CN104012001B - 低音增强系统 - Google Patents

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Abstract

低音增强系统可以针对扬声器提供增强低音效果，包括相对较小的扬声器。低音增强系统可以向输入音频信号施加一个或多个低音增强。例如，低音增强系统可以利用人耳如何处理低频声音的泛音和谐波，产生对正从扩音器发射的不存在的(或被衰减的)低频声音的感知。在一个实施例中，低音增强系统可以至少产生一些低频基频的谐波。对低频基频的至少一些谐波的回放可以导致聆听者感知到对低频基频的回放。有利地，在特定实施例中，低音增强系统可以产生这些谐波，而无需执行处理密集的音高检测技术等来识别基频。

Description

低音增强系统
相关申请
本申请是2011年12月27日递交的美国临时申请No.61/580,448的非临时申请，其全部公开内容通过引用合并于此。
背景技术
音频和多媒体产业不停地争取克服再现声音的缺点。例如，通常难以充分地再现例如低音的低频声音。改善低频声音的输出的多种传统方法包括使用较高质量的扬声器，所述扬声器具有较大锥形区域、较大磁铁、较大壳体或较大锥形漂移能力。此外，传统系统尝试使用谐振室和喇叭来再现低频声音，所述谐振室和喇叭将扩音器的声学阻抗与扩音器周围的自由空间的声学阻抗相匹配。
然而，并非所有音频系统可以简单地使用更昂贵或更强大的扬声器来再现低频声音。例如，一些声音系统(例如，手机扬声器和其它消费电子设备)依靠小型扩音器。此外，为了节约成本，许多音频系统使用较不准确的扬声器。这种扬声器通常不具有正确再现低频声音的能力，因此，通常声音并非如更准确再现低频声音的系统一样鲁棒或令人愉悦。
发明内容
出于概述本公开的目的，本文已经描述了本发明的一些方面、优点和新颖特征。应当理解，不必根据这里本文所公开的本发明的任何具体实施例来实现所有这样的优点。因此，可以以如下方式实现或执行本文所公开的发明：实现或优化如本文教导的一个优点或一组优点，而没有必要实现如本文教导或建议的其它优点。
在特定实施例中，一种用于增强低音音频的系统包括具有一个或多个处理器的低音增强器。所述低音增强器可以至少部分地基于输入音频信号中的可用净空，来产生输入音频信号的一个或多个低音频率的谐波。此外，该系统可以包括均衡器，可以加重输入音频信号中包括扬声器的最低可再现频率在内的频率。此外，系统可以包括电平调整器(leveladjuster)，可以至少向输入音频信号中频率的较低频带自适应地施加增益。这种增益可以取决于输入音频信号中的可用净空。
前述段落的系统还可以包括在本文所述特征中本段落所述以下特征的任意组合。在一个实施例中，低音增强器可以至少通过以下产生谐波：确定输入音频信号中的可用净空；向大约一半的输入音频信号施加第二增益。第二增益可以大于输入音频信号中的可用净空，从而产生输入音频信号中的一个或多个基础低音频率的谐波。低音增强器还可以包括响度滤波器，可以相对于输入音频信号中的其它频率，加重一个或多个低音频率。该响度滤波器可以向输入音频信号施加反等响曲线。低音增强器还可以包括早期反射模块，可以用抽头延迟线对输入音频信号进行滤波。抽头延迟线可以模拟通过低音频率再现的混响。早期反射模块可以在时间上随机化抽头延迟和抽头延迟线系数之一或二者。系统还可以包括合并器，可以将低音增强器的输出与输入音频信号合并，以便产生合并器输出。合并器可以将该合并器输出提供给均衡器。此外，电平调整器还可以包括高通倾斜滤波器，可以恢复对输入音频信号中高频频带的平衡。
在多种实施例中，用于增强音频的方法可以包括：用一个或多个处理器产生输入音频信号的第一频率的谐波，以产生增强音频信号；用均衡滤波器加重所述增强音频信号中的第二频率，以产生输出音频信号；以及向扬声器提供所述输出音频信号。例如，如下所述，第二频率可以与扬声器的扬声器尺寸设置相对应。
前述段落的方法还可以包括在本文所述特征中本段落所述以下特征的任意组合。例如，第二频率可以包括第一频率中的至少一些。第二频率还可以包括扬声器尺寸设置周围的频率的频带。第一频率可以包括低音频率。产生谐波可以包括：确定输入音频信号中的可用净空，并向大约一半的输入音频信号施加增益。增益可以比输入音频信号的可用净空大，从而产生输入音频信号中的一个或多个基础低音频率的谐波。所述方法还可以包括用抽头延迟线来对输入音频信号进行滤波，所述抽头延迟线可以模拟通过低音频率再现的混响。所述方法还可以包括在时间上随机化抽头延迟和抽头延迟线系数之一或二者。输入音频信号可以包括两个或更多个输入信号的下混。两个或更多个输入信号可以包括以下信号中的两个或更多个：左前信号、右前信号、中心信号、左环绕信号和右环绕信号。
在一些实施例中，非暂时性物理电子存储设备可以包括存储在其上的指令，其中所述指令在被一个或多个处理器执行时，引起一个或多个处理器实现用于增强低音音频的操作。这些操作可以包括：接收输入音频信号；确定输入音频信号中的可用净空；以及向大约一半的输入音频信号施加增益以产生部分削波的音频信号。增益可以大于输入音频信号中的可用净空，从而产生输入音频信号中的一个或多个低音频率的谐波。
前述段落的操作还可以包括在本文所述特征中本段落所述以下特征的任意组合。例如，操作还可以包括：将输入音频信号与部分削波的音频信号相加，以产生合并音频信号，加重合并音频信号中的频率的频带。频率的频带可以与扬声器尺寸设置相关。操作还可以包括用抽头延迟线对输入音频信号进行滤波，所述抽头延迟线可以模拟通过低音频率再现的混响。操作还可以包括在时间上随机化抽头延迟和抽头延迟线系数之一或二者。此外，非暂时性物理电子存储设备可以与一个或多个处理器、存储器和/或其它计算硬件组件相结合。
用于增强低音音频的系统的多种实施例可以包括一个或多个处理器，所述处理器可以：访问由用户输入的扬声器尺寸设置；至少部分地基于扬声器尺寸设置，配置低音增强的多个低音增强参数；以及使用低音增强参数向音频输入信号施加低音增强，以增强音频输入信号的低音频率。
前述段落的系统还可以包括在本文所述特征中本段落所述以下特征的任意组合。例如，低音增强参数可以包括以下参数中的一个或多个：截止频率、增益和带宽。低音增强参数还可以包括低通滤波器的截止频率，所述低通滤波器可以衰减扬声器尺寸设置以上的频率。低音增强参数还可以包括均衡滤波器的带宽，所述均衡滤波器可以加重音频输入信号中的频率的频带。
附图说明
贯穿附图，附图标记可以再次使用，以指示所引用元件之间的对应性。提供附图来示出本文所描述的本发明的实施例，而非限制本发明的范围。
图1示出了低音增强系统的实施例。
