CN1076072A

CN1076072A - 收听空间特性校正装置

Info

Publication number: CN1076072A
Application number: CN93101452A
Authority: CN
Inventors: 李喜秀
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1993-09-08
Anticipated expiration: 2013-02-11
Also published as: JPH0686380A; KR930019062A; CN1031444C; KR970005607B1

Abstract

本发明涉及校正由于收听空间的形状及大小引起的频率畸变的装置，特别是预先测定收听空间的各种形状引起的信号畸变特性、建立数据库，从而使使用者可以对各种空间校正畸变的收听空间特性校正装置。还有对收听空间的形状及大小引起的收听空间的信号畸变特性建立数据库，通过使用者的选择可以校正信号的畸变，从而可以排除设置话筒和连接导线的麻烦，省掉话筒等不必要的装置，简化音频设备的设置及构成，降低了成本。

Description

本发明涉及用于校正由收听空间的形状和大小引起的频率畸变的装置，特别是预先测定收听空间的各种形状引起的信号畸变特性、建立数据库，用户对各种空间可以进行校正的收听空间特性校正装置。

通常，在音频设备中，用于记录及重放声音而使用的CD（盒式磁盘）或DAT（数字音频磁带）重放输出的音频声音，因信号很弱而通过功率放大器放大到收听者能够收听的程度。

放大了的声音，通过扬声器输出实际可听的声音，这时，扬声器输出的声音由于收听者所在的收听空间的音响特性而失真，同实际的声音有差别。

引起重放的声音失真的主要原因在于收听空间的形状和壁面的声音反射率。

因此，收听者实际听到的声音并不是由CD或DAT等输出的原声音，而是由于收听空间的特性产生了失真的声音。

为了解决上述问题，以往是向收听空间输出试验信号，在根据返回的信号掌握收听空间的特性后，再根据收听空间的特性，通过校正畸变的频率特性来对重放输出的信号校正声音的失真。

图1是先有的这种校正频率特性的收听空间特性校正装置的框图。

根据图1，先有的收听空间特性校正装置由信号源10、试验信号生成器20、混频器30、均衡器40、功率放大器50、扬声器60、频率特性检测器80、A/D变换器90和控制器100构成，信号源10用来重放记录在CD或DAT上的声音;试验信号生成器20产生用于校正收听空间等特性引起的声音失真的试验信号;混频器30用来把上述试验信号生成器20产生的试验信号载于传送上述信号源10输出的声音的音频设备的传送线路;均衡器40用于补偿由上述混频器30输出的信号的频率特性;由于均衡器40输出的声音比较弱，功率放大器50用于把重放的声音放大到收听者能够收听的程度;扬声器60用来把上述功率放大器50放大的声音放大成可听的声音;频率特性检测器80从输入到用于再次接收扬声器60输出的试验信号的话筒70的试验信号中提取收听空间的频率特性;A/D变换器90用来把上述检测的频率特性信号变换为数字信号;控制器100用来把A/D变换器90输出的信号与试验信号进行比较，生成收听空间的校正信号后，输出给均衡器40，校正收听空间引起声音的频率失真。

在上述构成的收听空间特性校正装置中，音频设备一动作就由控制器100指示试验信号生成器20输出试验信号。上述试验信号生成器20根据控制器100的指令输出试验信号。

这时，所使用的试验信号通常为白噪声或粉红噪声，特殊情况时，使用脉冲信号。

由上述试验信号生成器20输出的试验信号经混频器30后，通过均衡器40、功率放大器50和扬声器60输出。通过上述扬声器60输出的试验信号，由收听空间的形状及壁面的声音反射率而发生畸变。

如上所述，在收听空间发生了畸变的试验信号，通过设置在收听空间特定位置（使用者的收听位置）的话筒70，输入到频率特性检测器80中。频率特性检测器80根据输入的试验信号提取收听空间的频率特性。

这时，对于试验信号生成器20输出的试验信号为白噪声或粉红噪声的情况，上述频率特性检测器80检查减少了的频率部分。如果使用的是脉冲信号，则通过对输入的信号进行FFT分析后，提取收听空间的频率特性。从频率特性检测器80提取的频率特性信号为模拟信号，所以，由A/D变换器90把它变换为数字信号。

