CN114026881A - 基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低 - Google Patents

基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低 Download PDF

Info

Publication number
CN114026881A
CN114026881A CN202080047189.3A CN202080047189A CN114026881A CN 114026881 A CN114026881 A CN 114026881A CN 202080047189 A CN202080047189 A CN 202080047189A CN 114026881 A CN114026881 A CN 114026881A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency band
energy
audio signal
frequency
attenuation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080047189.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114026881B (zh
Inventor
梅尔·沙舒亚
伊泰·尼奥兰
马坦·本-阿瑟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waves Audio Ltd
Original Assignee
Waves Audio Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waves Audio Ltd filed Critical Waves Audio Ltd
Publication of CN114026881A publication Critical patent/CN114026881A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114026881B publication Critical patent/CN114026881B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/005—Tone control or bandwidth control in amplifiers of digital signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/16—Automatic control
    • H03G5/165—Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/005—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control of digital or coded signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/02—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers
    • H03G9/12—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices
    • H03G9/18—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices for tone control and volume expansion or compression
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2400/00—Loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/01—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in sound systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

本公开内容提供一种基于处理器的方法，其用于减少由扬声器响应于第一音频信号而产生的声音中的扬声器引起的谐波失真。所述方法包括：通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量；以及ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。

Description

基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低
技术领域
目前所公开的主题涉及音频处理，尤其涉及扬声器上的音频回放。
背景技术
扬声器有时会表现出大量的非线行为。在小型扬声器中，当音频通过所述扬声器被导出时，这种现象通常可以被认为是“嗡嗡声”的现象。
在传统技术中已经认识到扬声器中非线性行为的问题，并且已经开发了各种技术以提供解决方案。
发明内容
根据目前所公开的主题的一个方面，提供一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的系统，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述系统包括一处理电路，所述处理电路被配置为：
通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的能量的数据导数；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
除了以上特征以外，根据目前所公开的主题的此方面的所述系统可以以技术上可能的任何所需的组合或置换来包括下面列出的一个或多个特征(i)到(vii)：
(i)所述处理电路还被配置为：
b)为一个或多个额外的基频重复步骤a)。
(ii)所述处理电路还被配置为输出所述调整的音频信号到一扬声器。
(iii)所述第二频带包括所述基频的三次谐波频率(third harmonicfrequency)。
(iv)所述衰减包括：
从所述第一音频信号中提取包括所述基频的一频带，从而产生一基频频带；
从所述第一音频信号中提取包括至少一个与所述基频谐调的频率的一频带，从而产生至少一个谐波频带；
测量所述基频频带和所述谐波频带的能量；
计算一衰减增益，所述衰减增益量是所述谐波频带的能量和所述基频频带的能量之间的一比率的导数；以及
通过所述衰减增益衰减所述基频。
(v)所述衰减增益的所述动态调整是根据i)所述第一音频信号中所述第二频带的能量与ii)所述第一音频信号中所述基频的扬声器引起的谐波失真的一估计能量之间的一比率，
其中扬声器引起的谐波失真的所述估计能量是所述第一音频信号中所述第一频带的能量的导数。
(vi)所述衰减增益的所述动态调整是根据所述比率的一幂律(power law)。
(vii)当所述第二频带的能量与所述第一频带的能量之间的比率大于一相对能量阈值时，所述动态调整将所述衰减增益设置为1(unity)。
根据目前所公开的主题的另一个方面，提供一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的计算机实现方法，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述方法包括：
a)通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量的数据导数；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
所公开主题的此方面可以经必要修改后，以技术上可能的任何所需的组合或置换来任选地包括以上关于所述系统列出的特征(i)至(x)中的一个或多个。
根据目前所公开的主题的另一个方面，提供一种由一计算机可读的非暂时性程序存储设备，有形地体现由所述计算机可执行的计算机可读指令，以执行用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的一方法，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述方法包括：
a)通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量的数据导数；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
所公开主题的此方面可以经必要修改后，以技术上可能的任何所需的组合或置换来任选地包括以上关于所述系统列出的特征(i)至(vii)中的一个或多个。
根据目前所公开的主题的一个方面，提供一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的系统，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述系统包括一处理电路，所述处理电路被配置为：
通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下条件动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍；