图2示出了可以由图1的低音增强系统实现的低音增强器的实施例。
图3示出了可以由图1的低音增强系统实现的均衡器的实施例。
图4示出了可以由图1的低音增强系统实现的电平调整器的实施例。
图5示出了响度滤波器的示例频率响应曲线。
图6示出了低音增强系统的另一实施例。
图7示出了下混低音增强系统的实施例。
图8到图19描述了与本文所述任意低音增强系统的实施例关联的示例输出曲线。
图20描述了可以由本文所述的任意低音增强系统实现的示例增益曲线。
图21A和21B描述了与早期反射滤波器关联的示例时域曲线。
图22描述了将两个均衡滤波器的并行应用与所述滤波器的串行应用进行对比的示例曲线。
图23和24描述了用于调整文本所述的任意低音增强系统的设置的示例用户界面。
具体实施方式
一些音频系统尝试通过在将信号输入扩音器之前放大低频信号，来对低频声音的较差再现性能进行补偿。放大低频信号向扩音器发送更多能量，进而用更大力量来驱动扬声器。然而，放大低频信号的这种尝试可以导致过驱动扩音器。不幸的是，过驱动扩音器会增加背景噪声、引起干扰失真、并损伤扩音器。
本公开描述了能够向扬声器提供增强低音效果的低音增强系统的实施例，所述扬声器包括相对较小的扬声器。低音增强系统可以向输入音频信号应用一个或多个低音增强。例如，在特定实施例中，低音增强系统可以利用人的耳朵如何处理泛音和低频声音的谐波来产生对正从扩音器发射的不存在的(或被衰减的)低频声音的感知。在一个实施例中，低音增强系统可以至少产生一部分低频基频的谐波。对低频基频的至少一部分谐波的回放可以导致聆听者感知到对低频基频的回放。有利地，在特定实施例中，低音增强系统可以产生这些谐波，而无需执行处理密集型音高检测技术等来识别所述基频。
本文所述的低音增强系统可以实现在任意计算设备或具有一个或多个处理器的设备，例如，一些示例包括手机、智能电话、个人数字助手(PDA)、平板、迷你平板计算机、膝上型计算机、台式计算机、电视、数字视频录像机(DVR)、机顶盒、媒体服务器、视听(A/V)接收机、视频游戏系统、高清盘播放器(例如，蓝光播放器)、条形音箱和车辆音频系统。
I.低音增强系统概述
图1示出了低音增强系统100的示例实施例。低音增强系统100可以用于增强具有小型扬声器的设备的低音，所述扬声器无法再现低频或非常差地再现这种频率。在一些实施例中，低音增强系统100还可以用于增强由任意扬声器再现的低音响应，所述扬声器包括能够再现低音频率的扬声器。
低音增强系统100可以实现为电子或计算硬件，例如，一个或多个处理器。下文描述了这种硬件的示例。此外，低音增强系统100可以实现为软件或固件、硬件和软件/固件的组合。例如，如图1及后图所示的多个块可以表示软件、固件、数字或模拟硬件及其组合等。
在所述实施例中，低音增强系统100包括低音增强器110、均衡器120和电平调整器130。输入音频信号由低音增强系统100接收，并提供给低音增强器110和均衡器120。这种输入音频信号可以具有一个、两个或更多个音频声道。例如，输入音频信号可以包括一对立体声信号、环绕声信号(例如，5.1、6.1、7.1等)、圆形环绕编码音频信号或其它矩阵编码音频等。输入音频信号可以是通过网络接收的流式音频或存储在非暂时计算机可读存储介质(例如，CD、DVD、蓝光盘、硬盘等)上的音频。然而，为了便于说明，主要在单音频信号(例如，单声道)的背景下描述低音增强系统100。除非明确提出，否则应理解，这里所述的特征可以类似地实现于多声道。
继续参考图1，处理由低音增强器110接收到的输入音频信号以便产生低音增强的音频信号。低音增强器1110可以使用多种低音增强技术中的任意低音增强技术。例如，在特定实施例中，低音增强器110可以利用人的耳朵如何处理泛音和低频声音的谐波，来产生对正从扩音器发射的不存在的(或被衰减的)低频声音的感知。在一个实施例中，低音增强器110可以至少产生一部分低频基频的谐波。对低频基频的至少一部分谐波的回放可以导致聆听者感知到对低频基频的回放。有利地，如下文所详述(参照图2)，低音增强器110可以产生这些谐波，而无需执行处理密集型的音高检测技术等来识别基频。
除此之外或代替执行产生谐波，在一些实施例中，低音增强器110产生或模拟低音频率的早期反射或回响。这种早期反射可以模拟由低音声音从墙壁上的真实反射。回放早期反射可以产生对更深或更丰富低音内容的感知。下文参考图2更详细地描述早期反射。此外，除了这些技术之外，或代替这些技术中的任意技术，低音增强器110还可以通过向至少低音频率应用反响度曲线滤波器，来增加低音频率的响度。
均衡器120也接收输入信号。在一些实施例中，均衡器120加重扬声器较低可再现界限周围的低频区域内的频率。典型扬声器(或扬声器与它们的外罩一起)具有较低截止频率，所述截止频率与扬声器的尺寸有关，扬声器在截止频率以下不产生可听见的声音(或产生被衰减的声音)。均衡器120可以加重在所述较低截止频率附近的频率，由此提升对低音增强的感知。在一些实施例中，截止频率不是-3dB截止频率，可以如下文所详述的，启发式地检测截止频率。本文有时将从均衡器120输入到均衡器120输出的信号路径或其任意部分称作时间增益路径。
在一些实施例中，均衡器120还从低音增强器110接收输入。均衡器120可以提供在加法块112处与低音增强器110的输出相加以便产生组合低音增强信号的输出。在所述实施例中，加法块112的输出提供给电平调整器130。电平调整器130可以自适应地动态调整施加到组合低音增强信号的一个或多个增益，从而在时间上改变音频信号中的净空(headroom)。例如，电平调整器130可以通过增加和/或降低音频信号的增益，至少部分地动态补偿由低音增强器110和/或均衡器120执行的与净空相关的增益操控。下文参考图4更详细地描述电平调整器。应注意，在一些实施例中，可以从低音增强系统100中省略低音增强器110、均衡器120或电平调整器130，同时仍提供所述低音增强系统的至少一部分优点。下文参考图6和7描述了对所示低音增强系统100的其它示例修改。
图2示出了上述低音增强器110的更具体的实施例，即低音增强器210。低音增强器210可以具有上述低音增强器210的一部分或全部的功能以及所示附加功能。低音增强器210的实施例可以包括图2所示特征的任意子集。低音增强器210的一些实施例还可以包括附加特征。
低音增强器210接收上述输入音频信号。在所述实施例中，将输入音频信号提供给低通滤波器(LPF)212。LPF212可以令低频通过并可以令大于截止频率(Fc)的频率衰减。截止频率可以取决于扬声器尺寸设置，扬声器尺寸设置可以表示扬声器的截止频率。然而，在其它实施例中，截止频率是用户可调的，不一定取决于扬声器尺寸。向输入频率应用低通滤波器可以促使产生低频信号(而不是中频或高频信号)的谐波(参照块214，如下所述)。可以将中频或高频范围的谐波认为是不需要的噪声。
