CN106604179A - 处理音频信号 - Google Patents

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Abstract

本申请的各实施例涉及处理音频信号。一种音频处理电路，包括：包括多个能量检测器单元的分析器电路，以及包括多个均衡滤波器的均衡器电路。均衡器电路与分析器电路耦合。分析器电路被配置为接收音频信号，使用能量检测器单元来获得音频信号的子频带，测量每个子频带的能量，比较每个子频带的能量与阈值能量值，以及基于比较，确定用于均衡滤波器的参数，以便处理子频带。均衡器电路被配置为与由分析器电路接收音频信号并行地接收音频信号，使用均衡滤波器来获得子频带，从分析器电路接收用于均衡滤波器的参数，通过应用与每个子频带对应的参数来均衡子频带，以及生成包括经均衡的子频带的输出音频信号。

Description

处理音频信号
有关申请的交叉引用
本申请要求按照35U.S.C.§119(e)对各自通过引用而被整体结合于此、提交于2015年10月20日并且名称为“Loudspeaker Protection and Enhancement using ActiveEqualization”的第62/243,930号美国临时申请以及提交于2016年7月22日并且标题为“Active Equalization for Loudspeaker Protection”的第62/365,611号美国临时申请的优先权。
技术领域
以下公开内容总体上涉及用于处理音频信号的设备、系统和技术。
背景技术
音频扬声器、比如扩音器使用驱动器以基于输入音频信号来生成声音。可以基于输入音频信号在扬声器中激发共振。在一些情况下，共振例如在共振被强烈地激发时可能损坏扬声器驱动器。
发明内容
本公开内容描述了一种基于对向音频扬声器设备(例如，扩音器)输入的音频信号的信号能量的并行测量、在向扬声器驱动器提供音频信号之前均衡音频信号的音频处理电路和关联的系统、装置和技术。当在它的输入处接收音频信号时，音频处理电路向两个处理部转发信号：均衡器电路和分析器电路。分析器电路包括多个能量检测器，该多个能量检测器被配置为分析输入音频信号以确定向在均衡器电路中包括的均衡滤波器提供的时变参数以用于实现对音频信号的实时调整。
在能量检测器电路中包括的分析滤波器处理输入音频信号以获得音频信号的多个频率子频带。在一些实现方式中，也被称为子频带的频率子频带与音频扬声器设备的主共振频率和一个或者多个次共振频率对应。
在一些实现方式中，每个能量检测器电路处理音频信号的分离的子频带。能量检测器电路测量用于相应的子频带的信号能量并且比较测量出的能量与阈值能量值。在一些实现方式中，不同阈值能量值与不同子频带关联。基于比较，能量检测器电路确定参数，这些参数影响将向相应的子频带应用的衰减的水平，从而使得对应的信号能量在关联的阈值能量值内。
在一些实现方式中，均衡滤波器获得与由能量检测器电路获得的相同的子频带，并且每个子频带与独特能量检测器电路和独特均衡滤波器关联。在一些实现方式中，均衡滤波器的数目和能量检测器的数目与音频信号的被处理的子频带的数目对应。
与某个子频带关联的能量检测器电路向与相同子频带关联的对应的均衡滤波器提供时变参数，这些时变参数影响均衡滤波器的量值响应以实现用于子频带的衰减的确定的水平。均衡器电路中的每个均衡滤波器基于从与相同子频带关联的能量检测器电路接收的参数来处理关联的子频带。例如，在一些实现方式中，每个均衡滤波器基于均衡滤波器的传递函数的由对应的能量检测器电路确定的时变分子系数来执行对子频带的时变线性均衡。在本文中，均衡是指调整音频信号的子频带的信号能量水平，从而使得子频带的能量水平在与子频带关联的阈值能量值内。
在一些实现方式中，均衡滤波器的量值响应被匹配到与音频信号的相同子频带关联的能量检测器电路中的分析滤波器的量值响应。例如，在一些实现方式中，均衡滤波器的传递函数具有与对应的能量检测器电路中的分析滤波器相同的分母系数。
在一些实现方式中，均衡滤波器在均衡器电路中被级联地布置，其中每个均衡滤波器处理分离的频率分量。在一些实现方式中，音频处理电路耦合到音频设备的扬声器驱动器(也被称为驱动器)。整个经均衡的音频信号由音频处理电路向驱动器输出。以这一方式，通过在向驱动器提供音频信号之前执行对音频信号的时变线性均衡，音频处理电路保护音频设备以免在高驱动条件之下损坏。
在一个主要方面中，一种音频处理电路包括：包括多个能量检测器单元的分析器电路。以及包括多个均衡滤波器的均衡器电路。均衡器电路与分析器电路耦合。分析器电路被配置为接收音频信号作为输入，使用多个能量检测器单元来获得音频信号的多个子频带，测量每个子频带的能量，比较每个子频带的能量与阈值能量值，以及基于用于每个子频带的比较，确定用于均衡滤波器的参数，以便处理子频带。均衡器电路被配置为与由分析器电路接收音频信号并行地接收音频信号作为输入，使用多个均衡滤波器来获得音频信号的多个子频带，从分析器电路接收用于多个均衡滤波器的参数，通过应用与子频带对应的参数来均衡每个子频带，以及生成包括经均衡的子频带的输出音频信号。
特别实现方式可以包括以下特征中的一个或者多个特征。音频处理电路可以被配置为被包括在扬声器设备中，并且其中音频信号的多个子频带可以与扬声器设备的多个共振频率分量对应，共振频率分量基于扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移传递函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项。多个共振频率分量可以包括主共振频率和一个或者多个次共振频率。
能量检测器单元的数目和均衡滤波器的数目可以与音频信号的子频带的数目对应。音频信号的子频带中的每个子频带可以与能量检测器单元中的独特能量检测器单元和均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联。与子频带关联的均衡滤波器的量值响应可以是在与子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。与子频带关联的均衡滤波器的传递函数可以具有与在与子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的一个或者多个分母系数相同的一个或者多个分母系数。
与子频带关联的均衡滤波器可以包括以下各项之一：在子频带与音频信号的最低子频带对应时的架形滤波器、在子频带与音频信号的较高阶子频带对应时的陷波滤波器，或者在子频带与音频信号的最低子频带对应时的陷波滤波器。与特定子频带关联的分析滤波器和均衡滤波器的量值响应可以在形状和程度上与在该子频带内的一个或者多个扩音器共振的复合体匹配。
能量检测器单元中的至少一个能量检测器单元可以包括被配置为基于向分析滤波器提供的频率参数来获得音频信号的指定的子频带的分析滤波器；被配置为测量与指定的频带关联的能量的能量测量电路；以及参数映射电路。参数电路可以被配置为比较测量出的能量和与指定的子频带对应的阈值能量值；基于比较，确定用于指定的子频带的信号能量衰减的水平；以及向与指定的子频带关联的均衡滤波器提供与信号能量衰减的水平对应的参数。
信号能量衰减的水平可以基于与指定的子频带关联的能量超过对应的阈值能量值的数量。频率参数可以包括与指定的子频带对应的中心频率或者带宽中的一项或者多项。频率参数或者阈值能量值中的一项或者多项可以由音频处理电路的用户可编程。
参数映射电路可以包括被配置为减少与指定的子频带关联的噪声的平滑滤波器；被配置为基于与阈值能量值的比较来确定用于指定的子频带的信号能量衰减的水平的上冲和释放(attack and release)滤波器；以及被配置为确定与信号能量衰减的水平对应的参数的能量到权值映射电路。由能量到权值映射电路确定的参数可以包括以下各项中的一项或者多项：与信号能量衰减的水平对应的加权参数或者用于与指定的子频带关联的均衡滤波器的量值响应的时变系数。
分析滤波器可以包括带通滤波器。
多个均衡滤波器可以被串联布置。均衡滤波器可以包括线性滤波器，该线性滤波器被配置为接收音频信号作为输入；获得与向线性滤波器提供的频率参数对应的、音频信号的指定的子频带；从与指定的子频带关联的能量检测器单元接收与指定的子频带对应的时变参数；基于时变参数来操控线性滤波器的量值响应；基于对线性滤波器的量值响应的操控来衰减指定的子频带的能量；以及输出具有经衰减的指定的子频带的能量的音频信号。
频率参数可以包括与指定的子频带对应的中心频率或者带宽中的一项或者多项。时变参数可以包括与用于指定的子频带的信号能量衰减的水平对应的加权参数或者用于线性滤波器的量值响应的系数中的一项或者多项，其中系数基于由与指定的子频带关联的能量检测器单元对指定的子频带的能量的测量被确定。
线性滤波器可以包括陷波滤波器。陷波滤波器的深度可以基于与指定的子频带对应的时变参数。
在另一主要方面中，在音频处理电路处接收音频信号。向在音频处理电路中包括的分析器电路和均衡器电路提供音频信号。使用在分析器电路中包括的多个能量检测器单元来获得音频信号的多个子频带。使用能量检测器单元来测量每个子频带的能量。使用能量检测器单元来比较每个子频带的能量与阈值能量值。基于用于每个子频带的比较，向均衡器电路发送与每个子频带对应的参数。
使用在均衡器电路中包括的多个均衡滤波器来获得音频信号的多个子频带。在均衡器电路处从分析器电路接收与每个子频带对应的参数。基于从分析器电路接收的参数来修改均衡滤波器的量值响应。使用均衡滤波器的经修改的量值响应来均衡子频带。生成包括经均衡的子频带的输出音频信号。
特别实现方式可以包括以下特征中的一个或者多个特征。能量检测器单元的数目和均衡滤波器的数目可以与音频信号的子频带的数目对应。音频信号的子频带中的每个子频带可以与能量检测器单元中的独特能量检测器单元和均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联。
与子频带关联的均衡滤波器的量值响应可以是在与子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。与子频带关联的均衡滤波器的传递函数可以具有与在与子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的一个或者多个分母系数相同的一个或者多个分母系数。
比较每个子频带的能量与阈值能量值可以包括由与指定的子频带关联的能量检测器单元基于与指定的子频带关联的能量超过对应的阈值能量值的数量来确定用于指定的子频带的信号能量衰减的水平。能量检测器单元可以计算与信号能量衰减的水平对应的加权参数或者用于与指定的子频带关联的均衡滤波器的量值响应的时变系数中的一项或者多项。能量检测器单元可以向均衡滤波器发送加权参数或者时变系数中的一项或者多项。