从而产生一调整的音频信号，其中所述第一频带的能量响应于扬声器引起的谐波失真的心理声学掩蔽所产生的音频内容而被减少。
除了以上特征以外，根据目前所公开的主题的此方面的所述系统可以以技术上可能的任何所需的组合或置换来包括下面列出的一个或多个特征(i)到(x)：
(i)所述处理电路还被配置为：
b)为一个或多个额外的基频重复步骤a)。
(ii)所述处理电路还被配置为输出所述调整的音频信号到一扬声器。
(iii)所述第二频带包括所述基频的三次谐波频率。
(iv)所述衰减将所述衰减增益设置为不小于所述第一频带的能量与一基频能量上限阈值之间的差值的一数值，
其中所述基频能量上限阈值是小于所述第二频带的能量。
(v)其中所述衰减包括：
从所述第一音频信号中提取包括所述基频的一频带，从而产生一基频频带；
从所述第一音频信号中提取包括至少一个与所述基频谐调的频率的一频带，从而产生至少一个谐波频带；
测量所述基频频带和所述谐波频带的能量；
计算一衰减增益，所述衰减增益量是所述谐波频带的能量和所述基频频带的能量的导数；以及
通过所述衰减增益衰减所述基频。
(vi)所述衰减增益的所述动态调整至少根据i)所述第一音频信号中所述第二频带的能量与ii)所述第一音频信号中所述第一频带的能量之间的一比率。
(vii)所述衰减增益的所述动态调整是根据i)所述第一音频信号中所述第二频带的能量与ii)所述第一音频信号中所述基频的扬声器引起的谐波失真的一估计能量之间的一比率，
其中扬声器引起的谐波失真的所述估计能量是所述第一音频信号中所述第一频带的能量的导数。
(viii)所述基频能量上限阈值等于所述第二频带的能量乘以一基频能量上限阈值比率，其中所述基频能量上限阈值比率是介于0和1之间。
(ix)所述衰减增益的所述动态调整是根据所述比率的一幂律。
(x)当所述第二频带的能量与所述第一频带的能量之间的比率大于一相对能量阈值时，所述动态调整将所述衰减增益设置为1(unity)。
根据目前所公开的主题的另一个方面，提供一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的计算机实现方法，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述方法包括：
a)通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下条件动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍；
从而产生一调整的音频信号，其中所述第一频带的能量响应于可预测扬声器引起的谐波失真的心理声学掩蔽的音频内容而被减少。
所公开主题的此方面可以经必要修改后，以技术上可能的任何所需的组合或置换来任选地包括以上关于所述系统列出的特征(i)至(x)中的一个或多个。
根据目前所公开的主题的另一个方面，提供一种由一计算机可读的非暂时性程序存储设备，有形地体现由所述计算机可执行的计算机可读指令，以执行用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的一方法，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，所述方法包括：
a)通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下条件动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍；
从而产生一调整的音频信号，其中所述第一频带的能量响应于可预测扬声器引起的谐波失真的心理声学掩蔽的音频内容而被减少。
所公开主题的此方面可以经必要修改后，以技术上可能的任何所需的组合或置换来任选地包括以上关于所述系统列出的特征(i)至(x)中的一个或多个。
目前所公开的主题的某些实施例的优点包括减少扬声器的非线性行为和改善听众体验。
附图说明
为了理解本发明以及查看其如何可以在实践中被执行，将参照附图、通过非限制性示例的方式来对实施例进行描述，其中：
图1示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的采用预处理以减少谐波非线性行为的一示例性音频播放系统的一框图；
图2示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的失真减少预处理器的一示例性实现的一框图；
图3示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述示例性基于处理器的方法是用于调整一输入音频信号，以减少一基频的扬声器引起的谐波失真；
图4示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述示例性基于处理器的方法是用于减少一音频信号的扬声器引起的谐波失真；以及