在特定实施例中，扬声器尺寸设置可以与扬声器的真实截止频率(或扬声器的频率响应)有关，或实际上可以是扬声器的真正截止频率。例如，扬声器尺寸设置可以是扬声器具有-3dB或-6dB响应、或半功率响应等时的频率。然而，由于可能在扬声器安装在其外罩(例如电视)中的情况下来测量扬声器尺寸设置，所以扬声器尺寸设置也可以是与扬声器本身截止频率不同的频率。扬声器的频率响应可能受到扬声器所在的任何柜体或外罩的影响，因此，在一些实施例中，扬声器尺寸设置可以考虑扬声器外罩的影响。
可以通过处理器自动测量或通过现场工程师或其它音频专业人士手动测量扬声器尺寸设置。现场工程师可以使用例如以下处理，针对给定扬声器或扬声器集合(例如，电视中)启发式地确立扬声器尺寸设置。首先，现场工程师可以可选地调整低音增强系统100，以便提供最大或高等低音增强，从而促使对不同扬声器尺寸设置之间低音增强差别的更容易的聆听辨别。此后，现场工程师可以调整扬声器尺寸设置，直到在低音增强质量和低音增强数量之间实现平衡。在一些实施例中，扬声器尺寸设置越高，低音增强音量可以增加地越多。然而，权衡在于低音增强声音的质量可能随着扬声器尺寸的增加而衰减。因此，现场工程师可以设置扬声器尺寸，直到在质量和数量之间找到良好平衡。这么做的一种选项是以较低扬声器尺寸设置开始，增加扬声器尺寸直到现场工程师听到更多低音，可选地，使用若干不同测试音轨来评估低音效果。现场工程师可以使用用户界面(例如，下文参考图23和24所述的用户界面)，来调谐电视中的低音增强系统或实现低音增强系统的其它设备。在一个实施例中，现场工程师可以使用如在2012年4月22日提交的题为“Audio AdjustmentSystem”的美国专利申请No.13/592,182中所述的技术，向实现低音增强系统的设备传达低音增强设置改变，该美国专利申请的全部公开内容通过引用合并于此。
继续参考图2，在所述实施例中，LPF212向谐波产生器214提供输出信号，其还作为可由均衡器120可选地使用的单独输出信号(参照图3)。在特定实施例中，谐波产生器214产生低通滤波信号中的至少一部分频率的谐波。有利地，谐波产生器214可以产生这些谐波，而无需使用用于检测音高或基频的复杂算法。在一个实施例中，谐波产生器214通过削波(clip)至少一部分音频信号，来产生谐波。不同于削波音频信号的正负音轨二者并接着整流信号以产生谐波的一些算法，在一个实施例中，谐波产生器214削波一半信号。例如，谐波产生器214可以削波音频信号的正峰值，将负峰值保持为原样(或相反地，仅削波负峰值)。仅削波正峰值(或仅削波负峰值)可以引发奇次和偶次谐波二者，而削波正负峰值二者可以仅导致奇次谐波(通常随后使用整流以便根据完全削波的信号产生偶次谐波)。在一些实例中，通过削波一半信号并避免随后必须整流信号，执行更少处理。在特定实施例中，将基频保留在信号中。
一种用于削波可以由谐波产生器214实施例使用的信号的有利方法是基于该信号中的可用净空来削波信号。例如，在一个实施例中，谐波产生器214计算信号具有多少净空，向正采样施加大于可用净空的对应增益以便引起削波，这至少产生一部分输入信号频率的谐波。接着，谐波产生器214可以向正采样施加该增益的倒数，以便令该采样回到它们之前的电平(除了现在它们是被削波的之外)。由于可以基于可用净空动态调整用于产生削波的增益，所以使用可用净空来确定削波可以是有利的。因此，由于这种基于可用净空的动态分析，谐波产生器214还可以引发削波，而无论输入信号的电平如何。
所施加来产生削波的增益量可以是预设量和/或可以是用户限定的(例如，由现场应用工程师、制造商、终端用户等)。在一个实施例中，可以选择增益值以便尝试将信号放大为比满标度大约30％(例如，比0dB大约30％)。例如，谐波产生器214可以计算出信号中可用的净空是10dB(例如，通过确定在给定采样块中信号在-10dB处达到峰值)。接着，谐波产生器214可以向该信号施加比可用净空大约30％的增益，或大约13dB，以引发削波。可以选择其它增益值，例如满标度以上10％、满标度以上20％或一些其它值。下文参考图24描述了用于调整这种增益的用户可调控制(“谐波削波常数”)。
这种用于产生谐波的半波削波方法的一种有用的副产物是，谐波产生器214还可以产生子谐波，作为通过削波一半信号而施加的非线性失真的副作用。由于根据多个音调(tone)而产生的谐波的内调制，产生了这些子谐波，得到更丰富的低音声音。
在所述实施例中，将谐波产生器214的输出提供给响度滤波器216。响度滤波器216可以向谐波产生器214的输出应用反等响曲线滤波器，以增加音频信号中低频的响度。图5示出了这种响度滤波器216的示例频率响应。如图所示，相对于较高频率，滤波器的幅值响应加重较低频率(在归一化频率标度上所示)。实际上，在一些实施例中，响度滤波器216加重扬声器尺寸设置以下的频率和扬声器尺寸设置以上的频率(包括由谐波产生器214产生的谐波和子谐波)二者，以及可选地加重基础低音频率。如上所述，扬声器尺寸设置以下的频率可以是扬声器不可再现的或以衰减电平可再现的。因此，加重这些频率可能是违反直觉的。然而，在一些实施例中，这么做至少可以获得一部分附加低音效果。可以露出所示的扩展低音控制，以通过用户(例如，现场应用工程师、制造商、或终端用户)控制响度滤波器216的增益。在一些实施例中，可以在一个实施例中调谐所述扩展低音控制，以便获得最大值的或最大的可能低音增益，而没有明显失真(或非常明显的失真)。如下文参考图3所详述，扩展低音控制还可以应用于均衡器120，以便进一步增强低音。在备选实施例中，响度滤波器216可以是偏置的，以便加重在扬声器尺寸设置处、其周围或之上(例如，刚刚大于)的频率。
这种反等响滤波器可以实现基于等响曲线的加权或其近似，例如A加权曲线、C加权曲线或其它等响加权曲线。在一个实施例中，等响滤波器216是2011年3月公开的在Recommendation ITU-R BS.1770-2中题为“Algorithms to measure audio programmeloudness and true-peak audio level”所述的多个滤波器中的一个或多个的反版本，其中该文的公开通过全文引用合并于此。在另一实施例中，响度滤波器216实现根据2008年12月19日提交的题为“SYSTEM FOR ADJUSTING PERCEIVED LOUDNESS OF AUDIO SIGNALS”的美国专利申请No.8,315,398所述的任意示例曲线或滤波器的等响滤波器(或其反版本，或基于等响滤波器的加权曲线)，其中所述申请的公开通过全文引用合并与此。在实施例中，低音增强器210基于可用净空和/或基于实现低音增强系统100的设备的其它特性，设置响度滤波器216的幅值，以避免额外削波。