均衡滤波器可以从能量检测器单元接收加权参数或者时变系数中的一项或者多项。均衡滤波器可以基于时变系数来修改均衡滤波器的量值响应。指定的子频带可以由均衡滤波器处理，其中处理可以包括基于均衡滤波器的经修改的量值响应来均衡指定的子频带。
音频处理电路可以被配置为被包括在扬声器设备中。音频信号的多个子频带可以基于使用扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移传递函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项来确定扬声器设备的多个共振频率分量。
在另一主要方面中，一种音频设备包括扬声器驱动器和被配置为向扬声器驱动器提供经均衡的音频信号的音频处理电路。音频处理电路包括：包括多个能量检测器单元的分析器电路，以及包括多个均衡滤波器的均衡器电路，均衡器电路与分析器电路耦合。分析器电路被配置为接收音频信号作为输入，使用多个能量检测器单元来获得音频信号的多个子频带，测量每个子频带的能量，比较每个子频带的能量与阈值能量值，以及基于用于每个子频带的比较，确定用于均衡滤波器的参数，以便处理子频带的。均衡器电路被配置为与由分析器电路接收音频信号并行地接收音频信号作为输入，使用多个均衡滤波器来获得音频信号的多个子频带，从分析器电路接收用于多个均衡滤波器的参数，通过应用与每个子频带对应的参数来均衡子频带，以及向扬声器驱动器提供包括经均衡的子频带的经均衡的音频信号。
特定实现方式可以包括以下特征中的一个或者多个特征。音频设备可以包括便携式蓝牙扬声器。音频信号的多个子频带可以与音频设备的多个共振频率分量对应。共振频率分量可以基于扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移传递函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项。
能量检测器单元的数目和均衡滤波器的数目可以与音频信号的子频带的数目对应。音频信号的子频带中的每个子频带可以与能量检测器单元中的独特能量检测器单元和均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联。与子频带关联的均衡滤波器的量值响应可以是在与子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。
能量检测器单元中的至少一个能量检测器单元可以包括被配置为基于向分析滤波器提供的频率参数来获得音频信号的指定的子频带的分析滤波器；被配置为测量与指定的频带关联的能量的能量测量电路；以及参数映射电路。
参数映射电路可以被配置为比较测量出的能量和与指定的子频带对应的阈值能量值；基于比较，确定用于指定的子频带的信号能量衰减的水平；以及向与指定的子频带关联的均衡滤波器提供与信号能量衰减的水平对应的参数。信号能量衰减的水平可以基于与指定的子频带关联的能量超过对应的阈值能量值的数量。
多个均衡滤波器可以被串联布置。均衡滤波器可以包括线性滤波器，该线性滤波器可以被配置为接收音频信号作为输入；获得与向线性滤波器提供的频率参数对应的、音频信号的指定的子频带；从与指定的子频带关联的能量检测器单元接收与指定的子频带对应的时变参数；基于时变参数来操控线性滤波器的量值响应；基于对线性滤波器的量值响应的操控来衰减指定的子频带的能量；以及输出具有经衰减的指定的子频带的能量的音频信号。
时变参数可以包括与用于指定的子频带的信号能量衰减的水平对应的加权参数或者用于线性滤波器的量值响应的系数中的一项或者多项，其中系数基于由与指定的子频带关联的能量检测器单元对指定的子频带的能量的测量被确定。
以上技术的实现方式包括系统、方法和计算机程序产品。可以在存储由一个或者多个处理器可执行的指令的非瞬态计算机可读介质中适当地体现这样的计算机程序产品。指令被配置为使得一个或者多个处理器执行以上描述的动作。一个这样的系统包括具有罩的音频设备，该罩包括驱动器和音频处理电路，其中后者被配置为执行以上动作。
在一些实现方式中，在可以在与高性能音频编码解码器相同的裸片上集成的低成本数字信号处理器上实施音频处理电路。在一些实现方式中，音频处理电路使关联的音频设备的功率输出被最大化以用于音频设备的给定的驱动器和罩设计。由音频处理电路使用的分析和均衡参数可以在音频设备的设计阶段期间由设备的工程师调谐。在一些实现方式中，这用来设计具有提高的功率输出和健壮性以及低失真的音频设备。在一些实现方式中，音频设备的感知响度也被增强，或者多频带、频率选择性动态范围压缩被实现，或者这二者。音频处理电路可以造成相对于音频设备的价格点的或者跨音频设备的整个生产线的、减少的成本和更高的感知音频质量。
在附图和以下描述中阐述一个或者多个公开的实现方式的细节。其它特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得清楚。
附图说明
图1图示了根据一个或者多个实现方式的音频设备的示例，该音频设备具有用于基于对音频信号的并行能量检测来均衡音频信号的音频处理电路。
图2A和图2B图示了根据一个或者多个实现方式的用于基于对音频信号的并行能量测量来均衡音频信号的音频处理电路的示例。
图3A和图3B图示了根据一个或者多个实现方式的滤波器单元的示例的框图，这些滤波器单元是音频处理电路的均衡器电路的部分。
图4图示了根据一个或者多个实现方式的陷波滤波器的示例的框图，该陷波滤波器是音频处理电路的均衡器电路的部分。
图5图示了根据一个或者多个实现方式的音频处理电路的一部分的示例，该示例示出了能量检测器单元和滤波器单元的框图，该能量检测器单元是音频处理电路的分析器电路的部分，该滤波器单元是音频处理电路的均衡器电路的部分。
图6图示了根据一个或者多个实现方式的用于均衡音频信号的过程的示例。
具体实施方式
音频扬声器设备(比如扩音器)用来产生与输入音频信号对应的声音以用于用户收听。音频设备中的一个或者多个驱动器基于输入音频信号来生成声波。在一些情况下，驱动器产生不足以用收听者的理解所需要的充分响度和清晰度生成声音的声压水平。这可以是例如在低频和/或在驱动器的尺寸小时的情况。在这样的情况下，在音频设备中运用各种罩特征(比如无源辐射器或者调谐端口)以提高设备的低音响应。罩特征可以产生共振，这些共振可以使驱动器更易损坏。例如，在高驱动条件中，可以强烈地激发共振，这可以引起驱动器的物理部分的过量移动并且由此潜在地造成驱动器损坏。
作为例示性示例，便携式音频设备(比如便携式扩音器)可以包括直径在范围40到60毫米(mm)中的一个或者多个驱动器。驱动器在本文中是指机电声学设备，该机电声学设备包括具有用于适当地路由磁通量的软铁芯的永磁体、语音线圈(由功率放大器驱动)、语音线圈形成器、机械悬架(例如，三脚架、框架)、圆锥体(例如，振动膜)和防尘盖以及其它部件中的一项或者多项。在音频设备的罩中容纳一个或者多个驱动器，该音频设备也可以包括调谐端口、无源辐射器和无源或者有源转线网络以及其它部件。对于这样的音频设备，高驱动条件可以与具有在范围18到20伏特(V)中的均方根电压的音频信号能量对应。在这样的水平，收听者可以听见来自扩音器的一些非线性，并且超出这一范围，如果输入音频信号在驱动器/设备罩共振频率中的一个或者多个驱动器/设备罩共振频率附近具有显著能量则可能损坏驱动器。在这样的情况下，由于输入音频信号的高能量，对于音频信号的与驱动器/设备罩的共振频率对应的频率，可以物理地位移驱动器的活动部分(例如，圆锥体)超出驱动器的正常工作位移范围，由此例如通过翘曲或者撕扯圆锥体或者失去圆锥体结构的刚性来引起驱动器损坏。
在本文中，共振是指如下物理现象，在该物理现象中，输入音频信号的能量使得扬声器驱动器在音频信号中包括的一个或者多个具体优先频率以更大幅度振荡。驱动器的响应(例如，驱动器的振荡)的幅度是相对最大值时的输入音频信号的频率被称为共振频率或者共振频率分量。每个共振频率分量与音频信号的频率频谱的不同子频带关联。例如，音频信号的每个共振频率分量与子频带的中心频率对应。子频带在本文中是指音频信号的频率频谱的由中心频率和带宽表征的部分，例如，在中心频率周围的频率频谱的范围。被处理的音频信号的每个子频带包括与扬声器驱动器的共振频率分量匹配的中心频率和如下带宽，该带宽覆盖在中心频率周围的音频信号的频率频谱的指定的范围。
以下章节描述了一种运用技术(比如对输入音频信号的子频带的有源均衡)以管理向扬声器驱动器提供的音频信号的能量水平的音频处理电路。有源均衡基于对沿着第二信号路径的音频信号的子频带的并行能量测量被实时执行。通过以这一方式管理向驱动器提供的功率，音频处理电路在高驱动条件之下(例如，在高信号能量水平与输入音频信号的共振频率分量关联时)保护驱动器免于损坏。
图1图示了根据一个或者多个实现方式的音频设备100的示例，该音频设备100具有用于基于对音频信号的并行能量检测来均衡音频信号的音频处理电路。音频设备100包括音频处理电路102、功率放大器108、驱动器110和罩112。音频处理电路包括均衡器电路104和分析器电路106。
在一些实现方式中，音频设备100代表扬声器系统的部分。例如，音频设备100可以是用来从回放设备(比如多媒体播放器)回放音频的扬声器系统的一个声道，比如左声道或者右声道。在一些实现方式中，扬声器系统包括便携式扩音器。例如，在一些实现方式中，音频设备100是BluetoothTM扩音器或者BluetoothTM头戴式受话器的部分。
如图所示，在罩112中包括音频设备100的部件，比如音频处理电路102、功率放大器108和驱动器110。在一些实现方式中，音频设备100代表便携式扩音器的部分，并且罩112是耳机。在一些实现方式中，罩112包括印刷电路板(PCB)硬件，该PCB硬件实施音频处理电路102、功率放大器108、驱动器110以及电池和充电电路。在便携式BluetoothTM扩音器的情况下，罩112也包括BluetoothTM片上系统(SoC)。
在一些实现方式中，使用可编程数字信号处理器(DSP)来实施音频处理电路102。与音频处理电路102的功能对应的指令在DSP中被编码为固件。然而，在其它实现方式中，以某个其它适当方式实施音频处理电路102，例如，作为集成电路(IC)，电路元件(比如均衡器电路104和分析器电路106的部件)在该IC中被电互连以执行音频处理电路102的操作。
如图所示，向音频处理电路102转发向音频设备100输入的音频信号，例如，数字音频流。音频处理电路102将输入音频信号拆分到两个信号路径中——向均衡器电路104转发音频信号的第一信号路径和向分析器电路106转发音频信号的第二信号路径。在一些实现方式中，向均衡器电路104和分析器电路106并行地转发音频信号。
均衡器电路104包括一个或者多个滤波器单元以处理音频信号。滤波器单元例如通过从音频信号的一个或者多个子频带去除过量信号能量来均衡音频信号。滤波器单元使用由分析器电路106提供的衰减参数来均衡音频信号。