将由A/D变换器90变换成数字信号的频率特性信号输入到控制器100。控制器100把输入的频率特性信号和试验信号生成器20输出的原试验信号进行比较后，提取收听空间的传输特性。上述控制器100根据提取的收听空间的传输特性，计算校正特性。把计算出的校正特性输出到均衡器40。均衡器40在仅用从控制器100输入的校正特性校正由信号源10重放、输入的音频声音后，将其输出到功率放大器50。

按上述方式校正频率特性的技术，美国专利第4688258号“AU-TOMATIC GRAPHIC BOUALIZER”已作了详细说明。根据上述专利，生成粉红噪声后，测量周围环境的频率特性，校正检测的频率特性、自动地控制图示均衡器的频率特性。

但是，上述技术为了接收由于收听空间的特性及壁面的反射率引起畸变的信号，必须在收听者所在的位置设置话筒，所以，十分麻烦，并且在话筒和音频设备之间需要用别的导线连接。

另外，由于音频设备内应装设有频率特性检测器、A/D变换器和用于计算校正特性的装置，所以，价格昂贵。

因此，本发明的目的旨在提供一种经济的收听空间特性校正装置，该装置把对应于收听空间的形状及大小的收听空间的信号畸变特性建立数据库，可以根据使用者的选择，校正信号的畸变，能够排除设置话筒和增加连接导线带来的麻烦，进而可以去掉话筒等不必要的装备，简化音频设备的设置和结构。

为了达到上述目的，本发明的收听空间特性校正装置由开关转换器、数据库、控制器和频率特性校正器构成，开关转换器用于输入收听空间的特性数据;数据库用来存储基于收听空间的特性校正频率特性的数据和校正频率特性的程序;控制器根据上述开关转换器的输入，利用上述数据库判读并输出相应的收听空间的特性数据及程序;频率特性校正器按照上述控制器的程序，利用控制器的特性数据校正音频设备输出的信号，并向功率放大器输出。

下面接合附图详细说明本发明。其中

图1是先有的收听空间特性校正装置的框图，

图2～图5是本发明收听空间特性校正装置的实施例的说明图，图2是本发明的装置的框图，图3是本发明一个实施例的框图，图4是空间形状及扬声器的位置的示例图。图5a、图5b是图2或图3的校正装置的电路图。

本发明的装置预先测定收听空间的形状及大小等决定的校正特性，并存储到存储器中，由使用者直接选择适合于设备所在空间的形状及大小的校正特性，以此来校正重放声音的收听空间引起的失真。

按照图2，本实施例的收听空间特性校正装置由信号源10、开关转换器110、数据库120、控制器130、显示器140、频率特性校正器150、功率放大器50和扬声器60构成。信号源10用来重放记录在如CD或DAT等音频设备的记录媒体上的声音;开关转换器110由使用者用以输入收听空间的特性数据;数据库120用来存储收听空间的特性决定的频率特性数据和补偿频率特性的程序;控制器130根据开关转换器110的输入，利用数据库120判读并输出符合于收听空间的特性数据及程序;显示器140根据控制器130的控制，对由开关转换器110输入的收听空间的形状及大小进行显示;频率特性校正器150接受到控制器130的控制信号后，对信号源10输出的重放信号补偿收听空间产生的频率失真;功率放大器50将频率特性经过校正的重放信号放大到可以收听的程度;扬声器60将由功率放大器50放大过的声音放大成为可听声音。

这里，在预先测定由于收听空间的形状和大小而畸变的频率特性后，把为校正畸变的程序和为校正频率的系数预先存储到数据库120中。

因此，使用者在操作开关转换器110，输入关于收听空间的形状的数据时，控制器130根据输入的数据在显示器140上显示收听空间的形状和大小。

另外，控制器130从数据库120接受用于校正与该输入数据相当的由收听空间的特性所决定的频率特性的程序和系数并将其输出。

频率特性校正器150通过控制器130接收校正用的程序和用于校正频率特性的系数数据，对信号源10输出的重放信号在收听空间应产生的频率失真进行校正后输出。

功率放大器50将由上述频率特性校正器150校正过频率失真的重放信号放大后输出。扬声器60将功率放大器50放大过的重放信号放大为可听声音后输出。

按照图3，开关转换器110由第1开关112、第2开关114和第3开关116构成，校正频率特性的模式变更时或使用者选择频率特性校正结束时，使用第1开关112;选择收听空间的形状时使用第2开关114;设定收听空间的大小时使用第3开关116。

