E 可以包括两级的带通传输函数，其具有第一带通特性BP1和第二带通特性BP2。

更具体地，传输函数f _E 向输入电气音频信号114应用具有第一中心频率F_C1、Q因子Q₁和增益电平G₁的第一带通特性BP1。传输函数f _E 还向输入电气音频信号114应用具有第二中心频率F_C2、Q因子Q₂和增益电平G₂的第二带通特性BP2。第一和第二中心频率F_C1和F_C2、Q因子Q₁和Q₂以及增益电平G₁和G₂中的每一个都至少部分地取决于电声换能器或扬声器144的频率响应。如本文所使用的，术语“电声换能器”和“扬声器”意图包括再现声音的任何设备，包括头戴式受话器、耳机、压电元件等等。

现在参考图3，示出了向输入电气音频信号114应用一个示例性实施例的传输函数f _E 所得到的频率响应分布（应用的增益对频率）150。在此示例性实施例中，传输函数f _E 的第一带通特性BP1包括近似65 Hz的第一中心频率F_C1，近似0.5的第一Q因子Q₁，以及近似+2 dB的第一增益电平G₁。传输函数f _E 的第二带通特性BP2包括近似20 kHz的第二中心频率F_C2，近似1.0的第二Q因子Q₂，以及近似+2 dB的第二增益电平G₂。

频率响应分布（增益对频率）150示出了此示例性实施例的传输函数f _E 的应用加重了从近似40 Hz到近似100 Hz的音频低音频率范围内并且在近似65 Hz的F_C1处具有近似+2 dB的峰值加重（emphasis）的频率范围。

如上面所描述的，低音频率范围也可以包含一定数量的电气干扰信号，诸如像接地回路电流以及电源/线路噪声。因此，此特定传输函数f _E 和频率响应分布150结合具有相对没有低音音频频率范围内的电气干扰信号的音频信号通道（即，具有低噪声基准的音频信号通道）的电子设备和音频子系统而得以最为有利地应用。

频率响应分布150进一步示出了应用此示例性实施例的传输函数f _E 的还加重了从近似5 kHz到近似20 kHz的音频高音（treble）频率范围内并且在近似20 kHz的F_C2处具有近似+2 dB的峰值加重的频率范围。因此，当作为整体来看时，频率响应分布150紧密地接近于典型或平均人耳和/或典型或平均人类听力电平的逆（inverted）频率响应曲线。

当要由一个或多个具有扩展到近似第一中心频率F_C1的低频响应以及类似地扩展到近似第二中心频率F_C2的高频响应的电声换能器或扬声器再现输出音频信号136时可以应用该特定传输函数f _E 和频率响应分布150。这样的频率响应相对平缓，诸如像-3 dB。

现在参考图4，示出了用于修改音频信号以拥有期望音频特性的方法的一个实施例。该方法通常由附图标记400来指代。

在框410，确定扬声器的频率响应特性。如在框420所示，选择包括两级带通参数的传输函数参数。在框430，应用该传输函数。

确定扬声器的频率响应特性的过程（框410）可以包括分别确定上频率f _UPPER 和下频率f _LOWER ，特定电声换能器或扬声器的输出电平在所述上频率f _UPPER 和下频率f _LOWER 处低于预定电平或阈值，诸如像低于“平缓”或平均电平的近似-2 dB至近似-3 dB的电平。这些频率常常被称为“截止（cutoff）”频率。

选择传输函数参数的过程（框420）包括分别至少部分地根据上频率响应限制f _UPPER 和下频率响应限制f _LOWER 选择第一带通特性BP1和第二带通特性BP2。更具体地，选择传输函数参数的过程（框420）可以包括选择第一带通特性BP1的第一中心频率F_C1、第一Q因子Q₁和第一增益电平G₁，以及选择第二带通特性BP2的第二中心频率F_C2、第二Q因子Q₂和第二增益电平G₂。

应用传输函数的过程（框430）包括应用具有在框420所选择的传输函数参数的双带通传输函数特性，所述传输函数参数即F_C1、Q₁、G₁、F_C2、Q₂和G₂。如框440所示，诸如像通过使用无源或有源电子元件或数字信号处理算法把该传输函数应用于输入音频电气信号，以便由此改变该输入音频电气信号的频率特性，并且产生经修改的音频信号。

根据本发明的示例性实施例，方法400可以产生输出音频信号，所述输出音频信号具有针对要在再现对应于输入音频信号的可听声音时使用的特定电声换能器或扬声器的频率响应特性的任何不足而进行剪裁和补偿的频率特性。因此，所再现的音频的质量和准确度得到明显提升。

当使用具有中高敏感度水平的电声换能器或扬声器来把包括具有该音频频率范围内的频率分量的电气干扰的任何音频信号再现为可听声音时，本发明的示例性实施例对于改善音频质量有用。另外，本发明的示例性实施例在处理在其中在没有与被描述为紧（tight）和受控（controlled）的期望质量相比通常被描述为拖泥带水的或低沉有回响的不希望效果的情况下已经加重了整个低音频率范围的音频信号时改进了音频性能。

此外，本发明的示例性实施例选择性地加重一定音频频率或音频频率范围，而并不对所再现的音频带来不期望的质量。另外，加重一定音频频率或其范围的过程并不会不合需要地加重该音频频率范围内不期望电气噪声信号。

Claims (15)

1.一种适配为连接到扬声器的电子音频设备，所述电子音频设备包括：

音频子系统，其适配为接收输入音频电气信号；和

均衡器，其适配为接收所述输入音频电气信号并且对其应用包括两级带通函数的传输函数以产生输出音频电气信号，所述传输函数至少部分地取决于所述扬声器的频率响应。

2.如权利要求1所述的电子音频设备，其中所述扬声器包括一套头戴式受话器的一部分。

3.如权利要求1所述的电子音频设备，其中所述传输函数包括第一和第二中心频率、第一和第二增益因子以及第一和第二Q因子。

4.如权利要求3所述的电子音频设备，其中所述第一和第二中心频率至少部分地取决于所述扬声器对应的第一和第二截止频率。

5.如权利要求3所述的电子音频设备，其中所述第一和第二增益因子至少部分地取决于所述扬声器的第一和第二截止频率中的每一个处的增益。

6.如权利要求3所述的电子音频设备，其中所述第一和第二Q因子至少部分地取决于对应的第一和第二速率，所述扬声器的频率响应在其第一和第二截止频率之外以所述第一和第二速率下降。

7.如权利要求3所述的电子音频设备，其中所述第一中心频率近似为65 Hz并且所述第二中心频率近似为20 kHz。

8.如权利要求3所述的电子音频设备，其中所述第一Q因子近似为0.5并且所述第二Q因子近似为1.0。

9.如权利要求3所述的电子音频设备，其中第一增益电平和第二增益电平均近似为+2 dB。

10.一种修改输入音频电气信号以便由扬声器产生声音的方法，所述方法包括：

确定所述扬声器的频率响应特性；

确定包括两级带通传输函数的传输函数，所述传输函数至少部分地取决于所述扬声器的频率响应特性；并且

向输入音频电气信号应用所述传输函数以由此产生经修改的音频电气输出信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述扬声器包括一套头戴式受话器的一部分。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述传输函数包括第一和第二中心频率以及第一和第二Q因子。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述传输函数还包括第一和第二增益因子。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述第一和第二中心频率近似等于所述扬声器的第一和第二截止频率。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述第一中心频率近似为65 Hz并且所述第二中心频率近似为20 kHz。