CN112489605A - 将声音转换器适配于基准声音转换器的方法 - Google Patents

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Abstract

使声音转换器适配基准声音转换器的方法，声音转换器具有：具有第一频率响应的第一线性传递函数、具有第二频率响应的第二线性传递函数、连接在第一和第二线性传递函数之间的轻微非线性，声音转换器具有与第一线性传递函数、轻微非线性和第二线性传递函数的组合所产生的频率响应相应的非线性传递函数，基准声音转换器的第一频谱在低输入电平下确定，基准声音转换器的第二频谱在高输入电平下确定。通过使用具有指数频率曲线的扫频作为输入信号，测量声音转换器的相应输出信号，使用输入信号对输出信号进行反卷积来确定第二频谱，确定的第二频谱用作第二线性传递函数中的第二频率响应，第一频谱除以第二频谱用作第一线性传递函数中的第一频率响应。

Description

将声音转换器适配于基准声音转换器的方法
技术领域
本发明涉及一种声音转换器和用于将声音转换器适配于基准声音转换器的方法。
背景技术
乐器的声音生成通常分三个步骤进行。首先，例如通过在小提琴的弦上划动琴弓，在钢琴的弦上敲击琴槌或在萨克斯管的簧片上吹气来激励乐器。在第二步骤中，在一个或多个谐振器(resonator)中刻意放大或衰减受激频谱的各部分。一个或多个谐振器通常确定各个音调的基本频率。谐振器可具有恒定或可变的特性。上述乐器的谐振器的示例是：小提琴的弦，小提琴演奏者可以根据具有可变特性的谐振器来连续改变其有效长度；钢琴的弦，其长度为通常不变的，因此它们可被称为具有恒定特性的谐振器；以及萨克斯管的气柱，其长度可通过关闭/打开以预定间隔布置的萨克斯管的阀来改变，由此还提供了具有可变特性的谐振器。在第三步骤中，使用声音换能器(transducer)将借助于激励而被引入乐器中的振动能量、已在谐振器中被刻意放大/衰减的频率成分发射到周围的空气中。小提琴的共鸣箱(sound box)、钢琴的音板(sound board)或萨克斯管的漏斗状管充当换能器。
声音换能器的上述示例不仅常规地确保振动向周围空气的传播，而且还显著影响乐器的各个声音特征。尽管乐器本质上仅在共鸣箱的尺寸上有所不同，但是即使未受过训练的人通常也可将小提琴的声音与中提琴的声音区分开。因此，它也可称为声音转换器。
在例如电子小提琴或电吉他之类的电子乐器的情况下，拾音器、放大器和扬声器的链可被视为声音转换器。
特别是在电子乐器的情况下，声音转换器常规地被适配于基准声音转换器。为此，由EP 1 883 064 B1已知一种使声音转换器适配于基准声音转换器的方法，其中，声音转换器具有：具有第一频率响应的第一振动曲线(profile)、具有第二频率响应的第二振动曲线、以及连接在第一和第二振动曲线之间的轻微非线性(trivial nonlinearity)，并且声音转换器具有自己的固有曲线，该固有曲线对应于由第一振动曲线、轻微非线性和第二振动曲线的组合产生的频率响应。在已知方法中，在低输入电平(level)下确定基准声音转换器的第一基准曲线，在高输入电平下确定基准声音转换器的第二基准曲线。对声音转换器的第一和第二频率响应进行控制，以使在声音转换器的固有曲线不受非线性影响的低输入电平下，它对应于第一和第二频率响应的乘积。此外，对声音转换器的第一和第二频率响应进行控制，以使在声音转换器的固有曲线受非线性影响的高输入电平下，声音转换器的固有曲线与第二基准曲线之间的差异被最小化并且第一和第二频率响应的乘积仍然对应于第一基准曲线。
已经表明，要根据基准声音转换器来控制频率响应，必须经过不同数目的多个循环以最小化差异。因此，常规地无法预见需要多少时间来使声音转换器适配于基准声音转换器。
发明内容
因此，从已知的现有技术出发，本发明基于以下目的：指定用于将声音转换器适配于基准声音转换器的确定性方法以及可适配于基准声音转换器的确定性声音转换器。
根据本发明，该目的已通过主权利要求和附属权利要求的主题实现。在从属权利要求中规定了有利的设计。
提出了一种使声音转换器适配于基准声音转换器的方法，其中，声音转换器具有：具有第一频率响应的第一线性传递函数、具有第二频率响应的第二线性传递函数以及连接在第一传递函数和第二传递函数之间的轻微非线性，其中，声音转换器具有与频率响应相对应的非线性传递函数，该频率响应是由第一线性传递函数、轻微非线性和第二线性传递函数的组合产生的，其中，在低输入电平下确定基准声音转换器的第一频谱，其中，在高输入电平下确定基准声音转换器的第二频谱。该方法的特征在于，通过使用具有指数频率曲线的扫频(sweep)作为输入信号，测量声音转换器的相应输出信号，使用输入信号对输出信号进行反卷积来确定第二频谱，其中，所确定的第二频谱被用作第二线性传递函数中的第二频率响应，其中第一频谱除以第二频谱被用作第一线性传递函数中的第一频率响应。
轻微非线性的特征在于，它在低振幅下具有准线性行为。另外，由于轻微非线性，可存在绝对的上下振幅限制。此外，轻微非线性的特征曲线可以是单调的。轻微非线性的特征曲线可没有滞后现象。此外，轻微非线性能够被区分开来，因为它没有记忆。这可理解为，轻微非线性总是为相同的输入变量提供相同的输出变量，而不管先前的信号曲线如何。在提出的声音转换器中，可自由选择轻微非线性的两个基本参数，准线性范围内的放大率和绝对振幅限制的电平。
扫频被理解为具有恒定振幅的振动，其中振动的频率指数地增大。
在低输入电平下的测量具体可理解为意指在基准声音转换器的传递函数的线性范围内的测量。
在高输入电平下的测量具体可理解为意指基准声音转换器在最大失真范围内操作的测量。