分析器电路106分析输入音频信号以实现由均衡器电路104对音频信号的实时调整。分析器电路106包括能量检测器单元组，该能量检测器单元组包括一个或者多个滤波器，该能量检测器单元组将输入音频信号分解成某个数目的子频带信号以测量每个子频带中的短期能量。例如，如以下更具体描述的那样，在一些实现方式中，输入音频信号被分解成三个子频带信号。在一些其它实现方式中，输入音频信号被分解成不同数目的子频带信号，比如两个、四个、五个或者某个其它适当数目。
通过测量每个子频带中的能量，分析器电路106确定用于均衡器电路104中的滤波器单元的衰减参数。向均衡器电路104中的滤波器单元转发衰减参数，这些滤波器单元例如在子频带的测量出的能量大于预选的阈值能量值时使用衰减参数以均衡音频信号的子频带。在一些实现方式中，选择子频带的阈值能量值以与在音频设备的安全操作范围内的能量水平对应，以例如避免对于音频信号的子频带在高驱动条件之下损坏扬声器驱动器。
在一些实现方式中，分析器电路106中的能量检测器单元的量值响应与均衡器电路104中的滤波器单元的量值响应互补。这些滤波器在它们是从相同原型滤波器结构推导的并且具有相同分母系数的意义上是互补的。以这一方式，通过测量子频带的短期能量，分析器电路104在处理音频信号之时连续地修改均衡器电路106的响应。在以下章节中更具体地描述均衡器电路104和分析器电路106。
音频处理电路102的输出是经均衡的音频信号，例如，如下音频信号，在该音频信号中已经衰减了音频信号的每个子频带的比用于子频带的预选的阈值能量值更大的过量能量。向音频设备100的一个或者多个其它部件提供经均衡的音频信号。在一些实现方式中，向功率放大器108提供经均衡的音频信号，以例如放大在人类听力范围中的低功率音频信号，这些低功率音频信号包括在20赫兹(Hz)与20000Hz(20千赫兹或者KHz)之间的频率范围中的信号。在一些实现方式中，功率放大器108是D类放大器。功率放大器108将低功率音频信号的功率增加到足够强以用于驱动驱动器110以在收听者可听的水平产生声音的水平。由功率放大器108输出的放大的音频信号用来驱动驱动器110以产生希望的声音。
图2A和图2B图示了根据一个或者多个实现方式的分别用于基于对音频信号的并行能量测量来均衡音频信号的音频处理电路200A和200B的示例。图2A的音频处理电路200A图示了其中均衡滤波器单元被级联地布置的示例实现方式，而图2B的音频处理电路200B图示了其中均衡滤波器单元被并联地布置的示例实现方式。
如图2A中所示，音频处理电路200A包括均衡器电路210、分析器电路220和参数单元230。均衡器电路210包括N个均衡滤波器单元(N是>0的整数)，比如滤波器1 212、滤波器2214和滤波器N 216。分析器电路220包括N个能量检测器单元，比如能量检测器1 222、能量检测器2 224和能量检测器N 226。
如图2B中所示，音频处理电路200B包括均衡器电路240、分析器电路250、参数单元260、分析滤波器组262、子频带处理电路264和合成滤波器组266。均衡器电路240包括N个均衡滤波器单元(N是>0的整数)，比如滤波器1 242、滤波器2 244和滤波器N 246。分析器电路250包括N个能量检测器单元、比如能量检测器1 252、能量检测器2 254和能量检测器N256。
考虑音频处理电路200A，在一些实现方式中，音频处理电路200A与音频处理电路102相似。均衡器电路210与均衡器电路104相似，并且分析器电路220与分析器电路106相似。在一些实现方式中，音频处理电路200A被包括在音频设备(例如，音频设备100)中或者以别的方式被耦合到该音频设备。
均衡器电路210中的N个滤波器单元被用来均衡输入音频信号。示例音频处理电路200A示出了具有三个滤波器单元(N＝3)的实现方式。在一些实现方式中，数目N与由音频处理电路200A处理的音频信号的频率子频带的数目对应。例如，在一些实现方式中，音频处理电路200A被配置为均衡与音频信号的主共振频率和两个次共振频率(也被称为“无源共振”频率)关联的信号能量水平。这三个共振频率分量与音频信号的三个子频带对应，例如，具有与主共振频率分量对应的中心频率和带宽的第一子频带、具有与第一次共振频率分量对应的中心频率和带宽的第二子频带以及具有与第二次共振频率分量对应的中心频率和带宽的第三子频带。在这样的实现方式中，均衡器电路210包括三个滤波器单元。
在一些实现方式中，音频信号的N个子频带及其对应的参数基于由与音频处理电路200A对应的音频设备的用户提供的指令被确定。例如，在一些实现方式中，向工程师提供由适当硬件(比如显示图形用户界面的计算机)构成的开发环境以辅助用于音频设备的设计和原型化过程。硬件可以被耦合到音频处理电路200A或者与音频处理电路200A关联的音频设备。在音频设备的设计阶段期间，工程师分析音频设备的驱动器和罩以及周围声学环境以确定对音频设备的驱动器和罩有影响的N个共振频率。工程师录入将由音频处理电路200A处理的、与这些确定的共振频率对应的N个子频带的参数。例如，工程师可以指定音频处理电路200A应当处理与主共振频率分量和两个次共振频率分量对应的三个子频带，并且录入每个子频带的中心频率和带宽。因而，音频处理电路200A被配置为处理输入音频信号的三个子频带(N＝3)。以与以上相似的方式，音频处理电路的不同实现方式可以被配置为处理输入音频信号的不同数目的子频带，比如N＝2、4、6或者某个其它适当数目。
工程师可以经由通过输入系统(例如，通过显示图形用户界面的计算机)录入来指定子频带的参数。在这样的实现方式中，子频带的数目N是固定的，并且对应地，滤波器单元的数目N和能量检测器单元的数目N也是固定的。
在一些实现方式中，音频信号的N个子频带的参数被动态地确定。例如，音频处理电路200A可以被配置为分析音频设备的驱动器和/或罩以及周围声学环境的特性以确定用于音频设备的驱动器和/或罩的共振频率，并且相应地确定子频带参数。
在这样的实现方式中，分别用某个最大数目的滤波器单元和能量检测器单元来实施均衡器电路210和分析器电路220。音频处理电路200A依赖于由被实施的滤波器单元和能量检测器单元的最大数目限制的、被动态地确定的共振频率的数目来使用滤波器单元和能量检测器单元的不同子集。滤波器单元和能量检测器单元的最大数目(例如，N的最大值)依赖于音频处理电路200A的各种物理和计算约束，比如实施音频处理电路200A的DSP的计算能力或者在DSP中可用来存储与音频处理电路200A的各种部件对应的指令和数据的物理存储器的数量。
在一些实现方式中，均衡器电路210的N个滤波器单元被级联(例如，串联)地布置，其中一个滤波器单元的输出被提供作为向下一滤波器单元的输入。例如，如图所示，滤波器1 212的输出被提供作为向滤波器2 214的输入，而滤波器2 214的输出被提供作为向滤波器N 216的输入。这一类型的串联结构执行对在音频频谱的相邻频率频带的独立处理，只要每个特定均衡器部的增益(例如，量值响应)近似地或者确切地在它服务于的子频带的边界以外。
在一些实现方式中，每个滤波器单元被配置为处理与由另一滤波器单元处理的另一子频带不同的子频带。例如，在一些实现方式中，第一滤波器单元滤波器1 212基于与主共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽以及其它参数被配置；第二滤波器单元滤波器2 214基于与第一次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽被配置；并且第三滤波器单元滤波器N 216基于与第二次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽被配置。在这样的实现方式中，滤波器1 212均衡与主共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量，滤波器2 214均衡与第一次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量，并且滤波器N 216均衡与第二次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量。
在一些实现方式中，均衡器电路210中的每个滤波器单元被耦合到分析器电路220中的具体能量检测器单元。例如，在一些实现方式中，能量检测器1 222基于与主共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽以及其它参数被配置，这些参数是如以上描述的那样用来配置滤波器1 212的子频带参数。能量检测器2 224基于与第一次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽被配置，这些参数是如以上描述的那样用来配置滤波器2 214的子频带参数。能量检测器N 226基于与第二次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽被配置，这些参数是如以上描述的那样用来配置滤波器N 216的子频带参数。
在这样的实现方式中，能量检测器1 222测量与主共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器1 222被耦合到第一滤波器单元滤波器1 212并且向滤波器1 212输出确定的衰减参数，该滤波器1 212使用衰减参数以均衡与主共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量。相似地，能量检测器2 224测量与第一次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器2224被耦合到第二滤波器单元滤波器2 214并且向滤波器2214输出确定的衰减参数，该滤波器2 214被配置为均衡第一次共振频率分量。能量检测器N226测量与第二次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器N 226被耦合到第三滤波器单元滤波器N 216并且向滤波器N216输出确定的衰减参数，该滤波器N 216被配置为均衡第二次共振频率分量。
因而，如以上描述的那样，每个滤波器单元和能量检测器单元处理音频信号的某个子频带，这基于向滤波器和能量检测单元提供的子频带参数(例如，每个子频带的中心频率和带宽)。在一些实现方式中，在参数单元230中存储这些子频带参数。如先前指出的那样，中心频率和带宽参数例如由工程师预先选择或者由音频处理电路200A在对输出音频信号执行均衡操作之前分析音频设备的驱动器、罩和周围声学环境的特性时动态地确定。通过在处理音频信号之前预先知道中心频率和带宽参数，每对滤波器单元和对应的能量检测器单元被配置为处理具体子频带以均衡由于处理所致的在关联的子频带中的能量。在这样的实现方式中，中心频率和带宽参数被称为均衡器电路210和分析器电路220的固定参数。如以下指出的那样，虽然关联的子频带基于固定参数被确定，但是每个滤波器单元利用其它时变参数以均衡的关联子频带中的可以对于不同输入音频信号在相似子频带中变化的能量。