图5示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的的另一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述另一示例性基于处理器的方法是用于调整一输入音频信号，以减少一基频的扬声器引起的谐波失真。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践目前所公开的主题。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程、部件和电路，以便不使目前所公开的主题模糊。
除非特别声明，如从以下讨论中明显看出的，应当理解的是，在整个说明书中使用诸如“处理”、“计算(computing)”、“比较”、“测量”、“调整”、“确定”、“计算(calculating)”、“接收”、“缓解”、“减少”、“过滤”、“提取”、“衰减”等之类的术语的讨论，指对数据操作及/或将数据转换为其它数据的计算机动作和/或处理，所述数据被表示为物理量，诸如电学的、数量的，及/或所述数据代表物理对象。应该将术语“计算机”广泛地解释为涵盖具有数据处理能力的任何类型的基于硬件的电子设备，包括作为非限制性示例的在本申请中公开的处理器及其中的缓解单元与检查单元。
本文使用的术语“非暂态的存储器”和“非暂态的存储介质”应被广泛地解释为涵盖适用于本公开主题的任何易失性或非易失性计算机存储器。
根据本文的教示的操作可以由专门为预期目的而构造的计算机或由专门配置用于预期目的通用计算机执行，所述计算机程序存储在非暂时的计算机可读存储介质。
目前所公开的主题的实施例未参考任何特定的编程语言来描述。将认识到，各种编程语言可用于实现如本文所述的目前所公开的主题的教导。
考虑到这一点，现在将注意力转向图1，图1示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的采用预处理以减少谐波非线性行为的一示例性音频播放系统。
一些扬声器设计表现出大量的非线性行为。这种非线性行为可以通过一扬声器播放一正弦音且测量所述频域中相对于基频的谐波水平(所述谐波是所述基频的整数倍，且有些谐波是由所述扬声器本身产生的)而被观察到。例如，对于迷你扬声器，所述非线性行为通常可以在某些谐波频率下被听到为“嗡嗡声”的现象，其中所述扬声器产生共鸣比其他频率下的更强烈。
目前所公开的主题的一些实施例通过执行衰减所述音频信号的某些频带的预处理(例如通过应用动态范围压缩)来防止或减少音频播放中扬声器引起的嗡嗡声/非线性现象。
然而，减少频带能量可以降低音频质量。
嗡嗡声/非线性行为在某些类型的输入信号(例如钢琴等乐器)上最为突出，而这些现像在其他信号(例如宽带流行音乐)上基本上是察觉不到的。原因是当高频存在于输入信号中时，它们会掩盖所述扬声器在这些频率范围内产生的谐波失真(即，使所述扬声器产生的谐波听不见或较难听到)。在这种情况下，所述嗡嗡声或非线性现象可能不存在或不被察觉。
相应地，目前所公开的主题的一些实施例随着所述输入信号的频率内容(以及谐波失真的掩蔽程度)变化而动态地改变预处理衰减量。以这种方式，所述预处理仅对每个输入信号频带应用必要的衰减量(仅衰减到减轻可感知的扬声器引起的谐波失真所需的程度，同时最大限度地减少其他方面的音频质量下降)。
具体来说：当包含谐波频率的所述输入信号的频带中有更多能量时，所述预处理会将所述基频衰减到较小的程度，从而避免在不需要时过度衰减且保持音频质量。相反地，当包含谐波频率的所述输入信号的频带中有较少的能量时，所述预处理会对所述基频应用更大的衰减量，以防止可感知的扬声器引起的谐波失真。
在一些实施例中，所述预处理可以被实现为接收一输入音频信号并输出一修改后的音频信号的一电路。在这样的实施例中，所述输入和输出音频信号可以是数字(digital)或模拟(analog)。
在一些实施例中，所述预处理可以作为一基于处理器的方法来实现，所述基于处理器的方法对数字音频数据进行操作。
图1示出了音频播放系统100，其可以是任何类型的数字或模拟音频播放系统(如数字音乐播放器、收音机、电话等)。音频播放系统100可以可操作地被连接到失真减少预处理器110(例如通过一模拟或数字音频连接，视情况而定)，使得来自音频播放系统100的一音频信号可以输出到失真减少预处理器110。失真减少预处理器110可以处理来自音频播放系统100的输入音频。失真减少预处理器110还可以可操作地被连接到扬声器120，并且可以将一预处理的音频信号输出到扬声器120。扬声器120可以是任何类型的音频输出设备，包括但不限于迷你音箱、耳机等。
在一些实施例中，失真减少预处理器110可以物理地被包含在音频播放系统100内，使得来自音频播放系统100的一音频信号直接输出到扬声器120。在一些实施例中，失真减少预处理器110可以物理地被包含在扬声器120内。