Angelo Farina在2000年2月的Audio Engineering Society Convention(音频工程协会会议)108的文章“Simultaneous Measurement of Impulse Response andDistortion With a Swept-Sine Technique(通过正弦扫频技术的脉冲响应和失真的同时测量)”(参见http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm？elib＝10211)中描述了一个确定频谱的示例：使用具有指数频率曲线的正弦扫频作为输入信号，测量相应的输出信号，采用输入信号对输出信号进行反卷积。
使用上述用于确定第二频谱的方法可使基准声音转换器的非线性的影响从频谱中消除。
在该方法的第一设计中，正弦扫频被用作具有指数频率曲线的扫频。使用已知的信号发生器可特别容易地产生正弦扫频。
所使用的扫频具体可具有大于20Hz的初始频率和/或小于20kHz的截止频率。
原则上，也可通过使用具有指数频率曲线的扫频作为输入信号，测量声音转换器的相应输出信号，并使用输入信号对输出信号进行反卷积来确定第一频谱。具有相同频率曲线的测试信号因此可被用于确定第一频谱和第二频谱，其中测试信号仅在振幅上不同。这可进一步简化用于适配声音转换器的设备的开销。
在进一步的设计中，第二线性传递函数包括第二相位响应，其中，第二相位响应根据使用高输入电平反卷积的输出信号确定。
此外，第一线性传递函数可包括第一相位响应，其中，根据使用低输入电平反卷积的输出信号来确定第一相位响应。
通过确定相位响应，声音转换器可更好地适配于基准声音转换器。例如，基准声音转换器可包括吉他放大器、扬声器和吉他放大器所位于的房间的组合。包含房间混响的基准声音转换器的传递函数既由其频率响应也由其相位响应限定。还可通过使声音转换器适配于基准声音转换器的频率响应和相位响应来调整房间混响。
然而，原则上也可省去检测相位响应，从而在适配声音转换器时可减少计算量。例如，在相位响应仅显示低频相关性的最小相位基准声音转换器的情况下，这样的过程可能是有用的。
此外，提出了一种声音转换器，其中，声音转换器具有：具有第一频率响应的第一线性传递函数，具有第二频率响应的第二线性传递函数以及连接在第一线性传递函数和第二线性传递函数之间的轻微非线性，并且其中，声音转换器可根据上述方法之一适配于基准声音转换器。
声音转换器可至少部分地形成为数字电路。具体地，声音转换器可具有存储器，以便存储所确定的频谱和相关的输入信号。声音转换器还可包括被配置来执行所提出的计算的处理器。
声音转换器还可以是数字吉他放大器的一部分。
在另一个示例性实施例中，声音转换器可包括信号发生器，其用于产生具有指数信号曲线的扫频。这可使得不需要提供单独的信号发生器，从而对于可适配的声音转换器的用户而言，进一步减少了设备的支出。
附图说明
在下文中将基于示例性实施例更详细地解释本发明。在示意图中：
图1示出了使用声音转换器来回放音乐的示意图；
图2示出了声音转换器的示意图；
图3示出了使用基准声音转换器来回放音乐的示意图；
图4示出了用于使声音转换器适配于基准声音转换器的示意性流程图。
附图标记
100 声音转换器
101 声音转换器的输入
102 声音转换器的输出
111 第一线性传递函数
112 第二线性传递函数
130 轻微非线性
141 电吉他
142 扬声器
150 听众
200 基准声音转换器
201 基准声音转换器的输入
202 基准声音转换器的输出
221 具有集成监控扬声器的吉他放大器
222 麦克风
具体实施方式
图1和图2所示的声音转换器100具有用于输入信号的输入101和用于输出信号的输出102。此外，声音转换器100具有：具有第一频率响应的第一线性传递函数111和具有第二频率响应的第二线性传递函数112。在第一线性传递函数111和第二线性传递函数112之间连接有轻微非线性130。例如，来自电吉他141的拾音器的信号可被用作声音转换器100的输入信号。然后，可选地，在进一步放大之后，可经由扬声器142将声音转换器100的输出信号输出作为声音信号，使得听众150可感知吉他音乐。因此，可借助于声音转换器100来影响经由扬声器142再现的声音。
基准声音转换器200的示例在图3中示出。在所示的示例性实施例中，来自电吉他141的拾音器的信号使用经典吉他放大器221放大，并经由集成在吉他放大器221中的监控扬声器输出为声音。然后，声音借助于麦克风222记录，并且，如果需要，在进一步放大之后，经由扬声器142输出，使得听众150可听到吉他音乐。所使用的吉他放大器211、其监控扬声器和麦克风显著影响听众150感知到的声音。
在本案中，声音转换器100在其声音方面要适配于给定基准声音转换器210的声音。
为此，如图4所示，在低输入电平，即，在输入信号的低振幅下，确定基准声音转换器的第一频谱(步骤410)。然后在高输入电平下确定基准声音转换器的第二频谱(步骤420)。为此，把扫频，具体是具有指数频率曲线的正弦扫频，用作输入信号，并且测量相应的输出信号(步骤421)。通过使用输入信号对输出信号进行反卷积(步骤422)，可确定基准声音转换器的第二频谱。这可通过从由反卷积得到的时间信号中切出线性脉冲响应来完成(步骤423)。然后将确定的第二频谱用作第二线性传递函数中的第二频率响应(步骤430)。然后，通过将第一频谱除以第二频谱，获得在第一线性传递函数中使用的第一频率响应(步骤440)。
因此，提出了一种具体、易于实现的方法，使用该方法，声音转换器可适配于基准声音转换器。