在一些实现方式中，参数单元230包括与用来实施音频处理电路200A的DSP或者IC关联的存储存储器(例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或者闪存)。在一些实现方式中，参数单元230包括被耦合到实施音频处理电路200A的DSP或者IC的某个其它适当存储设备(例如，硬驱动)。
除了每个子频带的固定参数(例如，中心频率和带宽)之外，均衡器电路210中的每个滤波器单元也使用由分析器电路220中的能量检测器单元提供的时变参数。如以上指出的那样，在一些实现方式中，均衡器电路210和分析器电路220在输入音频信号沿着两个信号路径被转发到两个电路时并行地处理输入音频信号。如在以下章节中更具体描述的那样，每个能量检测器单元基于测量关联的子频带的信号能量来确定由对应的滤波器单元用来均衡关联的子频带的时变参数。对于不同输入音频信号，能量检测器单元可以例如依赖于当前音频信号中的子频带的能量水平来确定时变参数的不同值。
在一些实现方式中，每个能量检测器单元比较对应的子频带的测量出的能量与阈值能量值以确定用于子频带的时变参数。子频带的阈值能量值例如由音频设备的工程师预选以保证扬声器驱动器在高驱动条件之下的安全性。在一些实现方式中，为不同子频带预选不同阈值能量值。在其它实现方式中，公共阈值能量值用于不同子频带。一个或者多个阈值能量值被编程到与音频处理电路200A关联的存储存储器中例如作为参数单元230的部分。
在一些实现方式中，均衡器电路210中的滤波器单元(例如，滤波器1 212)基于从分析器电路220中的关联的能量检测器单元(例如，能量检测器1 222)接收时变参数来对输入音频信号的对应的子频带应用时变线性均衡。在子频带内的短期能量超过用于子频带的阈值能量值时，通过基于对应的传递函数的时变参数调整滤波器单元的量值响应来应用依赖于频率的衰减。衰减的数量直接地依赖于短期能量超过对应的阈值能量值的数量。因而，由于时变参数基于测量子频带信号能量被确定，所以滤波器单元的形状是对应的子频带中的信号能量(例如，在与子频带关联的共振频率分量附近的信号能量)的函数。附加地或者备选地，在一些实现方式中，滤波器单元的形状是总信号能量的函数。
在一些实现方式中，在子频带中的过量能量与向子频带应用的衰减之间的关系是线性的。在其它实现方式中，在过量能量与应用的衰减之间的关系遵循某个其它适当函数，比如二次。滤波器单元的短期量值响应作为对应的子频带能量超过它的关联的阈值能量值的数量的函数而平滑地变化。
在一些实现方式中，在更低驱动水平(例如，在子频带的测量出的能量在关联的阈值能量值以下时)，对应的滤波器单元的操作完全地透明，例如，未向对应的子频带应用量值成形或者衰减。在这样的情况下，子频带具有单位增益。
在一些实现方式中，每个能量检测器单元包括用来将输入音频信号分解成N个构成子频带信号以测量子频带中的每个子频带中的短期能量的一个或者多个分析滤波器。在这样的实现方式中，与子频带关联的滤波器单元(例如，滤波器1 212)的量值响应与对应的能量检测器(能量检测器1 222)中的分析滤波器的量值响应有关。例如，滤波器单元的传递函数的分子系数是对应的能量检测器单元中的分析滤波器的传递函数的分子系数的倒数。这可以保证对音频信号的节省均衡，例如，在高驱动水平由滤波器单元引入的衰减数量被最小化。
在一些实现方式中，分析滤波器包括带通滤波器，这些带通滤波器的具体形状(例如，量值响应)被调谐到音频设备的驱动器、罩和附近声学环境的关键特性。例如，分析滤波器被具体地匹配到的特性包括驱动器和罩的位移传递函数以及远场声压水平(SPL)传递函数。使用SPL测量来确定滤波器单元和分析滤波器的参数。这可以例如使用在音频处理电路200A中嵌入的非线性优化算法被实现。在一些实现方式中，SPL传递函数的中频带部分用于实际位移传递函数。与中频带SPL测量结合，在一些实现方式中使用电压和电流测量来估计驱动器和罩的位移传递函数。
在一些实现方式中，每个滤波器单元包括均衡与滤波器单元对应的子频带的线性、时变滤波器。时变均衡器电路210的总传递函数包括N个滤波器单元滤波器1 212、滤波器2 214和滤波器N 216的传递函数的乘积，其中N是使用对应的能量检测器单元能量检测器1 222、能量检测器2 224和能量检测器N 226被分析的、音频信号的子频带的数目。在一些实现方式中，时变线性均衡被与单频带动态范围压缩(DRC)组合。
在一些实现方式中，在能量检测器单元中包括的分析滤波器包括完美重构滤波器组的近似，例如，伪QMF(正交镜滤波器)滤波器组。在这样的实现方式中，可以在由均衡器电路210的均衡之后重组子频带信号之前应用对个别子频带信号的附加处理。附加处理可以包括心理声学或者物理谐波增强或者对感知响度的补偿以及其它处理。
在一些实现方式中，均衡器电路210依赖于被处理的对应的子频带利用不同形式的滤波器单元。例如，对于音频信号的最低子频带(例如，子频带0)，在一些实现方式中使用连续地可变的架形滤波器，而对于较高子频带，使用连续地可变的陷波滤波器。在本文中，最低子频带是指音频信号的与具有与其它共振频率分量比较的最低频率的共振频率分量对应的子频带。
考虑用于音频信号的最低子频带的架形滤波器，架形滤波器的带宽参数Ω0由等式(1)给定。
在等式(1)中，fc是架形滤波器以Hz为单位的最高拐角频率。在以后发展中，通过将fc规格化成以Hz为单位的采样频率fs的两倍来定义Ω0是方便的。架形滤波器抑制在输入音频信号的在架形频率以下的频率的信号能量水平，从而使得最低子频带的能量水平在与子频带关联的阈值能量值内。
在规格化以下描述的架形滤波器的分母系数、从而使得前导系数a0如在等式(3a)中给定的那样是统一的时，将系数除以公共缩放因子d0，其中：
用于架形滤波器的传递函数的分母系数然后由等式(3a)、(3b)和(3c)给定：
a0＝1 (3a)
根据由等式(4)给定的加权参数gs实时修改用于架形滤波器的传递函数的分子系数。
在等式(4)中，e是由架形滤波器处理的子频带的经规格化的能量，并且e0是对应的阈值能量值。如由等式(4)所示，在子频带的经规格化的能量低于或者等于阈值能量值时，架形滤波器未衰减信号能量，从而使得加权因子是1。如以下说明的那样，这转而使得架形滤波器的增益对于所有频率都是统一的。在一些实现方式中，对加权参数的确定如在以下章节中描述的那样由对应的能量检测器单元执行。
架形滤波器的传递函数的分子系数由等式(5a)、(5b)和(5c)给定。
在比较(3)与(5a)、(5b)和(5c)时，在gs＝1、b0＝a0＝1，b1＝a1并且b2＝a2时。等效地，
在架形滤波器的最高拐角频率fc比采样频率fs小得多，例如，fc＜＜fs、d0≈1时。在这样的情况下，等式(5a)、(5b)和(5c)可以分别如等式(6a)、(6b)和(6c)所示被简化。
使用如由等式(6a)、(6b)和(6c)所示的滤波器参数与由等式(5a)、(5b)和(5c)给定的情况比较而言减少了实施成本。在一些实现方式(例如，使用典型定点处理器的实现方式中)，这是有用的，因为不能在单个CPU周期中执行除法。
等式(5a)、(5b)和(5c)和/或等式(6a)、(6b)和(6c)指示加权参数gs用来操控架形滤波器的传递函数，并且由此操控架形滤波器的量值响应。等式(4)指示加权参数gs基于比较子频带的测量出的能量水平与对应的阈值能量值被确定。因而，架形滤波器的量值响应基于由对应的能量检测器单元对最低子频带的短期能量测量被变化。
考虑输入音频信号的较高阶子频带，在一些实现方式中，均衡器电路210利用二阶参数滤波器单元与嵌入的可编程全通滤波器以实现用于滤波器单元的陷波滤波器，这些陷波滤波器用来处理较高阶子频带。在本文中，较高阶子频带对应于与具有最低频率的共振频率分量不同的共振频率分量。在一些实现方式中，具有嵌入的可编程全通滤波器的二阶参数滤波器单元也用来实现用于能量检测器单元的带通分析滤波器。这可以例如有用以允许对滤波器单元中的滤波器和能量检测器单元中的互补分析滤波器的方便、低成本的实施。
如先前指出的那样，在一些实现方式中，均衡器电路210的N个滤波器单元被级联(例如，串联)地布置，其中提供一个滤波器单元的输出作为向下一滤波器单元的输入。在一些实现方式中，可以用并行方式而不是串行地均衡音频子频带。并行执行对音频子频带的均衡的音频处理电路的示例是图2B的音频处理电路200B。如图2B中所示，均衡器240中的N个均衡滤波器单元(例如，滤波器1 242、滤波器2 244和滤波器N 246)被并行地布置。
均衡器电路240中的每个滤波器单元被耦合到分析器电路250中的具体能量检测器单元。例如，在一些实现方式中，滤波器1 242基于与主共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽以及其它参数被配置，并且能量检测器1 252使用相同子频带参数被配置。滤波器2 244基于与第一次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽以及其它参数被配置，并且能量检测器2 254使用相同子频带参数被配置。滤波器N 246基于与第二次共振频率分量对应的子频带的中心频率和带宽以及其它参数被配置，并且能量检测器N 256使用相同子频带参数被配置。
能量检测器1 252测量与主共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器1 252被耦合到第一滤波器单元滤波器1 242并且向滤波器1 242输出确定的衰减参数，该滤波器1 242使用衰减参数以均衡与主共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量。相似地，能量检测器2 254测量与第一次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器2 254被耦合到第二滤波器单元滤波器2 244并且向滤波器2 244输出确定的衰减参数，该滤波器2 244被配置为均衡第一次共振频率分量。能量检测器N 256测量与第二次共振频率分量对应的音频信号的子频带的信号能量并且确定用于该子频带的衰减参数。能量检测器N 256被耦合到第三滤波器单元滤波器N 246并且向滤波器N 246输出确定的衰减参数，该滤波器N 246被配置为均衡第二次共振频率分量。
在一些实现方式中，均衡器电路240的部件与均衡器电路210的部件相似，并且分析器电路250的部件与分析器电路220的部件相似。在这样的实现方式中，均衡器电路240的滤波器1 242的结构和由该滤波器1 242执行的操作与均衡器电路210的滤波器1 212的结构和由该滤波器1 212执行的操作相似。滤波器单元滤波器2 244和滤波器N 246与滤波器单元滤波器2 214和滤波器N 216对应地相似。另外，分析器电路250的能量检测器1 252的结构和由该能量检测器1 252执行的操作与分析器电路220的能量检测器1 222的结构和由该能量检测器1 222执行的操作相似。能量检测器单元能量检测器2 254和能量检测器N256与能量检测器单元能量检测器2 224和能量检测器N 226对应地相似。