在一些实施例中，一系列失真减少预处理器110可以与失真减少预处理器110的每个实例(例如，减少与一特定基频相关联(例如，其导数)的所述谐波失真)在音频播放设备100和扬声器120之间被顺序地采用。在一些实施例中，这样的一系列失真减少预处理器110可以例如物理地位于一单一单元中，或者被包括在音频播放设备100或扬声器120中，或者在它们之间被划分等。
应当注意，本公开主题的教导不受参照图1描述的音频播放系统的约束。等效和/或修改的功能可以以另一方式被合并或被分开，并且可以以具有固件的软件和/或硬件的任何合适的组合被实现，并在合适的装置上被执行。所述音频播放系统可以是独立的网络实体，或者可以与其他实体全部地或部分地集成。本领域技术人员将很清楚如何在诸如个人计算机、移动设备等的实施例中使用一音频播放系统。
现在将注意力转向图2，图2示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的失真减少预处理器110的一示例性实现的一框图。
在一些实施例中，失真减少预处理器110被实现为一基于处理器的平台(例如：移动电话、个人计算机、具有插件模块的数字音频工作站(digital audio workstation,DAW)等)的一部分，所述基于处理器的平台是基于包括一处理器290和存储器295的一处理电路200。
处理器290可以是具有数据处理能力的一合适的基于硬件的电子设备，例如一通用处理器、一数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、一专门的特定用途集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、一个或多个多核处理器中的内核等。处理器290还可以例如包括多个处理器、多个ASIC、虚拟处理器、它们的组合等。
存储器295可以是例如一合适种类的易失性或非易失性存储器，并且可以包括例如一单一物理存储器组件或多个物理存储器组件。存储器295还可以包括虚拟存储器。存储器295可以被配置为，例如，存储用于计算的各种数据。
以下将参考图3-5进一步详述，处理器290可以被配置成根据在非瞬态计算机可读存储介质(诸如但不限于存储装置216)上实施的计算机可读指令来运行多个功能模块。这种功能模块在下文中被称为包含在处理器中。这些模块可以包括例如基频滤波器210、谐波频率滤波器220、衰减控制单元230和衰减器240。输入音频信号205可以是例如一数字或模拟音频输入信号。输入音频信号205可以源自例如音频播放设备100。
输入音频信号205可由基频滤波器210来处理。基频滤波器210可以是任何类型的合适的滤波器。基频滤波器210可以被配置为输出包括一特定基频的所述输入音频信号的一频带。在一些实施例中，基频滤波器210可以是例如一带通滤波器(bandpass filter)。在一些实施例中，基频滤波器210可以是例如一低通滤波器(lowpass filter)，使得所述滤波器输出包括所述基频及其以下频率的一频带。
输入音频信号205可以由谐波频率滤波器220来处理。所述处理与基频滤波器210的处理并行。谐波频率滤波器220可以是任何类型的合适的滤波器。谐波频率滤波器220可以被配置为输出所述音频输入信号的一频带，所述音频输入信号包括基频滤波器210的基频(例如：所述基频的二次谐波或三次谐波)的一个或多个谐波频率(即，整数倍)。在一些实施例中，谐波频率滤波器220可以是例如一带通滤波器。在一些实施例中，谐波频率滤波器220可以是例如一高通滤波器(high-pass filter)，以便所述滤波器输出包括所述谐波频率及其以上频率的一频带。
在一些实施例中，可以被配置为输出所述基频的所述三次谐波频率。
衰减控制单元230可以可操作地被连接到基频滤波器210和谐波频率带通220(以及任何附加的谐波频率滤波器)，并且可以接收由这些滤波器输出的所述多个音频信号。衰减控制单元230可以确定应被应用于所述基频的衰减增益的量，以便在保持音频播放质量的同时减少扬声器引起的谐波失真。衰减控制单元230可以使用例如下文参照图3-5描述的方法来确定衰减增益的量。由衰减控制单元230确定的所述衰减增益的量可以根据来自基频滤波器210和谐波频率滤波器220的音频信号输入来动态地变化。
衰减控制单元230可以输出指示所述衰减器应该应用的衰减增益的量的数据或一信号。输入音频信号205可由衰减器240来处理。所述处理与基频滤波器210和谐波频率滤波器220的处理并行。衰减器240还可以从衰减控制单元230接收指示一衰减量(例如以分贝(dB)为单位)的一信号。衰减器240可以产生音频输出215，其中所述输入音频信号205的基频(即，与基频带通滤波器210相关的基频)已经根据由衰减控制单元230指示的衰减量而被衰减。衰减器240可以是本领域已知的任何适当类型的音频衰减机制(例如多频带压缩器、动态均衡器等)。