在所述实施例的单独处理链中，还将输入音频信号提供给早期反射低通滤波器222和早期反射模块224。早期反射低通滤波器(LPF)222可以与LPF212具有相同截止频率。因此，在一些实施例中，可以去除LPF222，可以将LPF212的输出直接提供给早期反射模块224。然而，替代地，在一些实施例中，LPF222可以具有不同截止频率，所述截止频率可以取决于或可以不取决于扬声器尺寸设置。具有单独LPF222，这可以在调整低音增强性能中提供灵活性。
将LPF222(或LPF212)的输出提供给早期反射模块224。在特定实施例中，早期反射模块224可以处理信号，以通过效仿将扬声器相对于房间中心置于墙壁附近的效果，来令低频信号声音更宽广。这种宽广感效果可以增强低音响应中的音量或对音量的感知。早期反射模块224可以通过至少采用在信号中产生一个或多个延迟的抽头延迟线，来实现该效果。例如，抽头延迟线可以具有一个、两个、三个、四个或更多个延迟。在一个实施例中，四个延迟抽头可以具有特别有利的效果。抽头系数可以具有单位增益，或除了单位增益之外的一些增益(例如，小于单位增益)。图21A和21B的时域曲线分别示出了表示脉冲函数和对应早期发射的时域曲线2100、2110。在图21B的示例曲线2110中，应注意，时间上再现了来自图21A的曲线2100的脉冲以及四个反射2112，所述四个反射2112是脉冲的经衰减和近似负版本。
有利地，在一个实施例中，早期反射模块224还通过至少部分地随机化抽头点和/或抽头系数(例如，抽头增益)来增强对反射的感知。在一个实施例中，抽头延迟范围大约为2ms到48ms，早期反射模块224在时间上随机调整这些延迟。例如，早期反射模块224可以在时间上(例如，缓慢地)随机化抽头点，以便模拟房间中不同对象上的音频信号的反射。早期反射模块224还可以相对左右声道(和/或左右环绕声道)，有区别地随机化抽头和/或系数，以便模拟到聆听者耳朵的不同到达时间。因此，早期反射模块224可以模拟积极干扰的低音声波的发生，而通常发生在聆听环境中的其它声波是破坏性干扰。早期反射还可以与单扬声器一同使用，具有相同或相似优点。
例如，在早期反射模块224实现具有四个抽头的早期反射滤波器的情况下，初始抽头延迟可以如下所示(例如，对于每个声道而言)：2ms(抽头1)、8.33ms(抽头2)、25ms(抽头3)和48ms(抽头4)。抽头可以在不同范围内进行随机变化。例如，抽头1可以在大约1ms到大约3.125ms的范围内进行变化，抽头2可以在大约6.25ms到大约10.4ms的范围内进行变化，抽头3可以在大约20.8ms到大约29.1ms的范围内进行变化，抽头4可以在大约45ms到大约50ms的范围内进行变化。随机化的方向也可以是随机的，使得一些抽头延时增加，而另一些延时减少。
尽管抽头可以沿正方向或负方向随机变化(或保持不变)，然而每次改变抽头时，在一些实施例中，一部分抽头每次增加随机量，而一部分抽头每次减少随机量，直到达到限制(最大或最小)。当抽头到达它们范围的限制时(例如，如上所述的范围)，下一随机增加或减少可以沿相反方向折叠。例如，考虑抽头2：首先可以将它设置为8.33ms。接着，它可以开始以随机量(或在一个实施例中，如果无需采用随机化，则是线形量)增加，直到达到它的最大值(上述示例范围，10.4ms)。一旦到达它的最大值，抽头的值可以折叠。可以将折叠点设置回到抽头范围的中心(约8.33ms)，接着可以开始向相反方向行进，直到到达它的最小值。因此，在达到10.4ms的最大值之后，可以将抽头2重置为大约8.33ms，继续降低为大约6.25ms。备选地，可以将折叠点设置为最小值(或最大值)，接着再次开始增加(或降低)。此外，可以初始化四个抽头以沿相反方向移动，因此一些将移向它们的高端，一些将移向它们的低端。
在一个实施例中，以逐块地发生随机化，使得对于音频信号采样的每个块、早期反射模块224改变抽头延迟值和/或抽头系数值。例如，如果块的大小是48kHz的256个采样，则早期反射模块224可以大约每5.33ms随机化抽头延迟。然而，随机化频率可以更低(例如，每两个块、每个第三块等)或更高(例如，每个采样块随机化多次)。随机化不必须按照块大小。此外，随机化频率本身可以改变。
在所述实施例中，早期反射模块224的输出提供给乘法器块，乘法器块将输出乘以增益设置“ER Mix”。ER Mix可以是由用户(例如，聆听者或现场工程师)设置的或系统限定的早期反射混合，可以控制与响度滤波器216的输出相结合的早期反射的量。在所述实施例中，将对应1-ER Mix增益值应用于响声滤波器216的输出，该输出在加法块232处与和增益相乘的早期反射输出相结合。ER Mix和1-ER Mix增益值可以用于控制输出音频中的干/湿混合。可以通过较高ER Mix增益来选择来自早期反射的更多混响(例如，湿声)，而可以通过较低ER Mix增益来更多地选择较少混响的信号(例如，干声)。
因此，乘法器块和加法块232可以实现响度滤波器216和早期反射模块224的输出的凸组合，使得向早期反射模块224的输出施加更多增益导致向响度滤波器216的输出施加较少增益，反之亦然。可以由用户调整这里所述的这些增益，所述用户可以是包括低音增强系统110的设备的制造商或供应商、现场工程师、或这种设备或软件的终端用户。例如，将另一增益“C”施加于加法块232的输出。如下所述，这种增益形成与均衡器120(参照图3)的输出的凸组合。
在所述实施例中，还提供可选的谐波尾部低通滤波器(LPF)242。谐波尾部LPF242可以控制低音增强器210的谐波输出的量。谐波尾部LPF242可以滤除高阶谐波，可以具有依赖于扬声器尺寸的截止频率。在一个实施例中，谐波尾部LPF242具有与扬声器截止频率相同或比其高的截止频率，其中向所述扬声器应用了低音增强系统110。在一个实施例中，该截止频率的默认值可以大约是扬声器尺寸设置的3倍，或扬声器尺寸设置的大约2-4倍。与低音增强系统100的多种其它参数相似，这种截止频率可以是用户可控的或可调整的。更高值的截止频率可以添加更多谐波，导致更丰富但可能更大失真的声音。类似地，更低值的截止频率可以导致更干净但较不丰富的声音。谐波尾部LPF242的输出是低音输出。