在N个并联的均衡滤波器单元(例如，滤波器1 242、滤波器2 244和滤波器N 246)之前是分析滤波器组262。分析滤波器组262包括N个适当的子频带分解滤波器的组，这些子频带分解滤波器实现或者近似于完美重构滤波器组的分析滤波器。在一些实现方式中，使用伪正交镜滤波器(PQMF)的组。这样的结构可以例如在希望除了扬声器保护之外的进一步子频带处理时有用。在这样的实现方式中，子频带处理电路264跟随均衡器单元240中的N个滤波器单元。子频带处理电路264在一些实现方式中可选地存在。在这样的情况下，子频带处理电路264执行附加子频带处理。附加子频带处理例如包括非线性动态范围操控(比如基于扩展器的噪声抑制)，在该非线性动态范围操控中，不同扩展器用于每个子频带。附加地或者备选地，附加子频带处理包括基于子频带的人工混响和其它音频效果。
在包括子频带处理电路264的实现方式中，子频带处理电路264由合成滤波器组266跟随。在不包括子频带处理电路264的实现方式中，均衡器电路240由合成滤波器组266跟随。合成滤波器组266通过使用完美重构滤波器组的合成滤波器或者它们的近似物组合并行、经处理的子频带信号来产生总输出音频信号。
在一些实现方式中，在分析滤波器组262内的个别滤波器(例如，PQMF滤波器组的分析滤波器)提供实时均衡器适配所基于的时变能量估计。在这样的情况下，以与在音频处理电路200A中相同的方式提供对原始能量估计的平滑和上冲/衰退调节。
图3A和图3B分别图示了根据一个或者多个实现方式的滤波器单元300A和300B的示例的框图，这些滤波器单元是音频处理电路的均衡器电路的部分。图3A中所示的滤波器单元300A包括全通滤波器312、组合器314和318以及乘法器316。在一些实现方式中，滤波器单元300A是具有嵌入的全通滤波器312的二阶滤波器。在一些实现方式中，滤波器单元300A与均衡器电路210的滤波器单元中的一个或者多个滤波器单元(例如，1 212、滤波器2 214或者滤波器N216)相似。图3B中所示的滤波器单元300B包括全通滤波器322、组合器324和328以及乘法器326。
滤波器单元300A用作原型结构，用于一些频带的分析和均衡滤波器可以从该原型结构被推导。被处理的子频带依赖于用来配置全通滤波器312的固定参数，其包括例如子频带的中心频率和带宽。在一些实现方式中，从参数单元230向全通滤波器312供应固定参数。
原型或者初级滤波器单元300A的传递函数Hp(z)由等式(7)给定。
在等式(7)中，Ha(z)是全通滤波器312的传递函数，并且H0代表固定或者可变缩放因子。在一些实现方式中，向乘法器316提供缩放因子等式(7)指示在H0＜0时形成陷波滤波器，而对于H0＞0，形成峰化滤波器。在一些实现方式中，H0是可以被编程到音频处理电路(例如，存储在参数单元230中)的固定增益。
在一些实现方式中，在H0＝1时并且在向滤波器单元300A中的组合器318的输入音频信号的上前馈路径被去除时形成固定带通滤波器，从而产生原型滤波器的退化形式。这由图3B的示例滤波器单元300B图示，在该图中向乘法器326提供缩放因子H0＝1。从原型滤波器单元300A推导的各种滤波器类型(陷波滤波器、峰化滤波器或者固定带通滤波器)在它们共享相同分母的意义上互补。在一些实现方式中，分析(能量检测)滤波器运用这样的固定带通滤波器300B，并且对应的均衡器包括可变陷波滤波器，该可变陷波滤波器具有与带通滤波器相同的分母系数。在其它实现方式中，可以通过直接地而不是通过H0间接地更改陷波滤波器的分子系数来实现等效、更低成本的实现方式。
概括而言，在全通滤波器312的共振频率，全通滤波器312的相移是180°。在这一频率的总相移然后是0。如由等式(7)所示，滤波器单元的响应在这一情形中的量值是1+H0，其中对于陷波滤波器而言-1＜H0＜0，并且对于峰化滤波器而言H0＞0。在其中前馈路径被去除的退化(带通)情况下，在全通共振频率的量值响应简单地是H0＝1。量值响应在别处小于1。
在一些实现方式中，用于音频信号的较高阶子频带的均衡器电路210中的陷波滤波器和/或对应的能量检测器单元中的带通分析滤波器基于滤波器单元300A。例如，如在以下章节中更具体描述的那样，通过将相同分母系数用于陷波滤波器和对应的分析带通滤波器的传递函数来推导陷波滤波器或者分析滤波器。然而，用于陷波滤波器和带通分析滤波器的传递函数的分子系数不同。陷波滤波器的分子系数基于由对应的能量检测器单元对关联的子频带的当前短期能量测量被实时修改。
在一些实现方式中，在均衡器电路210的滤波器单元中用来处理输入音频信号的较高阶子频带的陷波滤波器的固定参数由等式(8)-(12)、(13a)-(13c)和(14a)-(14c)给定。陷波滤波器的这些参数被存储在与音频处理电路关联的存储存储器中(例如，参数单元230中)。
陷波滤波器的规格化的带宽参数Ωn由等式(8)给定。
在等式(8)中，fn是陷波频率，fs是采样频率，并且Ωn是经规格化的陷波频率。在滤波器单元300A的结构内嵌入的二阶全通滤波器312具有由等式(8a)给定的以下形式的传递函数。
其中分别在等式(9)和(11)中给定d和ac。等式(8a)的分子系数是分目系数的所谓的“时间反转”。这是全通滤波器的一般性质，该性质可以由等式(8b)在形式上表达。
Ba(z)＝z-M·Aa(z-1) (8b)其中M是全通滤波器的阶。在这里，例如M＝2。在滤波器(比如滤波器单元300A)的实施效率中反映这一表示经济性。滤波器单元300A的参数(包括嵌入的全通滤波器312的参数)是：
d＝-cos(Ωn) (9)
在等式(10)中，G是陷波滤波器以分贝(dB)为单位的增益，并且K是陷波滤波器的衰减。
在等式(11)中，Q＞0是陷波滤波器的质量因子。在一些实现方式中，Q＝1，并且可以省略它。在其它实现方式中，Q提供如果希望则可以在调谐过程期间使用的附加自由程度。
H0＝K-1 (12)
基于等式(8)-(12)，陷波滤波器的传递函数的固定分母系数由等式(13a)、(13b)和(13c)给定。
a0＝1 (13a)
a1＝d·(1-αc) (13b)
a2＝-αc (13c)
用于从滤波器单元300A推导的通用陷波滤波器的固定分子系数由等式(14a)、(14b)和(14c)给定：
b1＝a1＝d·(1-αc) (14b)
用于在均衡器电路中使用的陷波滤波器的时变传递函数的分子系数如在以下章节中描述的那样基于由依赖于关联的子频带的短期能量测量而定的参数加权的、由等式(14a)-(14c)给定的固定分子系数。
图4图示了根据一个或者多个实现方式的陷波滤波器400的示例的框图，该陷波滤波器400是音频处理电路的均衡器电路的部分。陷波滤波器400与均衡器电路210的滤波器单元中的一个或者多个滤波器单元(比如滤波器1 212、滤波器2 214或者滤波器N 216)相似。陷波滤波器400处理输入音频信号的较高级子频带。在一些实现方式中，从滤波器单元300A推导陷波滤波器400。
如图所示，陷波滤波器400包括陷波滤波器的传递函数的分子多项式B(z)402以及陷波滤波器的传递函数的分母多项式A(z)404和1/A(z)406。陷波滤波器也包括乘法器408以及组合器410和412。
由陷波滤波器400执行的均衡操作依赖于用来配置陷波滤波器400的固定参数，例如，由等式(8)-(12)给定的参数、由等式(13a)、(13b)和(13c)给定的固定分母系数以及由等式(14a)、(14b)和(14c)给定的固定分子系数。如由等式(8)-(14c)所示，分子系数和分母系数基于陷波频率、滤波器增益和滤波器质量因子。在一些实现方式中，从参数单元230向分子多项式B(z)402提供固定分子系数并且向分母多项式A(z)404和1/A(z)406提供固定分母系数。
根据从被配置为处理与陷波滤波器400关联的子频带的对应的能量检测器单元向陷波滤波器提供的加权参数gn，实时操控陷波滤波器400的量值响应，该量值响应基于陷波滤波器的传递函数。如在以下章节中所示，尽管陷波滤波器400的分母系数保持固定，但是通过基于固定分子系数和加权参数gn的组合(该组合依赖于如由等式(15)所示的测量子频带信号的短期能量水平)而变化陷波滤波器400的传递函数的分子系数来操控陷波滤波器的深度。
在等式(15)中，e代表由能量检测器单元测量的子频带的短期信号能量水平。在一些实现方式中，e是如以下描述的那样由在能量检测器单元中包括的上冲/释放滤波器提供的测量出的能量的平滑值。e0是与子频带对应的阈值能量值。如先前描述的那样，在一些实现方式中，e0被编程到音频处理电路中(例如，存储在参数单元230中)，它从该参数单元被提供给能量检测器单元。如由等式(15)所示，在子频带的短期能量e低于或者等于阈值能量值时，陷波滤波器不衰减信号能量，因为加权因子gn是0。因而，基于子频带能量水平变化陷波滤波器400的深度。用来均衡输入音频信号的不同子频带的不同陷波滤波器因此可以依赖于对用于关联的子频带的短期能量的测量而具有不同槽深度。
陷波滤波器400的传递函数的分子多项式B(z)和分母多项式A(z)由等式(16a)和(16b)给定。
在其中第二阶分子和分母被使用的实现方式中，在等式(16a)和(16b)中M＝3。
如由图4所示，对于e的给定的值，陷波滤波器的z变换由等式(17)给定。
基于由等式(17)给定的z变换以及由等式(14a)、(14b)和(14c)给定的固定分子系数，陷波滤波器400的时变分子系数bn＝[bn0，bn1，bn2]由等式(18a)、(18b)和(18c)给定。
bn0＝gnb0+(1-gn) (18a)
bn1＝b1 (18b)
bn2＝gnb2+(1-gn)a2 (18c)
在一些实现方式中，陷波滤波器400的时变分子系数基于在被配置为处理子频带的对应的能量检测器单元中包括的分析滤波器的分子系数被确定。在一些实现方式中，由等式(18a)、(18b)和(18c)给定的时变参数如在以下章节中描述的那样由向陷波滤波器400提供这些参数的对应的能量检测器单元确定。
图5图示了根据一个或者多个实现方式的音频处理电路500的部分的示例，该示例示出了能量检测器单元510和滤波器单元520的框图，该能量检测器单元510是音频处理电路的分析器电路的部分，该滤波器单元520是音频处理电路的均衡器电路的部分。能量检测器部510包括分析滤波器512、能量测量电路514、平滑滤波器516、上冲/释放滤波器518以及滤波器系数和能量到权值映射电路519。