衰减器240执行的衰减的量可以根据从衰减控制单元230输入的衰减增益来动态地变化。以此方式，仅当输入音频信号205的谐波频率缺乏掩盖扬声器引起的谐波失真所需的能量时，所述基频才可被衰减。类似地，所述基频的衰减的量可以被限制为掩盖所述扬声器引起的失真所需的量。
应注意，虽然前面的描述提出了失真减少预处理器110由一处理器290和存储器295来实现的实施例，但是对本领域技术人员而言，其他显而易见的实现方式也是可能的。例如，处理电路200的功能可以使用硬件组件、模拟信号/电路等来实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
应当注意，本公开主题的教导不受参照图1描述的失真减少预处理器的约束。等效和/或修改的功能可以以另一方式被合并或被分开，并且可以以具有固件的软件和/或硬件的任何合适的组合被实现，并在合适的装置上被执行。所述失真减少预处理器可以是独立的网络实体，或者可以与其他实体全部地或部分地集成。本领域技术人员将很清楚如何在诸如个人计算机、移动设备等的实施例中使用一失真减少预处理器。
现在将注意力转向图3，图3示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述示例性基于处理器的方法是用于调整一输入音频信号，以减少一基频的扬声器引起的谐波失真。
在一些实施例中，预处理器110可以预处理要在一扬声器上输出的音频，所述扬声器具有某些谐振频率，所述扬声器可以针对所述谐振频率产生非线性效果/嗡嗡声。
通过非限制性示例，一特定类型的扬声器可能会根据以200Hz谐振频率为中心的一频带的音频信号的幅度来产生嗡嗡声。对于200Hz的基频，所述“二次谐波”频率为400Hz，所述“三次谐波”频率为600Hz，以此类推。
预处理器110(例如，基频滤波器210)可以提取(310)包括一基频(例如180Hz至220Hz，其包括基频200Hz)的一频带(以下称为“基频频带”)。在一些实施例中，基频滤波器210可以是带通滤波器。在一些实施例中，基频滤波器210可以是一低通滤波器，使得高于某个下限(例如，300Hz，从而所述频带包括基频200Hz)的所有频率都是所述基频频带的一部分。
预处理器110(例如，谐波频率滤波器220)可以提取(320)包括所述基频(例如，580Hz至620Hz，其包括三次谐波频率600Hz)的一个或多个谐波的一频带(以下称为“谐波频带”)。在一些实施例中，谐波频率滤波器220可以是带通滤波器。在一些实施例中，谐波频率滤波器220可以是高通滤波器，使得所有高于某个下限(例如，500Hz，从而所述频带包括三次谐波频率600Hz)的所有频率都是所述谐波频带的一部分。
在一些实施例中，所述谐波频带包括多个谐波频率。在一些实施例中，所述谐波频带可以与所述基频频带重迭。在一些实施例中，所述谐波频带可以是一组子频带，其中一个或多个子频带包括与所述基频谐波的一频率。
预处理器110(例如衰减控制单元230)接下来可以测量(330)所述基频频带的能量和所述谐波频带的能量(例如：以dB为单位)。
预处理器110(例如衰减控制单元230)然后可以从以下导出一衰减增益：i)所述基频频带的测量能量和ii)所述谐波频带的测量能量。在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)计算(340)所述基频频带的能量与所述谐波频带的能量之间的一比率。在一些实施例中，预处理器110(例如，衰减控制单元230)计算(340)所述基频频带的能量与所述谐波频带的能量的数据导数之间的一比率。
通过非限制性示例，预处理器110(例如衰减控制单元230)可以测量所述基频频带的能量并确定0dB的能量，并且可以测量所述谐波频带的能量并确定6dB的能量。所述预处理器然后可以计算所述能量的比率：6db(即2)。
预处理器110(例如衰减器240)然后可以动态地衰减(350)所述输入信号的所述基频频带。预处理器110(例如衰减控制单元230)可以响应于所述计算的比率的变化来动态地改变所述衰减增益。
在一些实施例中，所述衰减增益是使用以下公式被计算：
衰减调整因子(AttenuationAdjustmentFactor)＝阿尔法比率(alpharatio)
其中阿尔法(alpha)是0和1之间的一数字。在此公式中，所述比率参数是所述频带能量的比率，例如如上计算的。诸如此的一公式，即，其中一调整因子是根据所计算的频带能量的比率的幂(power)的一常数来计算的，在此被称为幂律(power law)。
衰减增益然后可以通过本领域已知的方式从所述衰减调整因子来导出。例如：
衰减增益(AttenuationGain)＝
基本频带能量上限阈值/(衰减调整因子*基本频带的能量)
(FundamentalBandUpperEnergyThreshold/(AttenuationAdjustmentFactor*EnergyOfFundamentalBand))