数据库120由存储着程序和频率特性校正信号（系数）的ROM122构成，该程序的频率特性校正信号用于校正由利用开关转换器110选择的收听空间的条件决定的频率特性。

显示器140由LCD激励器142和LCD144构成，LCD激励器142根据控制器130输入的与收听空间的形状和空间的大小对应的数据输出LCD激励信号;LCD144根据LCD激励器142输出的激励信号显示收听空间的形状和空间的大小。

频率特性校正器150由A/D变换器152、数字信号处理器154和D/A变换器156构成，A/D变换器152用来把由信号源10重放的模拟信号的音频信号变换为数字信号;数字信号处理器154接收到控制器130输入的程序和用于频率特性校正的系数数据后，对信号进行处理;D/A变换器156用来把用上述数字信号处理器154处理过的数字信号再次变换为模拟信号。

因此，使用者一按下第1开关112，控制器130就检测到并确认用于校正收听空间决定的频率特性的模式。

然后，通过操作第2开关114确认输入的收听空间的形状，和通过操作第3开关确认输入的收听空间的大小。

在由上述第3开关116的操作对收听空间的大小的输入结束时，再次操作第1开关112，由控制器130确认对收听空间的特性的输入已告结束。

这样，利用开关转换器110输入收听空间的信息时，控制器130向显示器140的LCD激励器142输出关于收听空间的形状及大小的数据。LCD激励器142根据上述控制器130的输入数据，输出LCD激励信号。

LCD144在根据LCD激励器142输出的激励信号显示收听空间的形状的同时，用横纵比X∶Y表示收听空间的大小。

这时，若上述比值按照收听空间的形状固定为1∶2、2∶1、1∶1，然后，由第3开关116只输入横轴数据，就能自动地设定纵向的大小，那是很方便的。

即，利用第2开关114选择具有横纵比为1∶2的形状的收听空间，利用第3开关116的操作将横向设定为5m，就能根据收听空间横纵比自动地把收听空间的纵向设定为10m，这样就能够方便地利用。

另一方面，一旦由于上述使用者对开关转换器110的操作输入了收听空间的形状和大小，控制器130就从数据库120中读出用于校正符合频率特性畸变的程序和系数，然后输出给频率特性校正器150。

这时，根据上述收听空间的形状和大小，预先把用于校正畸变的频率特性的程序和用于校正频率的系数存储在数据库120内。

因此，当频率特性校正器150输入信号源10的重放信号时，利用校正频率信号预先校正并输出收听空间发生畸变的频率特性。其中，A/D变换器152把从上述信号源10输入的重放信号变换为数字信号。这是因为使用作为校正频率特性的DSP的数字滤波器的缘故。

这样，变换为数字信号的重放信号，利用由例如数字滤波器等频率特性校正元件构成的上述DSP154中，根据由控制器130输入的校正频率信号（系数）校正频率特性，由DSP154校正过频率特性的重放信号，利用D/A变换器156再次变换为模拟信号。

功率放大器50把经过频率特性校正器150校正过频率特性的重放信号放大后输出。扬声器60把功率放大器50放大的重放信号变为收听者能听到的声音。

另一方面，按照图4，收听空间200的横纵比为X∶Y。这时，通常，收听空间最好定为欣赏音乐时最理想的形状的横纵比，规定为现在居室常见形状的横纵比，效果也很好。

但是，本发明为了简便起见，作为例子举出了示于图4（a）、（b）、（c）中其横纵比（X∶Y）分别1∶2、2∶1和1∶1的收听空间200的形状。

因此，为了根据上述收听空间的形状和大小校正频率特性，应该预先把用于校正频率特性畸变的校正频率信号存储到数据库120内。

为此，在上述形状的收听空间中，扬声器202、204的位置预先设定在正面左右两侧，然后设定收听者206的位置。

一旦设定了收听者的位置，就在该位置设置话筒，预先检测收听空间的频率特性。

也就是说，根据设定的各种收听空间的形状和大小，检测引起不同畸变的频率特性。按上述方式检测的频率特性连同收听空间的资料一起预先存储到图2或图3所示的数据库120内。这里，上述资料包括为了在显示器140显示出收听空间形状的数据和控制器130的动作的程序。