在一些实现方式中，音频处理电路500与音频处理电路200A相似。在这样的实现方式中，能量检测器单元510与分析器电路220的能量检测器单元中的一个或者多个能量检测器单元(比如能量检测器1 222、能量检测器2 224或者能量检测器N 226)相似。滤波器单元520与均衡器电路210的滤波器单元中的一个或者多个滤波器单元(比如滤波器1 212、滤波器2 214或者滤波器N 216)相似。
能量检测器单元510处理输入音频信号的某个子频带。被处理的子频带依赖于用来配置能量检测器510的固定参数，例如，子频带的中心频率和带宽。附加地，向能量检测器510提供的固定参数包括分析滤波器512的传递函数的固定分母和分子系数。这是例如在其中从滤波器单元300A推导分析滤波器512的实现方式中的情况。固定分母系数依赖于是否分别处理最低子频带或者较高阶子频带并且考虑其中处理三个子频带(N＝3)的实现方式来由等式(3a)、(3b)和(3c)或者等式(13a)、(13b)和(13c)给定。在以下章节中关于等式(19)和(20)描述分析滤波器512的分子系数。
在一些实现方式中，从参数单元230向能量检测器单元510(例如，向分析滤波器512、平滑滤波器516、上冲/释放滤波器518以及滤波器系数和能量到权值映射电路519)供应固定参数。
滤波器单元520被配置为均衡音频信号的与由能量检测器510处理的子频带相同的子频带。这通过向滤波器单元520配置向能量检测器510提供的相同固定参数(例如，如以上分别关于等式(13a)-(13c)和(14a)-(14c)描述的那样计算的子频带的中心频率和带宽以及固定分母和分子系数被实现。在一些实现方式中，从参数单元230向滤波器单元520供应固定参数。
除了固定参数之外，滤波器单元520从能量检测器510接收时变参数，例如，如等式由(18a)、(18b)和(18c)所示的滤波器520的加权参数gn和/或时变分子系数。在一些实现方式中，滤波器520的加权参数gn和/或时变分子系数由滤波器系数和能量到权值映射电路519确定，并且被提供给滤波器单元520作为能量检测器单元510的输出。在一些实现方式中，滤波器系数和能量到权值映射电路519使用Klippel表征化数据以将子频带的测量出的能量映射到对应的滤波器单元的加权参数gn和时变分子系数。
如以上指出的那样，在一些实现方式中，均衡器电路中的分析滤波器512和关联的滤波器单元520在它们的分母系数相同的意义上互补。如先前描述的那样，在一些实现方式中，对于最低子频带(例如，子频带0)，滤波器单元520是架形滤波器，该架形滤波器的分子系数依赖于实现方式而由等式(5a)、(5b)和(5c)或者(6a)、(6b)和(6c)给定。在这样的实现方式中，等式(19)提供用于最低子频带的对应的分析滤波器512的分子系数。
其中等式(19)指示与均衡器电路中的架形滤波器对应的用于最低子频带的分析滤波器在z＝-1处具有两个零点。此外，分析滤波器具有统一增益。
如先前描述的那样，在一些实现方式中，对于较高阶子频带(例如，子频带1、2或者更高)，滤波器单元520包括陷波滤波器，该陷波滤波器的时变分子系数由等式(18a)、(18b)和(18c)给定。在这样的实现方式中，等式(20)提供用于较高阶子频带的对应的分析滤波器512的分子系数。
在等式(20)中，a和b分别是用于陷波滤波器520的分母和分子系数矢量，并且K是如由等式(10)给定的用于陷波滤波器520的衰减参数。K是时变陷波滤波器的最大可能衰减或者等效地是它的最小可能增益。在能量检测器的影响之下，在1与K之间变化陷波滤波器的瞬时衰减，其中0＜K＜1。也可以根据等式(10)表达最大衰减为对数值。在这一情况下，瞬时陷波衰减在0dB与G＝20·log10(K)dB之间变化，其中G＜0。K(或者G)将通常地依赖于特定驱动器和罩设计的共振特性和其它性质而为由扩音器设计者定义的固定参数。分母和分子系数以及衰减参数根据被处理的音频信号的子频带而对于不同陷波滤波器变化。因而，分析滤波器512的分子系数对于音频信号的不同子频带不同。
分析滤波器512被配置为基于分析滤波器的固定参数来提取输入音频信号的某个子频带。向被配置为测量音频信号的子频带的瞬时或者短期能量水平的能量测量电路514提供子频带。在一些实现方式中，能量测量电路514使用平方函数来测量短期能量。在其它实现方式中，能量测量电路514使用绝对值函数来测量短期能量。
平滑滤波器516被配置为平滑由能量测量电路514测量的音频信号的子频带。在一些实现方式中，平滑滤波器包括固定、单极线性滤波器的级联。平滑滤波器的主要目的是防止可听非自然成分由于太快地调制均衡滤波器520而被引入到主要信号路径520中。在数毫秒级恒定的有效时间足以防止这样的可听非自然成分，而仍然在需要时提供用于扩音器的及时保护。以定性方式来看，平滑滤波器的目的是对准能量检测器的有效时标与驱动损坏可能发生的时标。
上冲/释放滤波器518被配置为调节对音频信号的子频带的有源均衡的上冲(开始)和衰退(停止)。通常地，将选择由这一滤波器实现的有效上冲时间相对地短以便保证在音频信号的水平有突然、不安全增加时快速地保护扩音器驱动器。对照而言，衰退时间将比较而言通常地相对长。这一迅速上冲、逐渐衰退策略往往产生更愉快的收听者体验，而仍然保护扩音器。在一些实现方式中，上冲/释放滤波器518为非线性低通滤波器。上冲/释放滤波器的差分方程由等式(21)给定。
在等式(21)中，u(k)和y(k)和分别代表在上冲/释放滤波器518的输入和输出处的子频带音频信号，并且αa和αd是固定参数，这些参数确定上冲/释放滤波器518的总结构分别在上冲和衰退方向上的有效存储器。在一些实现方式中，在耦合到音频处理电路的存储存储器中(例如，在参数单元230中)存储并且在音频处理电路的操作期间向上冲/释放滤波器518提供αa和αd。
按照在某个意义上等效的连续时间(模拟)滤波器表征用于音频信号处理的数字滤波器的动态行为经常是有用的。例如，给定以秒为单位的希望的连续时间上冲或者衰退时间常数τ，上冲/释放滤波器518的对应数字滤波器系数是：
其中TS是采样周期。向滤波器系数和能量到权值映射电路519提供上冲/释放滤波器的输出，该滤波器系数和能量到权值映射电路519如先前描述的那样确定滤波器520的加权参数gn和/或时变分子系数。
以上述方式，能量检测器单元510与音频处理电路(例如，音频处理电路200A)中的滤波器520协力工作以保护关联的音频设备(例如，音频设备100)免于损坏。如图所示，用于分析滤波器和对应的均衡滤波器的滤波器系数与实现低计算复杂性有关。以上描述的技术允许音频设备的峰功率输出被最大化而向音频信号引入很有限的着色或者失真。
在一些实现方式中，在实施音频处理电路的DSP中编程用于最低子频带音频信号的架形滤波器、滤波器单元300A、陷波滤波器400、能量检测器单元510和滤波器单元520中的一项或者多项。例如，在芯片中编码的固件中各种滤波器和能量检测器单元部件被实现为差分方程。在音频处理电路的操作期间的运行时间从耦合到DSP的存储存储器(例如，闪存)向差分方程提供固定参数。
在一些实现方式中，用于最低子频带音频信号的架形滤波器、滤波器单元300A、陷波滤波器400、能量检测器单元510和滤波器单元520中的一项或者多项被实施为实施音频处理电路的IC的分立的电路部件。在音频处理电路的操作期间的运行时间从耦合到IC的存储存储器(例如，闪存)向差分方程提供固定参数。
图6图示了根据一个或者多个实现方式的用于均衡音频信号的过程600的示例。在一些实现方式中，过程600由音频处理电路(比如音频处理电路200A)执行。因而，以下章节关于音频处理电路200A描述过程600。然而，过程600也可以由其它适当设备执行。
在一些实现方式中，过程600由与音频处理电路200A对应的一个或者多个处理器(例如，实施音频处理电路200A的均衡器电路210和分析器电路220以及关联的功能的可编程DSP或者IC)执行。
在602处，接收音频信号。例如，在音频处理电路200A处接收输入音频信号。如先前描述的那样，在一些实现方式中，音频处理电路200A与音频处理电路102相似。在这样的实现方式中，在音频处理电路102处接收向音频设备100输入的音频信号以用于在被提供给驱动器110之前处理。
在步骤604处，向分析器电路和均衡器电路提供音频信号。例如，音频处理电路200A沿着两个路径拆分输入音频信号。沿着第一路径向均衡器电路210并且沿着第二路径向分析器电路220提供音频信号。
在606处，使用在分析器电路中包括的多个能量检测器单元来获得音频信号的多个子频带。例如，分析器电路220使用能量检测器单元能量检测器1 222、能量检测器2 224和能量检测器N 226将输入音频信号分解成子频带。每个子频带与音频信号的共振频率分量对应，其中共振频率分量基于测量与音频处理电路关联的音频设备(例如，音频设备100)的驱动器和罩以及周围声学环境的性能特性被确定。每个能量检测器单元处理音频信号的预定子频带。
如先前描述的那样，在一些实现方式中，能量检测器单元能量检测器1 222、能量检测器2 224或者能量检测器N 226中的一项或者多项与能量检测器单元510相似。在这样的情况下，能量检测器使用分析滤波器(例如，分析滤波器512)以提取与能量检测器单元关联的音频信号的子频带。分析滤波器被调谐到参数，例如，关联子频带的中心频率和带宽。
在步骤608处，使用能量检测器单元中的一个或者多个能量检测器单元来测量每个子频带的能量水平。例如，在分析器电路220中包括的每个能量检测器单元测量与相应的能量检测器单元关联的子频带的短期信号能量水平。能量检测器单元使用能量测量电路(例如，能量测量电路514)以执行测量。
在610处，比较每个子频带的能量水平与阈值能量水平值以确定子频带的能量水平是否小于或者等于阈值能量水平值。例如，在分析器电路220中包括的每个能量检测器单元比较与相应的能量检测器单元关联的子频带的测量出的信号能量水平与阈值能量值。在一些实现方式中，比较不同的子频带与不同的阈值能量值。在其它实现方式中，比较一个或者多个子频带与公共阈值能量值。能量检测器单元使用平滑滤波器516、上冲/释放滤波器518以及滤波器系数和能量到权值映射电路519中的一项或者多项以执行阈值比较。
如果在610出做出子频带的能量水平小于或者等于阈值能量水平值的确定，则在612处确定用于均衡器电路中的与测量出的子频带对应的滤波器单元的第一参数。例如，如果能量检测器单元确定与相应的能量检测器单元关联的子频带的测量出的信号能量水平小于或者等于与子频带对应的阈值能量值，则能量检测器确定用于子频带的加权参数的值，并且基于加权参数来确定与相应的子频带关联的对应的滤波器单元的传递函数的时变分子系数。在一些实现方式中，滤波器系数和能量到权值映射电路519执行这些计算。对于最低子频带，确定由等式(4)给定的加权参数gs的值为1(因为在这一情况中e≤e0)，并且如由等式(5a)-(5c)或者(6a)-(6c)所示使用gs的这一个值来确定分子系数。对于较高阶子频带，确定由等式(15)给定的加权参数gn的值(因为在这一情况中e≤e0)，并且如由等式(18a)-(18c)所示确定分子系数。