Claims (13)

1.一种用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，其中，所述声音转换器(100)具有：
具有第一频率响应的第一线性传递函数(111)，
具有第二频率响应的第二线性传递函数(112)，以及
连接在所述第一线性传递函数(111)和所述第二线性传递函数(112)之间的轻微非线性(130)，
其中，所述声音转换器(100)具有与频率响应相对应的非线性传递函数，所述频率响应是由所述第一线性传递函数(111)、所述轻微非线性(130)和所述第二线性传递函数(112)的组合产生的，
其中，在低输入电平下确定所述基准声音转换器(200)的第一频谱，
其中，在高输入电平下确定所述基准声音转换器(200)的第二频谱，
其特征在于，
所述第二频谱通过以下确定：
使用具有指数频率曲线的扫频作为输入信号，
测量所述声音转换器的相应输出信号，
使用所述输入信号对所述输出信号进行反卷积，
其中，将确定的所述第二频谱用作所述第二线性传递函数(112)中的所述第二频率响应，
其中，将所述第一频谱除以所述第二频谱用作所述第一线性传递函数(111)中的所述第一频率响应。
2.根据权利要求1所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，正弦扫频被用作具有指数频率曲线的扫频。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，使用具有大于20Hz的初始频率的扫频。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，使用具有小于20kHz的截止频率的扫频。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，所述第一频谱通过以下确定：
使用具有指数频率曲线的扫频作为输入信号，
测量所述声音转换器的相应输出信号，以及
使用所述输入信号对所述输出信号进行反卷积。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，所述第二线性传递函数(111)包括第二相位响应，
其中，所述第二相位响应(100)由使用具有高电平的所述输入信号来反卷积的所述输出信号确定。
7.根据权利要求5所述的用于将声音转换器(100)适配于基准声音转换器(200)的方法，
其中，所述第一线性传递函数(111)包括第一相位响应，
其中，所述第一相位响应(100)由使用具有低电平的所述输入信号来反卷积的所述输出信号确定。
8.一种声音转换器(100)，其中，所述声音转换器(100)具有：
具有第一频率响应的第一线性传递函数(111)，
具有第二频率响应的第二线性传递函数(112)，以及
连接在所述第一线性传递函数和所述第二线性传递函数之间的轻微非线性(130)，
其中，所述声音转换器(100)可根据上述方法中的任何一种来适配于基准声音转换器(200)。
9.根据权利要求8所述的声音转换器(100)，
其特征在于，所述第二线性传递函数(100)包括第二相位响应。
10.根据权利要求8或9所述的声音转换器(100)，
其特征在于，所述第一线性传递函数(100)包括第一相位响应。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的声音转换器(100)，
其特征在于，所述声音转换器(100)至少部分地设计为数字电路。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的声音转换器(100)，
其特征在于，所述声音转换器(100)被设计为数字吉他放大器的一部分。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的声音转换器(100)，
其特征在于，所述声音转换器(100)包括用于产生具有指数信号曲线的扫频的信号发生器。
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