尽管将低音增强器210描述为实现特定功能，然而应理解，在一些实施例中可以省略低音增强器210的多个方面。例如，可以省略早期反射模块224和相关低通滤波器222，或可以省略响度滤波器216，或可以省略谐波尾部LPF242等。尽管可能导致低音增强的部分损失，然而从其它组件得到的低音增强仍是有利的。此外，应注意，可以独立于用于产生谐波的算法，实现早期反射模块224和/或低音增强器210的其它组件。例如，谐波产生器214可以使用除所述内容之外的算法来产生谐波，例如通过削波整个信号并执行整流、使用单边带调制、在频率域产生谐波、其它技术或这些或其它技术的组合。低音增强器210的早期反射或其它方面可以与这种谐波产生技术相结合以便产生低音增强。
图3示出了均衡器320的实施例。均衡器320表示均衡器120更详细的实施例。如此，均衡器320可以具有上述均衡器120的一些功能或全部功能。均衡器320可以实现为硬件和/或软件。
均衡器320接收以上参考图1所述的输入音频信号。通过将输入信号与值(1/时间增益)相乘的乘法块来接收输入音频信号，以试图确定有足够的净空来随后将时间增益施加于信号。将该乘法块的输出提供给可以实现一个或多个均衡滤波器的均衡滤波器块312。这些均衡滤波器312可以是参量均衡滤波器、半参量均衡滤波器或其它类型均衡滤波器、或简单地是一个或多个带通滤波器。均衡滤波器通常可以是带通滤波器，启用对其一个或多个参数的控制，例如，对中心频率、增益、带宽和滚降(rolloff)(或斜率)的控制。均衡滤波器312可以加重扬声器尺寸设置附近、周围、比其大和/或比其小的频率区域，增强该扬声器的最低(或近似最低)可再现频率。除了具有普通含义之外，本文所用术语“最低可再现频率”还可以指扬声器的扬声器尺寸设置周围的频率、扬声器尺寸设置之上的频带内的频率，在文本中其它地方讨论了这种设置。例如，与扬声器关联的最低可再现频率可以包括由扬声器用一半功率或更多功率可再现的频率，或从峰值可再现频率由扬声器用-3dB(或-6dB)或更多功率可再现的频率等。因此，均衡滤波器312可以是带通滤波器，中心频率为扬声器尺寸设置或基于扬声器尺寸设置(例如，从扬声器尺寸设置偏移预定量)。
除了具有基于扬声器尺寸设置的中心频率之外，均衡滤波器312还可以具有依赖于扬声器尺寸设置的带宽。一般，当扬声器尺寸增加(并可以达到语音范围内的频率)时，滤波器的带宽可以较小，因此最小化或减少与频率中间范围内的语音(vocal)或内容的干扰。因此，具有较低扬声器尺寸设置的较大扬声器可以具有较高相对带宽均衡滤波器312，具有较高扬声器尺寸设置的较小扬声器可以具有较小相对带宽均衡滤波器312。此外，由于均衡滤波器的带宽可以取决于扬声器尺寸设置，因此均衡滤波器312的Q因数可以取决于扬声器尺寸设置。具有基于较高扬声器尺寸设置的中心频率的均衡滤波器312可以比具有较低中心频率的滤波器312有更高的Q因数。较高中心滤波器312的较高Q因数可以实现如下目标：相对较低中心滤波器312，降低了较高中心滤波器312对语音范围的较大影响。例如，当将扬声器尺寸设置为80Hz时，对应带宽可以分别是94Hz和114Hz。当将扬声器尺寸设置为250Hz时，对应带宽可以分别是249Hz和383Hz。
此外，应用于实施例的两个滤波器中的第一滤波器(或两个或更多个或全部的均衡滤波器312)的带宽和/或增益还可以由以上相对于响度滤波器216所述的扩展低音控制来控制。除了增加响度滤波器216的增益之外，上述扩展低音控制的增加的尺寸还可以增加一个或多个均衡滤波器312的带宽，以加重更多低音和环绕频率(包括谐波和/或子谐波)。相反，较低扩展低音设置可以减小一个或多个均衡滤波器312的带宽和/或增益。
多个均衡滤波器312可以串行或并行应用。然而，串行应用滤波器可以导致较高的Q滤波器响应，其中在特定实施例中，在扬声器尺寸设置周围具有高度局部化的频率响应。图22示出了这种构思。在图22中，曲线2200示出了将并行应用两个均衡滤波器312与串行应用相同滤波器312进行对比。在曲线2200中，输入信号是由区域2210表示的对数扫描。如果将两个带通滤波器并行应用并接着将其总和在一起，则由区域2220表示得到的信号。在归一化频率1附近的区域中示出了扬声器尺寸设置周围的增益。区域2220中的这种信号不仅在扬声器尺寸设置周围有增益，而且在整个频率区域上有增益。为了避免这种伪像，在并行应用带通滤波器的前提下，可以对进行总和的带通滤波器进行缩放。这种缩放可以得到如区域2230所示的信号，其中相较于区域2220，明显降低了在扬声器尺寸设置周围的增益。尽管区域2230中的增益是有利的，然而可以通过将两个均衡滤波器串行应用，来实现较高局部化的增益，得到如区域2240所示的增益。在区域2240中，滤波器的增益仍集中在扬声器尺寸设置周围，得到的增益与在对并行滤波器进行未缩放求和的情况下的增益(区域2220)几乎相同。
再次转到图3，将均衡滤波器312的输出提供给减法块。在一个实施例中基于用户输入(启用LP减去)，这种减法块可以可选地从均衡滤波器312的输出减去低通滤波输出(参照图2)。减去低通滤波信号可以减少均衡滤波信号内的原始低频内容，从而使得低音增强的低频内容能够代替原始低频内容。在一些情况下(例如，在语音占据音频信号主导地位的情况下)，期望的是减去低频内容。可以向用户暴露预置以便切换这种设置(或备选地，向这种设置应用增益)。随后，可以将均衡滤波信号乘以用户增益设置(1-C)，并在块322处将其与图2的低音输出相结合。用户增益设置(1-C)表示示例的凸组合，其中向图2的低音输出信号施加增益设置C，从而调整输出信号中包括的与均衡输出相对的低音输出的量。
图4示出了电平调整器430的实施例，是电平调整器130的更具体的实施例。电平调整器430可以包括以上所述电平调整器130的一部分或全部的特征，可以实现为硬件和/或软件。电平调整器430可以至少部分地补偿由低音增强器110、210和/或均衡器120、320执行的净空节省增益降低。这样，电平调整器430可以将信号电平恢复为之前的信号电平，还提供用于精细调谐音频信号的低频区域和高频区域的增益的选项。
在所述实施例中，电平调整器430接收图3的求和输出，将所述求和输出提供给低电平保护归一化块412(“归一化块412”)。归一化块412可以计算总和信号中存在多少净空。基于可用的剩余净空，归一化块412可以通过向信号施加对应量的增益来加重信号的低电平。当向信号的低电平而非高电平施加增益时，这种增益实质上执行信号的动态范围压缩。所应用的增益参数和其它动态范围压缩参数可以是用户调整的。例如，动态范围曲线的拐点的电平阈值、曲线的斜率和施加的增益量可以是受用户调整的(例如，由终端用户、实现电平调整器430的设备的制造商、与低音增强系统的提供商关联的现场音频工程师等)。在备选实施例中，应用单频带动态范围压缩，使得归一化块412基于可用净空，将整个信号的电平增加相同的增益量。更一般地，归一化块412可以向信号施加动态处理。这种动态处理可以包括压缩、扩张、限制等的任意组合，可以或可以不涉及使用固定比率压缩方案。