在另一方面，如果在610处做出子频带的能量水平大于阈值能量水平值的确定，则在614处确定用于均衡器电路中的与测量的子频带对应的滤波器单元的第二参数。例如，如果滤波器系数和能量到权值映射电路519确定与相应的能量检测器单元关联的子频带的测量出的信号能量水平大于与子频带对应的阈值能量值，则滤波器系数和能量到权值映射电路519如由等式(4)给定的那样确定加权参数gs(在关联的子频带是最低子频带的情况下的值为(因为在这一情况下e>e0)，并且如由等式(5a)-(5c)或者(6a)-(6c)所示相应地确定分子系数。对于较高阶子频带，如由等式(15)给定的那样确定加权参数gn的值为(因为在这一情况下e>e0)，并且如由等式(18a)-(18c)所示相应地确定分子系数。
在616处，向均衡器电路中的滤波器单元发送用于子频带的所确定的参数。例如，每个能量检测器单元向均衡器电路中的与相同子频带关联的对应的滤波器单元发送用于由能量检测器单元的滤波器系数和能量到权值映射电路确定的滤波器单元的时变分子系数。作为示例，能量检测器1 222确定用于滤波器1 212的参数，并且向滤波器1 212发送这些参数；能量检测器2 224确定用于滤波器2 214的参数，并且向滤波器2 214发送这些参数；并且能量检测器N 226确定用于滤波器N 216的参数，并且向滤波器N 216发送这些参数。
在618处，使用在均衡器电路中包括的多个滤波器单元来获得音频信号的多个子频带。例如，均衡器电路210使用滤波器单元滤波器1 212、滤波器2 214和滤波器N 216将输入音频信号分解成子频带。在一些实现方式中，均衡器电路210获得与音频信号的共振频率分量对应的、与分析器电路220相同的子频带。
如先前描述的那样，使用参数(例如，用于具体子频带的中心频率和带宽)来将分析器电路中的每个滤波器单元和对应的能量检测器单元参数化。例如，在一些实现方式中，音频信号包括三个子频带(N＝3)。滤波器1 212和能量检测器1 222被配置为处理子频带0(例如，被配置有用于子频带0的中心频率和带宽)；滤波器2 214和能量检测器2 224被配置为处理子频带1；并且滤波器N 216和能量检测器N 226被配置为处理子频带2。在这样的情况下，滤波器1 212和能量检测器1 222分离地和并行地获得输入音频信号的子频带0；滤波器2 214和能量检测器2 224分离地和并行地获得输入音频信号的子频带1；并且滤波器N216和能量检测器N 226分离地和并行地获得输入音频信号的子频带2。
在620处，从分析器电路接收与每个子频带对应的参数。例如，在一些实现方式中，滤波器1 212被配置为处理与由能量检测器单元1 222处理的相同的音频信号的子频带。滤波器1 212从对应的能量检测器1 222接收滤波器1 212的传递函数的分子系数。分子系数如以上描述的那样在610、612和614处由能量检测器1 222计算。相似地，滤波器2 214被配置为处理与由能量检测器2 224处理的相同的音频信号的子频带。因而，滤波器2 214从能量检测器2 224接收滤波器单元2的传递函数的分子系数。滤波器N 216被配置为处理与由能量检测器N 226处理的相同的音频信号的子频带。因而，滤波器N 216从能量检测器N 226接收滤波器单元N的传递函数的分子系数。
在622处，基于从分析器电路接收的参数来修改滤波器单元的量值响应。例如，滤波器1 212使用从对应的能量检测器1 222接收的时变分子系数以分别依赖于滤波器1 212是否被配置为处理最低子频带或者较高阶子频带、如由等式(5a)-(5c)或者等式(17)和(18a)-(18c)所示调整滤波器1 212的传递函数。如先前指出的那样，传递函数影响滤波器的量值响应。相似地，滤波器2 214使用从对应的能量检测器2 224接收的时变分子系数以调整滤波器2 214的量值响应，并且滤波器N 216使用从对应的能量检测器N 226接收的时变分子系数以调整滤波器N 216的量值响应。
在624处，使用滤波器单元的经修改的量值响应来均衡子频带。例如，滤波器单元滤波器1 212、滤波器2 214和滤波器N 216中的每个处理滤波器单元被配置用于的音频信号的子频带。由于基于由对应的能量检测器通过比较子频带信号能量水平与阈值能量值而计算的时变分子系数来修改每个滤波器单元的量值响应，所以每个滤波器单元在使用经修改的量值响应处理关联的子频带时均衡子频带。在这样做时，如果关联的子频带的短期信号能量水平大于对应的阈值能量值，则衰减信号能量，从而使得它小于或者等于对应的阈值能量值。然而，如果关联子频带的短期信号能量水平小于或者等于对应的阈值能量值，则滤波器单元使子频带通过而无信号能量衰减。
在626处，生成包括经均衡的子频带的输出音频信号。例如，均衡器电路210输出音频信号，在该音频信号中，音频信号的每个子频带由被配置为处理具体和不同的子频带的滤波器单元均衡。由于滤波器单元(例如，滤波器1 212、滤波器2 214和滤波器N 216)被级联地布置，所以每个滤波器单元在向下一滤波器单元提供关联的子频带被均衡的组合的信号之前均衡音频信号中的它的关联的子频带。在最终子频带例如由滤波器N 216均衡之后，生成音频信号，在该音频信号中，均衡与音频设备的共振频率分量对应的子频带。如先前描述的那样，音频处理电路200A向音频设备的其它部件(比如向功率放大器108和/或驱动器110)提供均衡的音频信号。
公开的和其它的示例可以被实施为一个或者多个计算机程序产品，例如，在计算机可读介质上编码的用于由数据处理装置执行或者或者用于控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或者多个模块。实现方式可以包括算法的单个或者分布式处理。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储衬底、存储器设备或者它们中的一个或者多个的组合。术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器(例如，包括一个可编程处理器、一个计算机或者多个处理器或者计算机)。该装置除了硬件之外还可以包括为讨论的计算机程序创建执行环境的代码(例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者它们中的一个或者多个的组合的代码)。
系统可以涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器(例如包括一个可编程处理器、一个计算机或者多个处理器或者计算机)。系统可以除了硬件之外还可以包括为讨论的计算机程序创建执行环节的代码(例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者它们中的一个或者多个的组合的代码)。
可以用包括编译或者解译语言的任何形式的编程语言编写计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或者代码)，并且可以用任何形式部署它(包括作为单独程序或者作为适合用于在计算环境中使用的模块、部件、子例程或者其它单元)。计算机程序未必对应于文件系统中的文件。程序可以被存储于保持其它程序或者数据的文件的部分中(例如，存储于标记语言文档中的一个或者多个脚本中)、专用于讨论的程序的单个文件中或者多个协同文件(例如，存储一个或者多个模块、子程序或者代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上或者在位于一个地点或者分布于多个地点并且由通信网络互连的多个计算机上执行。
在本文中描述的过程和逻辑流程可以由一个或者多个可编程处理器执行，该一个或者多个可编程处理器执行一个或者多个计算机程序以通过对输入数据操作并且生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路装置(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路))执行，并且装置也可以被实施为该专用逻辑电路。
适合于执行计算机程序的处理器例如包括通用和专用微处理器二者和任何种类的数字计算机的任何一个或者多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储器或者随机存取存储器或者二者接收指令和数据。计算机的基本单元可以包括用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或者多个存储器设备。一般而言，计算机也可以包括用于存储数据的一个或者多个海量存储设备(例如，磁盘、光磁盘或者光盘)或者操作地耦合以从该一个或者多个海量存储设备接收数据或者向该一个或者多个海量存储设备传送数据或者二者。然而，计算机无需具有这样的设备。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备(例如，包括半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或者可拆卸盘)；光磁盘；以及CDROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路装置补充或者并入于专用逻辑电路装置中。
尽管本文可以描述许多细节，但是这些不应被解释为对要求保护的本发明的或者可以要求保护的内容的范围的限制，而是实际上被解释为对具体实施例特有的特征的描述。也可以在单个实施例中组合实施在本公开内容中在单独实施例的背景中描述的某些特征。反言之，也可以在多个实施例中单独地或者在任何适当子组合中提供在单个实施例的背景中描述的各种特征。另外，虽然上文可以描述特征为在某些组合中作用并且甚至初始地这样要求保护，但是在一些情况下可以从要求保护的组合中去除来自该组合的一个或者多个特征，并且要求保护的组合可以涉及子组合或者子组合的变化。相似地，尽管在附图中按特定顺序描绘操作，但是这不应被理解为要求按所示特定顺序或者按依次顺序执行这样的操作或者执行所有所示操作以实现希望的结果。
仅少数示例和实现方式被公开。可以基于公开的内容做出对描述的示例和实现方式以及其它实现方式的变化、修改和增强。

Claims (30)

1.一种音频处理电路，包括：
包括多个能量检测器单元的分析器电路；以及
包括多个均衡滤波器的均衡器电路，所述均衡器电路与所述分析器电路耦合；
其中所述分析器电路被配置为接收音频信号作为输入，使用所述多个能量检测器单元来获得所述音频信号的多个子频带，测量每个子频带的能量，比较每个子频带的所述能量与阈值能量值，以及基于针对每个子频带的所述比较，确定用于均衡滤波器的参数，以便处理所述子频带；并且