一较小的调整因子表示一较少的衰减(即，一较高的衰减增益)。
如果所述谐波频带中的能量与所述基本频带中的能量相比足够高，扬声器引起的谐波失真将听不见(如上所述)，因此不需要衰减所述基本频带。因此，在一些实施例中，当包括所述基频的一个或多个谐波的频带的能量与包括所述基频的频带的能量之间的比率大于例如一静态配置或动态计算的相对能量阈值时，预处理器110(例如衰减控制单元230)使用数字一(unity)的衰减增益(即0dB)进行衰减。
在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)可以根据不同的合适的方法从所述频带能量的比率来确定衰减增益。在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)可以根据不同的合适的方法从所述测量的频带能量来确定衰减增益。
应当注意，本公开主题的教导不受图3中示出的流程图的约束，示出的操作可以不按示出的顺序发生。例如，连续示出的操作310和320可以基本上同时地或以相反的顺序来执行。还应当注意，尽管参照图1或2的系统的元件来描述流程图，但是这绝不是约束，并且操作可以由除了本文中描述的元件之外的元件来执行。
现在将注意力转向图4，图4示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述示例性基于处理器的方法是用于减少一音频信号的扬声器引起的谐波失真。
在一些实施例中，预处理器110可以预处理音频以在一扬声器上输出，在所述扬声器上特定基频的音频可以产生非线性效果或嗡嗡声。
作为非限制性实施例：一特定的扬声器可能会响应于基频200Hz和500Hz的所述输入音频信号的内容而产生一嗡嗡声。对于200Hz的基频，所述“二次谐波”频率为400Hz，所述“三次谐波”频率为600Hz，以此类推。对于500Hz的基频，所述“二次谐波”频率为1000Hz，所述“三次谐波”频率为1500Hz，以此类推。
如上所述，在包含与所述基频谐波的频率的频带中缺少内容的一音频信号(例如独奏钢琴音乐的情况)可能导致这种扬声器产生嗡嗡声或非线性效果。而在具有这些谐波频段中的内容的音乐的情况下(例如，包括鼓或其他乐器的钢琴音乐的情况)，这些频带的音频内容可能会导致扬声器引起的谐波失真的心理声学消除，即，使听者听不见这种失真。
失真减少预处理器110(例如衰减器240)可以以一衰减增益来动态地衰减(410)包含所述输入音频信号205的一基频的一频带，所述衰减增益为预处理器110(例如衰减器240)根据以下因素来动态变化的衰减增益：i)包括所述基频的频带的能量和ii)包括一个或多个所述基频的谐波的一频带的能量。在一些实施例中，所述动态衰减导致一调整的音频信号，其中包括所述基频的频带的能量是响应于(和/或成比例于)缺少产生扬声器引起的谐波失真的心理声学掩蔽的音频内容而被减少。
在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)动态地确定所述衰减增益，例如，使用上文参考图3的方法中或下文参考图5的方法中的一种。
作为非限制性实施例：预处理器110(例如衰减器240)可以以一衰减增益来动态衰减频带180Hz至220Hz(其中包含基频100Hz)，所述衰减增益来源于频带500Hz中的能量与高于频带180Hz至220Hz(包括三次谐波频率600Hz)中的能量之间的比率的一幂律。
在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)使用其他方法来动态地确定所述衰减增益，所述其他方法是从以下获取衰减增益：i)包括所述基频的频带的能量和ii)包括所述基频的一个或多个谐波的一频带的能量。
在一些实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)使用确保输出信号215中所述基本频带的能量是低于一阈值(以下称为一基频能量上限阈值)的一方法来动态地确定所述衰减增益。具体地：预处理器110(例如衰减控制单元230)可以将所述衰减增益设置为大于或等于所述第一频带的能量与所述基频上能量之间的差值的一数值。在一些这样的实施例中，所述基频能量上限阈值是某个小于所述谐波频带的能量的数值。在一些这样的实施例中，所述基频能量上限阈值可以是所述谐波频带的动态变化能量乘以某个介于0和1之间的数值(在此称为基频能量上限阈值比率)。在一些这样的实施例中，预处理器110(例如衰减控制单元230)确保了任何扬声器引起的谐波失真将被所述谐波频带的内容掩盖。
可选地，预处理器110(例如衰减器240)可以以相同的方式(即，根据所述基本频带的能量和各个谐波频带的能量)动态地衰减(420)包括所述输入音频信号的附加基频的多个频带。
作为非限制性实施例：预处理器110(例如衰减器240)可以基于频带1200Hz至1800Hz(包括三次谐波频率1500Hz)中的能量与频带400Hz至600Hz中的能量之间的比率的一幂律来动态地衰减频带400Hz至600Hz(其中包含一第二基频500Hz)。