在所述实施例中，将归一化块412的输出提供给乘法器，所述乘法器施加的增益值为1/高通增益。如下所述，可以施加该增益以便试图确保在音频信号中有足够的净空来进行随后的增益处理。假定净空可用于进行增益处理，则随后可以恢复该增益(或其一部分)。在所述实施例中，将该乘法器的输出提供给高通倾斜滤波器(shelving filter)414。可以可选地(以用户可调的增益)施加高通倾斜滤波器414以便提升高频，使得恢复对高频的至少一些平衡，在低频占据过多支配地位的情况下。在一个实施例中，高通倾斜滤波器414可以添加增益，但不移除低频内的增益。倾斜滤波器414的截止频率也可以是根据扬声器尺寸设置，或替代地，可以是根据上述低通滤波器截止频率设置(如果不同于扬声器尺寸设置)或不同设置。
在所述实施例中，将倾斜滤波器414的输出提供给保护提升块416。保护提升块416可以恢复以上在图3和1/高通增益的乘法器中的逆向乘法而移除的时间增益和高通增益。然而，在一个实施例中，保护提升416基于可用净空的多少来恢复该增益。如果有足够的净空，则保护提升416可以恢复大部分的或全部的增益，相反，如果仅有极少净空或没有净空，则保护提升416可以减小施加的增益量。在一个实施例中，保护提升块416实现先行(look-ahead)延迟线，以便提前特定数目的采样或块来确定什么净空可用。基于可用净空，保护提升块416可以确定应用时间和/或高通增益是否将引发音频信号的削波。如果是，则保护提升块416可以向信号应用减小的增益或不应用增益。否则，保护提升块416可以向该信号应用全部增益。保护提升块416可以针对信号中每个采样块(或向单独采样)计算一个或多个增益。在一些实施例中，保护提升块416向预先逐块(或逐采样)计算的增益使用平滑算法，以令增益平滑过渡(例如，在块与块之间或在采样与采样之间)，从而避免由于快速增益变化而导致不想要的声音伪像。
将保护提升块416的输出提供给高通滤波器(HPF)418，高通滤波器418可以可选移除一部分低频增益以便保护扬声器的寿命。向扬声器可再现频率范围内的低端(或高端)施加过多增益可能损坏扬声器。因此，为了避免或试图避免这种可能性，高通滤波器418可以降低所施加的增益，如果用户想要或感到这种增益降低是有利的，则可以是用户可选择的。例如，高通滤波器418可以移除或衰减在扬声器尺寸设置之下的频率。因此，扬声器尺寸设置可以是高通滤波器418的截止频率或近似该截止频率。此外，在一个实施例中，高通滤波器418由于作为高阶滤波器(例如，四阶滤波器)而具有陡峭滚降特性。滤波器的阶数还可以是除了四阶之外的阶数(包括更低或更高的阶数)。
图6示出了低音增强系统600的另一实施例。低音增强系统600包括以上参考图1-5所述的低音增强系统的许多特征。例如，低音增强系统包括低音增强器610和均衡器620。尽管从低音增强系统600省略了电平调整器130，然而在其它实施例中可以包括电平调整器130。此外，为了便于描述，简化了低音增强系统600的一些方面。例如，省略了依赖于扬声器尺寸的截止频率、早期反射混合系数等。然而，在多种实施例中，可以在低音增强系统600中实现(或不实现)低音增强系统100的这些和其它特征。
有利地，在特定实施例中，低音增强系统600可以比低音增强系统100使用更少的计算资源。由于低音增强系统将输入信号(经由信号路径602)与低音增强器610的输出组合，并向均衡器620提供该组合输出，因此可以部分实现节省计算资源。此外，在低音增强器610中省略了低音增强器210的低通滤波器(LPF212)之一，降低了对计算资源的使用。相反，低音增强器610包括谐波产生器614、谐波尾部LPF615、响度滤波器616以及早期反射LPF622和早期反射模块624。这些组件中的每个可以具有以上参考图2所述的全部功能。
在其它实施例中，为了进一步降低计算资源使用，可以省略早期反射LPF622和早期反射模块624。在其它实施例中，除了将早期反射LPF622的输出提供给早期反射模块624之外，可以将早期反射LPF622的输出提供给谐波产生器614，而不是将输入信号提供给谐波产生器614。
图7示出了下混低音增强系统701的实施例。下混低音增强系统701可以通过向两个或更多个音频信号的下混而不是单独音频信号施加上述低音增强特征，来向多声道环境提供附加的处理资源节省。在所述实施例中，将系统701示出为实现双声道配置，然而系统701还可以用于多于两个声道(如下文所述)。
系统701包括低音增强系统700，可以实现低音增强系统100或600。由系统701接收左右输入信号，并将其提供给合并器或加法块702。加法块702的输出是L+R(左加右)信号，将其提供给低音增强系统700。低音增强系统700执行以上参考系统100和/或600所述的低音处理的一部分或全部，并将输出提供给两个加法块706。类似地，将左右输入信号每个提供给相应加法块706。此外，将左右输入信号每个提供给相应增益块704，其中每个增益块704将输出提供给相应加法块706。在实施例中，加法块706的输出如下：
L输出＝L输入+(L+R)经处理-α*(L输入+R输入)
R输出＝R输入+(L+R)经处理-β*(L输入+R输入)，
其中(L+R)经处理是低音增强系统700的输出，α，β是每个增益块704的值。在实施例中，α和β的值是0.5。在不同实施例中，常数α和β可以是相同的或不同的。
在多于两个声道的情况下，可以通过低音增强系统700合并每个声道，作为合并信号处理。备选地，可以集体处理一些声道，而单独处理或根本不处理其它声道。例如，如果输入包括5.1环绕声输入(例如，左前、中心、右前、左环绕、右环绕、低音炮)，则低音增强系统700可以增强合并的右前和右前信号，并增强合并的左环绕和右环绕信号。备选地，低音增强系统700可以单独增强左前和右前信号中的每个，还增强合并的左右环绕信号。在再一配置中，低音增强系统700可以增强合并的左前、中心、右前和左右环绕信号，同时单独增强低音炮信号。多种其它变形是有可能的。
II.示例曲线