根据图5，在本发明中，为了校正频率，使用了数字滤波器。通常，离散系统分为递归系统和非递归系统。

由于非递归系统的脉冲响应为有限长序列，所以，将非递归系统称为FIR系统。于是，数字滤波器也有递归型和非递归型两种，前者称为IIR滤波器，后者称为FIR滤波器。

由于满足相同的滤波效果所需要的滤波器的级数N很少，图5所示的IIR滤波器具有减少存储器及系数计算器等硬件的负担的优点，从而可把信号的频率范围分为多个频带，分别调整各个频带产生的信号的放大和缩小。

图5所示的FIR滤波器由于不需要反馈环而具有安全可靠的长处，能够满足线性位相特性的频谱，可以广泛应用于波形传送，有能够同时调整整个频率范围的功能。

在上述图5a和图5b中，Z^-1为延迟元件，

为倍增器，

为加法器。

在本发明中，为了进行数字处理电路中的信号处理，以IIR滤波器和FIR波滤器为例进行了说明，但是，也可以用其它任何滤波器进行处理。

在图6中，（a）所示的波形是在使用者设定的特定收听空间预先测量的畸变频率特性的一个例子。

因此，使用者为了校正上述畸变的频率特性，预先把控制频率特性校正器150的DSP154的程序和系数以及为在显示器140中显示上述收听空间形状的数据存储到数据库120内。

在图6中，（b）所示的波形是用于校正在图6a所示的特定收听空间中畸变了的频率特性的一个频率特性图例。因此，使用者操作开关转换器110选择具有图6a所示的畸变频率特性的收听空间时，控制器130就把预先存储在数据库120内的程序和系统读出，并输给频率特性校正器150。

于是，频率特性校正器150便产生具有图6b所示的频率特性的信号，根据图6a所示的收听空间的特性，输出具有畸变频率特性的再生音，

如上所述，本发明的校正装置，把对应于收听空间的形状及大小等的收听空间的信号畸变特性建立数据库，通过使用者的选择，可以校正信号的畸变，从而可以排除设置话筒的麻烦及连接导线，进而减去微音机等不必要的装置，使音频设备的设置和构成简化，成本低。

虽然以上所述仅提及到收听空间的形状和大小，但对于构成空间壁面的材料的反射率也能够通过建立数据库达到本发明的目的。另外，显然关于收听空间的形状，通常可以提供各种各样的形状。

在以上所述中，对很具体的实施例作了说明，但显然，在不脱离本发明的范围内，本发明完全可以实施于各种变形的情况。

Claims

1、一种收听空间特性的校正装置，其特征在于包括：开关转换器、数据库、控制器和频率特性校正器；所述开关转换器用来输入收听空间的特性数据；所述数据库用来存储校正由收听空间特性所决定的频率特性的数据和校正频率特性的程序；所述控制器根据上述开关转换器的输入，利用上述数据库判读并输出适合于收听空间的特性数据和程序；所述频率特性校正器根据上述控制器输出的程序，利用控制器输出的特性数据校正音频设备输出的信号，并输出给功率放大器。

2、按权利要求1所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：所述开关转换器由第1开关、第2开关和第3开关构成，当校正频率特性的模式变更时或使用者选择频率特性校正结束时，使用第1开关;第2开关用来选择收听空间的形状;第3开关用来设定收听空间的大小。

3、按权利要求1所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：所述装置包括用于显示由开关转换器输入的收听空间的特性数据的显示器。

4、按权利要求1及3所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：为了校正由收听空间的形状和大小所决定的频率特性，数据库存储了预先测量的校正频率（系数）和用于校正频率特性的频率特性校正器的控制程序。

5、按权利要求1所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：所述频率特性校正器由A/D变换器、数字信号处理器和D/A变换器构成，所述A/D变换器用来把信号源重放的模拟信号的音频信号变换为数字信号;所述数字信号处理器接收到控制器输入的程序和用于校正频率特性的系数数据后，对信号进行处理;所述D/A变换器用来把由上述数字信号处理器处理过的数字信号再变换为模拟信号。

6、按权利要求5所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：所述数字信号处理器由IIR滤波器构成。

7、按权利要求5所述的收听空间特性的校正装置，其特征在于：所述数字信号处理器由FIR滤波器构成。