其中所述均衡器电路被配置为与由所述分析器电路接收所述音频信号并行地接收所述音频信号作为输入，使用所述多个均衡滤波器来获得所述音频信号的所述多个子频带，从所述分析器电路接收用于所述多个均衡滤波器的所述参数，通过应用与每个子频带对应的所述参数来均衡所述子频带，以及生成包括经均衡的所述子频带的输出音频信号。
2.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中所述音频处理电路被配置为被包括在扬声器设备中，并且其中所述音频信号的所述多个子频带与所述扬声器设备的多个共振频率分量对应，所述共振频率分量基于扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移传递函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项。
3.根据权利要求2所述的音频处理电路，其中所述多个共振频率分量包括主共振频率和一个或者多个次共振频率。
4.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中所述能量检测器单元的数目和所述均衡滤波器的数目与所述音频信号的所述子频带的数目对应，并且
其中所述音频信号的所述子频带中的每个子频带与所述能量检测器单元中的独特能量检测器单元和所述均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联。
5.根据权利要求4所述的音频处理电路，其中与子频带关联的均衡滤波器的量值响应是在与所述子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。
6.根据权利要求4所述的音频处理电路，其中与子频带关联的均衡滤波器的传递函数具有与在与所述子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的一个或者多个分母系数相同的一个或者多个分母系数。
7.根据权利要求4所述的音频处理电路，其中与子频带关联的均衡滤波器包括以下各项之一：
在所述子频带与所述音频信号的最低子频带对应时的架形滤波器，
在所述子频带与所述音频信号的较高阶子频带对应时的陷波滤波器，或者
在所述子频带与所述音频信号的最低子频带对应时的陷波滤波器。
8.根据权利要求4所述的音频处理电路，其中与特定子频带关联的分析滤波器和均衡滤波器的量值响应在形状和程度上与在该子频带内的一个或者多个扩音器共振的复合体匹配。
9.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中所述能量检测器单元中的至少一个能量检测器单元包括：
分析滤波器，所述分析滤波器被配置为基于向所述分析滤波器提供的频率参数来获得所述音频信号的指定的子频带；
能量测量电路，所述能量测量电路被配置为测量与所述指定的子频带关联的能量；以及
参数映射电路，所述参数映射电路被配置为：
比较测量出的所述能量和与所述指定的子频带对应的阈值能量值；
基于所述比较，确定用于所述指定的子频带的信号能量衰减的水平；以及
向与所述指定的子频带关联的均衡滤波器提供与信号能量衰减的所述水平对应的参数。
10.根据权利要求9所述的音频处理电路，其中信号能量衰减的所述水平基于与所述指定的子频带关联的所述能量超过所述对应的阈值能量值的数量。
11.根据权利要求9所述的音频处理电路，其中所述频率参数包括与所述指定的子频带对应的中心频率或者带宽中的一项或者多项。
12.根据权利要求9所述的音频处理电路，其中所述频率参数或者所述阈值能量值中的一项或者多项由所述音频处理电路的用户可编程。
13.根据权利要求9所述的音频处理电路，其中所述参数映射电路包括：
平滑滤波器，所述平滑滤波器被配置为减少与所述指定的子频带关联的噪声；
上冲和释放滤波器，所述上冲和释放滤波器被配置为基于与所述阈值能量值的所述比较来确定用于所述指定的子频带的信号能量衰减的所述水平；以及
能量到权值映射电路，所述能量到权值映射电路被配置为确定与信号能量衰减的所述水平对应的所述参数。
14.根据权利要求13所述的音频处理电路，其中由所述能量到权值映射电路确定的所述参数包括以下各项中的一项或者多项：
与信号能量衰减的所述水平对应的加权参数，或者
用于与所述指定的子频带关联的所述均衡滤波器的量值响应的时变系数。
15.根据权利要求9所述的音频处理电路，其中所述分析滤波器包括带通滤波器。
16.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中所述多个均衡滤波器被串联布置，并且其中均衡滤波器包括：
线性滤波器，所述线性滤波器被配置为：
接收所述音频信号作为输入；
获得与向所述线性滤波器提供的频率参数对应的所述音频信号的指定的子频带；
从与所述指定的子频带关联的能量检测器单元接收与所述指定的子频带对应的时变参数；
基于所述时变参数来操控所述线性滤波器的量值响应；
基于对所述线性滤波器的所述量值响应的所述操控来衰减所述指定的子频带的能量；以及
输出所述指定的子频带的所述能量被衰减的所述音频信号。
17.根据权利要求16所述的音频处理电路，其中所述频率参数包括与所述指定的子频带对应的中心频率或者带宽中的一项或者多项。
18.根据权利要求16所述的音频处理电路，其中所述时变参数包括以下各项中的一项或者多项：
与用于所述指定的子频带的信号能量衰减的水平对应的加权参数，或者
用于所述线性滤波器的所述量值响应的系数，其中所述系数基于由与所述指定的子频带关联的所述能量检测器单元对所述指定的子频带的能量的测量被确定。
19.根据权利要求16所述的音频处理电路，其中所述线性滤波器包括陷波滤波器，并且
其中所述陷波滤波器的深度基于与所述指定的子频带对应的所述时变参数。
20.一种用于处理音频信号的方法，包括：
在音频处理电路处接收所述音频信号；
向在所述音频处理电路中包括的分析器电路和均衡器电路提供所述音频信号；
使用在所述分析器电路中包括的多个能量检测器单元来获得所述音频信号的多个子频带；
使用所述能量检测器单元来测量每个子频带的能量；
使用所述能量检测器单元来比较每个子频带的所述能量与阈值能量值；
基于用于每个子频带的所述比较，向所述均衡器电路发送与每个子频带对应的参数；
使用在所述均衡器电路中包括的多个均衡滤波器来获得所述音频信号的所述多个子频带；
在所述均衡器电路处从所述分析器电路接收与每个子频带对应的所述参数；
基于从所述分析器电路接收的所述参数来修改所述均衡滤波器的量值响应；
使用所述均衡滤波器的经修改的所述量值响应来均衡所述子频带；以及
生成包括经均衡的所述子频带的输出音频信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述能量检测器单元的数目和所述均衡滤波器的数目与所述音频信号的所述子频带的数目对应，并且
其中所述音频信号的所述子频带中的每个子频带与所述能量检测器单元中的独特能量检测器单元和所述均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联。
22.根据权利要求21所述的方法，其中与子频带关联的均衡滤波器的量值响应是在与所述子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。
23.根据权利要求21所述的方法，其中与子频带关联的均衡滤波器的传递函数具有与在与所述子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的一个或者多个分母系数相同的一个或者多个分母系数。
24.根据权利要求21所述的方法，其中比较每个子频带的所述能量与阈值能量值包括：
由与指定的子频带关联的能量检测器单元基于与所述指定的子频带关联的所述能量超过对应的阈值能量值的数量来确定用于所述指定的子频带的信号能量衰减的水平；
由所述能量检测器单元计算与信号能量衰减的所述水平对应的加权参数或者用于与所述指定的子频带关联的均衡滤波器的量值响应的时变系数中的一项或者多项；以及
由所述能量检测器单元向所述均衡滤波器发送所述加权参数或者时变系数中的一项或者多项。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
在所述均衡滤波器处从所述能量检测器单元接收所述加权参数或者所述时变系数中的一项或者多项；
由所述均衡滤波器基于所述时变系数来修改所述均衡滤波器的量值响应；以及
由所述均衡滤波器处理所述指定的子频带，其中所述处理包括基于所述均衡滤波器的经修改的所述量值响应来均衡所述指定的子频带。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述音频处理电路被配置为被包括在扬声器设备中，并且其中所述音频信号的所述多个子频带基于使用扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移转移函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项来确定所述扬声器设备的多个共振频率分量。
27.一种音频设备，包括：
扬声器驱动器；以及
音频处理电路，所述音频处理电路被配置为向所述扬声器驱动器提供经均衡的音频信号，所述音频处理电路包括：
包括多个能量检测器单元的分析器电路；以及
包括多个均衡滤波器的均衡器电路，所述均衡器电路与所述分析器电路耦合，
其中所述分析器电路被配置为接收音频信号作为输入，使用所述多个能量检测器单元来获得所述音频信号的多个子频带，测量每个子频带的能量，比较每个子频带的所述能量与阈值能量值，以及基于用于每个子频带的所述比较，确定用于均衡滤波器的参数，以便处理所述子频带，并且
其中所述均衡器电路被配置为与由所述分析器电路接收所述音频信号并行地接收所述音频信号作为输入，使用所述多个均衡滤波器来获得所述音频信号的所述多个子频带，从所述分析器电路接收用于所述多个均衡滤波器的所述参数，通过应用与每个子频带对应的所述参数来均衡所述子频带，以及向所述扬声器驱动器提供包括经均衡的所述子频带的经均衡的所述音频信号。
28.根据权利要求27所述的音频设备，其中所述音频设备包括便携式蓝牙扩音器。
29.根据权利要求27所述的音频设备，其中所述音频信号的所述多个子频带与所述音频设备的多个共振频率分量对应，所述共振频率分量基于所述扬声器驱动器和扬声器设备罩的位移传递函数或者远场声压水平(SPL)传递函数中的一项或者多项。
30.根据权利要求27所述的音频设备，其中所述能量检测器单元的数目和所述均衡器滤波器的数目与所述音频信号的所述子频带的数目对应，
其中所述音频信号的所述子频带中的每个子频带与所述能量检测器单元中的独特能量检测器单元和所述均衡滤波器中的独特均衡滤波器关联；并且
其中与子频带关联的均衡滤波器的量值响应是在与所述子频带关联的对应的能量检测器单元中包括的一个或者多个分析滤波器的量值响应的倒数。
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