除了上述曲线之外，图8到19示出了描述上述低音增强系统的扫描输入和输出的附加示例曲线。例如，图8在时域上描述了可以向低音增强系统供给的示例双声道输入对数扫描曲线800。图9在时域上描述了示例双声道输出对数扫描900，与由低音增强系统处理之后的输入对数扫描曲线800相对应。由于是输出对数扫描，频率随时间而改变，在任意给定时间点处仅表示一个频率。增强了低频(例如，扬声器尺寸设置周围)，而保持其余信号不受影响或受到较小影响。图10在频域上描述了另一输入对数扫描曲线1000，图11示出了其频域内的对应输出对数扫描曲线1100。在图10的输入对数扫描曲线1000中，示出了加重的基础低音频率1010。在图11的输出对数扫描曲线1100中，示出了由低音增强系统产生的基础低音频率1010的谐波1110。
图12在时域上描述了输入的双音调对数扫描曲线1200，图13在时域上描述了由低音增强系统处理之后的对应双音调对数扫描输出曲线1300。类似于曲线900，曲线1300示出了如何增强低频。图14在频域上描述了输入的双音调对数扫描的曲线1400，示出了两个基频1410。图15中的输出双音调对数频率扫描曲线1500示出了这些频率的谐波1510。图16在时域上示出了输入和弦扫描的曲线1600，图17描述了对应频域的曲线1700，示出了与和弦扫描相对应的多个基频。图18描述了低音增强系统响应于图16的和弦扫描的时域输出的曲线1800，其中对输出进行了增强。图19示出了与图18的时域输出曲线1800相对应的频域输出曲线1900。
图20示出了可以在低音增强系统100中实现的(例如，在任意块130、412、416中(参照图4)实现的)示例增益曲线的曲线2000。尽管不必这样，然而可以针对块412和416有区别地调谐增益曲线。例如，不同增益曲线可以具有不同拐点、阈值电平和增益设置量(如参考图4所述)。
此外，应注意，任意低通和/或高通滤波器(或这里所述的其它滤波器)可以具有任意滤波器阶数。例如，滤波器的阶数可以是二次、三次、四次或更高。在一个实施例中，滤波器阶数可以是可选择的，以在具有附加处理能力来处理高阶滤波的系统中提供高阶滤波，在资源更受限的系统中提供低阶滤波。
此外，本文所述特征的实施例可以有题为“Low-Frequency Audio EnhancementSystem”的美国专利No.6,285,767所述的系统和特征实现，或可以结合所述专利的系统和特征来实现，其中该专利的公开通过全文引用合并与此。
此外，为了方便起见，本公开的实施例描述了向音频信号或输入音频信号施加多种增强(例如，增益和/或滤波)。应理解，在一些实施例中，在本文所述的第一组件向输入音频信号施加增强之后，第二组件可以接着向由所述第一组件输出的增强后的输入音频信号施加增益或滤波。然而，为了便于描述，有时本公开可交换地将第二组件称作向输入音频信号而不是增强后的输入音频信号施加增强。应注意，即使不是全部，但本文所述的大部分处理可以除了所示和所述顺序之外，实现为不同时间顺序，因此本描述概括性地指组件对输入音频信号进行增强，即使实际上这些组件增强的是已由另一组件增强过的输入音频信号的版本。
III.示例用户界面
如上所述，现场工程师、制造商、或终端用户(例如，聆听者)可以使用用户界面来调谐电视中的低音增强系统或实现低音增强系统(例如，本文所述任意低音增强系统)的其它设备。图23和24描述了这种用户界面2300、2400的示例。图24的用户界面2400是图23的用户界面2300的继续，可以通过从用户界面2300向下滚动来到达用户界面2400。用户界面2300、2400可以实现在浏览器或除了浏览器之外的其它应用中。此外，可以通过网络来访问或在使用用户界面2300、2400进行调谐的设备处本地访问用户界面2300、2400。
用户界面2300、2400包括能够令用户调整低音增强系统的多种设置或参数的大量用户界面控件2310、2410。所示示例用户界面控件2310、2410包括勾选框、滑动条和文本框。这些控件仅是示例性的，其它类型的控件可以用于实现相同或相似结果。下文是用户界面2300、2400中所示的一些方面的设置的示例总结。上文更详细地描述了许多这些设置。这些设置所述的范围仅是示例性的，在其它实施例中可以改变。
Enable/Disable：这个控件用于启用和禁用低音处理，包括由整个低音增强系统进行的处理。
HP Only Enable/Disable：如果启用该控件，则仅向信号应用高通滤波器。可以将高通滤波器的截止频率(Fc)计算为：扬声器尺寸x高通比率(参照下文)。
ELC Filter Enable/Disable：启用向谐波路径施加的基于等响曲线的滤波器(例如，响度滤波器216等)。
In minus LP Enable/Disable：当启用时，在将时间增益路径(例如，均衡器120或320路径)与谐波路径(例如，低音增强器110路径，通过混合器112执行混合)混合之前，从时间增益路径(例如，均衡器120或320路径)减去未处理的低通路径。
Input Gain(dB)：可以利用该控件，改变在由低音增强系统处理之前的信号的增益。由于多种音频源可以具有改变的电平，该控件可以允许提升非常低的信号或降低非常高增益的信号。控件范围从-60dB到0dB。
Output Gain(dB)：设置在低音增强系统进行处理之后施加的输出增益。输出增益指定单位是分贝，范围从-60dB到0dB。
HP Comp Speaker Size Ratio：该控件将高通增益补偿截止频率(Fc)设置为是扬声器尺寸的比率。将高通补偿Fc计算为：HP补偿比率x扬声器尺寸。该控件的范围是[1，8]。
HP Gain(dB)：该控件设置向信号施加的高通倾斜滤波器414的高通增益(参照图4)。该控件的范围是[0，18]dB。
Speaker Size(Hz)：该控件设置扬声器尺寸设置。该控件的范围是[40，800]Hz，尽管如上所述可以使用其它范围。
Low Pass Speaker Size Ratio：该控件用于将施加的低通滤波器的Fc设置为扬声器尺寸的比率：Fc＝低通滤波器尺寸比率x扬声器尺寸。该控件的范围是[0.5，6]。
Max Gain LP Only Enable/Disable：当启用时，仅向低通滤波后的信号施加最大归一化增益。可以由上述低电平保护归一化块实现该增益，例如，可以选择以上参考图20所述的增益。
Max Norm Gain(dB)：该控件设置可以向信号(根据对Max Gain LP Only Enable/Disable控件的设置，低通或宽带信号)施加的最大归一化增益。该控件的范围是[0，30]dB。可以由上述低电平保护归一化块412实现该增益。
Max Norm Gain Thresh：针对由低电平保护归一化块412的实施例实现的最大增益曲线的低端，设置阈值。该控件的范围是[10，6.0].
Max Norm Gain Knee：设置由低电平保护归一化块412的实施例实现的最大增益曲线的拐点。该控件的范围是[0.1，0.6]。
High Pass Ratio：该控件设置向信号施加的高通滤波器的扬声器尺寸比率。可以将向信号施加的高通滤波器的Fc计算为：高通比率x扬声器尺寸。该控件的范围是[0.1，1]。
Harmonics Clip Const：当将谐波产生为内部计算出的可用净空的百分比时，该控件设置在谐波产生路径中施加的增益量。该控件的范围是[1，6]。
Harmonics Gain(dB)：该控件设置向谐波产生路径施加的增益量。该控件范围是[-60，24]dB。在实施例中，0dB是满标度，因此0dB以上的任意值可以引起削波。在其它实施例中，根据音频信号中的净空，0dB以下的值可以引起削波。
Harmonics LPF Speaker Size Ratio：该控件将谐波产生低通滤波器路径(例如，图2的块212)的Fc设置为扬声器尺寸的比率。可以将谐波LPF的Fc计算为：谐波LPF扬声器尺寸比率x扬声器尺寸。该控件的范围是[0.1，6.0]。
Path MIX Const：该控件设置谐波产生路径和时间增益路径之间的混合比率。该控件的范围是[0，1]。设置越高，向混合添加的谐波路径信号越多。
Temporal Gain(dB)：该控件设置向信号施加的时间增益。该控件的范围是[0，24]dB。
Temporal Slope：该控件设置向信号施加的时间增益滤波器的斜率。该控件的范围是[0.25，4]。
Early Reflection Enable/Disable：启用向低通路径添加的早期反射路径。
Tap1Mix：设置第一个早期反射抽头的混合系数。
Tap2Mix：设置第二个早期反射抽头的混合系数。
Tap3Mix：设置第三个早期反射抽头的混合系数。
Early Reflection Mix：设置早期反射的混合比率。
尽管可以使用图23和24的用户界面(或用户脚本等)单独设置这些参数，然而有利的是在特定实施例中，可以不必这么做。代替需要用户调谐大量低音参数(例如，示出在若干不同类型设备上的参数)，低音增强系统可以有利地令用户能够调谐一个或少量参数，接着低音增强系统可以基于用户调谐的参数来调谐若干其它参数。例如，可以由用户选择这里所述的扬声器尺寸设置。当指定了扬声器尺寸设置时，如这里所述，低音增强系统可以自动设置多种其它参数。例如，以下参数的一部分或全部可以依赖于扬声器尺寸设置，包括：低通滤波器212的截止频率(Fc)；早期反射混合；均衡滤波器312的增益、中心频率和/或带宽；高通倾斜滤波器414的增益和/或Fc；高通滤波器418的Fc；以及低通滤波器242的增益。类似地，如上所述，文本所述的扩展低音控制可以是用户可调的，得到的扩展低音控制可以影响响度滤波器216的Fc和/或增益以及均衡滤波器312的增益、中心频率和/或带宽。类似地，本文所述的时间增益控制可以是用户可调的，并影响均衡滤波器312的增益、中心频率和/或带宽以及高通倾斜滤波器414的增益和Fc。
因此，一旦用户输入了所需的扬声器尺寸设置、扩展低音控制和/或时间增益控制，低音增强系统可以设置多种其它参数，方便快速调谐多个不同设备并能够令低音增强系统有成效地增强多种不同设备的低音。
IV.附加实施例
尽管文本所述的低音增强系统可以在多种设备中提供改善的低音，然而在一些具有非常小扬声器的设备中，可以实现不同优点。具体地，尽管可以将低音增强到一定程度，然而低音增强系统的多个优点之一在于它一般可以通过令语音更温暖或更丰富，来增强语音。这种优点不限于具有非常小型扬声器的设备，还可以呈现在具有大型扬声器的设备中，所述设备由于低音增强系统也呈现更显著的低音效果。因此，低音增强系统提供语音增强的优点，能够令低带宽语音听起来仿佛存在更多频率。这个优点至少部分地源自向语音频率范围添加了谐波和子谐波，这样可以至少部分地补偿由于限制带宽而丢失的语音频率。因此，低音增强系统可以在手机、固定电话、会议呼叫设备、应答机等中用作语音增强。
此外，在一些实施例中，低音增强系统可以用于增强除了低音或低频之外的频率范围。例如，低音增强系统可以用于加重音频谱内频率的任意子集，包括高于典型低音频率的语音频率、最高音频率等。本文所述的扬声器尺寸设置还可以用于执行对其中扬声器也截止的高频范围的增强。低音增强系统还可以用于增强包括低音频率和/或更高频率的音乐。
V.术语
将根据本公开清楚本文描述以外的许多其它变型。例如，根据实施例，本文所描述的任一算法的特定动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以一起添加、合并或省去(例如，并非所有描述的动作或事件对于算法的实践而言都是必要的)。此外，在一些实施例中，可以例如通过多线程处理、中断处理或多处理器或处理器核或在其它并行体系结构上并发地执行动作或事件，而非顺序地执行。此外，不同的任务或处理可以由能够一起工作的不同机器和/或计算系统来执行。
可以将结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和算法步骤实现为电子硬件、计算机软件或其结合。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，上文总体上已经从功能方面描述了各种说明性部件、块、模块和步骤。将这些功能实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加至整个系统上的设计约束。例如，车辆管理系统110或210可以实现为一个或多个计算机系统或实现为包括一个或多个处理器的计算机系统。对于每个具体应用，可以不同的方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应该解释为背离本公开的范围。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块和模块可以通过如下的机器来实现或执行：设计成执行本文所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑电路、分立硬件部件、或其任意组合。通用处理器可以是微处理器，但是备选地，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器还可以被实现为计算设备的组合(例如，DSP和微处理器的组合)、多个微处理器、结合DSP核的一个或多个微处理器、或任意其它这种配置。计算环境可以包括任何类型的计算机系统，包括但不限于基于微处理器的计算机系统、主机计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、个人组织器、设备控制器和设备内的计算引擎，仅举几个例子。
结合本文公开的实施例来描述的方法、处理或算法的步骤可以在硬件、处理器执行的软件模块或其组合中直接实现。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可拆卸盘、CD-ROM或现有技术中已知的任意其它形式的计算机可读存储介质中。示例存储介质可以与处理器耦合，使得处理器可以从存储介质读取信息，以及将信息写入存储介质。备选地，存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。备选地，处理器和存储介质可以作为用户终端中的分立部件。
本文使用的条件语言，其中例如“能够”、“可能”、“可以”、“等等”等，除非特别声明或在使用时结合上下文来理解，否则一般旨在表示某些实施例包括而其它实施例没有包括的一些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言一般并非旨在暗示以任意方式需要用于一个或多个实施例，或者暗示在具有或没有作者输入或提示的情况下，一个或多个实施例有必要包括下述逻辑：用于决定这些特征、元件和/或状态是否应该被包括在任意特定实施例中或者在任意特定实施例中被执行。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并且以开放方式包括地使用，并且不排除附加元件、特征、动作、操作等。同义术语“或”使用在其包括意义中(并且不在其排他意义中)，使得当例如用于连接元件列表时，术语“或”意味着列表中一个、一些或所有元件。
尽管以上的详细描述已经示出、描述和指出了所应用到各种实施例的新颖特征，但是应该理解，可以在不背离本公开的精神的情况下，对所示意的设备或算法进行各种形式和细节上的省略、替换和改变。应认识到，由于一些特征可以与其它特定分开使用或实践，因此本文描述的本发明的一些实施例可以实现为不提供本文所述的全部特征和益处的形式。

Claims (5)

1.一种用于增强低音音频的系统，所述系统包括：
低音增强器，配置为接收输入音频信号，并包括：
低通滤波器，配置为对输入音频信号进行滤波以产生低通滤波信号，
谐波产生模块，配置为至少部分地基于所述低通滤波信号中的可用净空来产生所述低通滤波信号的一个或多个低音频率的谐波，从而产生谐波信号，和
早期反射模块，配置为用具有一个或多个抽头延迟的抽头延迟线对输入音频信号进行滤波以产生早期反射信号，其中早期反射模块还配置为在时间上随机化如下之一或二者：抽头延迟线的所述一个或多个抽头延迟，以及抽头延迟线的系数；
第一合并器，配置为组合所述谐波信号与所述早期反射信号，以产生低音增强信号；
均衡器，配置为接收所述输入音频信号，并加重所述输入音频信号中包括扬声器的最低可再现频率在内的频率，以产生均衡信号；
第二合并器，配置为组合低音增强信号与均衡信号，以产生组合低音增强信号；以及
电平调整器，配置为向所述组合低音增强信号中的至少较低频带自适应地施加增益，并自适应地调整向所述组合低音增强信号施加的增益，其中所述增益取决于所述低通滤波信号中的可用净空。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述低音增强器还配置为至少通过以下产生谐波：
确定所述低通滤波信号中的可用净空；以及
向大约一半的所述低通滤波信号施加第二增益，第二增益大于所述低通滤波信号中的可用净空，从而产生所述低通滤波信号中的一个或多个基础低音频率的谐波。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述低音增强器还包括：响度滤波器，配置为相对于谐波信号中的其它频率，加重所述一个或多个低音频率。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述响度滤波器向谐波信号施加反等响曲线。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述抽头延迟线配置为模拟通过低音频率再现的混响。
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