这可以(例如)通过使用失真减少预处理器110的一附加实例来处理所述音频输出215来实现。或者，这可以(例如)通过用一附加系列的滤波器和一附加衰减器来处理所述音频输出215来实现。或者，这可以通过预处理器100的修改架构来实现，其中在滤波器和衰减控制单元的多个实例中为不同的基本频带提供多个衰减增益值，以便衰减器240可以衰减多个基本频带。在一些实施例中，这是使用预处理器100的另一种合适的方法和/或架构来实现的。
最后，所述预处理器可以输出(430)所述调整的音频信号到一扬声器，因此，在一些实施例中，在所述扬声器上播放音频时降低了扬声器引起的谐波噪声(由于所述基频的衰减)，但仅当且仅在所述谐波频带中缺少会掩盖此类扬声器引起的谐波噪声的音频内容而需要的程度时，提供此类衰减。
应当注意，本公开主题的教导不受图4中示出的流程图的约束，示出的操作可以不按示出的顺序发生。例如，连续示出的操作410和420可以基本上同时地来执行。还应当注意，尽管参照图1或2的系统的元件来描述流程图，但是这绝不是约束，并且操作可以由除了本文中描述的元件之外的元件来执行。
现在将注意力转向图5，图5示出了根据目前所公开的主题的一些实施例的的另一示例性基于处理器的方法的一流程图，所述另一示例性基于处理器的方法是用于调整一输入音频信号，以减少一基频的扬声器引起的谐波失真。
图5的方法与图3的方法相似。然而，在图5的方法中，预处理器110(例如：衰减控制单元230)可以估计(535)所述扬声器将产生的扬声器引起的谐波失真的量。预处理器110(例如：衰减控制单元230)可以基于测量的所述基本频带的能量来做到这一点。预处理器110(例如：衰减控制单元230)可以例如利用所述扬声器的软件模块来估计将由所述基本频带导致的扬声器引起的谐波噪声的量。
预处理器110(例如：衰减控制单元230)然后可以计算(540)所述谐波频带的测量能量与估计的扬声器引起的谐波噪声之间的一比率，并且通过从此比率导出的一衰减增益来动态地衰减(550)所述基频频带。
应当注意，本公开主题的教导不受图5中示出的流程图的约束，示出的操作可以不按示出的顺序发生。例如，连续示出的操作510和520可以基本上同时地或以相反的顺序来执行。还应当注意，尽管参照图1或2的系统的元件来描述流程图，但是这绝不是约束，并且操作可以由除了本文中描述的元件之外的元件来执行。
应当理解的是，本发明并不将其应用限定于本文所包含的或附图中所示出的描述中阐述的细节。本发明能够具有其他实施例，以及能够以各种方式实践或执行。因此，将理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且并不应被视为是限制性的。因此，本领域的技术人员将了解，本公开所基于的概念可容易地用作设计用于实现当前公开的主题的若干目的的其它结构、方法和系统的基础。
还将理解，根据本发明的系统可以至少部分地在适当编程的计算机上实现。同样地，本发明预期了一种计算机程序，计算机程序可由计算机读取以执行本发明的方法。本发明还预期了一种非暂时性计算机可读存储器，其有形地体现可由计算机执行的用于执行本发明的方法的指令程序。
本领域技术人员将容易地理解，在不脱离其在所附权利要求中和由所附权利要求限定的范围的情况下，各种修改和改变可以应用于如上所述的本发明的实施例。

Claims (10)

1.一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的基于处理器的方法，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，其特征在于：所述方法包括：
a)通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的一能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的一能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：另外包括：
b)为一个或多个额外的基频重复步骤a)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：另外包括：
输出所述调整的音频信号到一扬声器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二频带包括所述基频的三次谐波频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述衰减包括：
从所述第一音频信号中提取包括所述基频的一频带，从而产生一基频频带；
从所述第一音频信号中提取包括至少一个与所述基频谐调的频率的一频带，从而产生至少一个谐波频带；
测量所述基频频带和所述谐波频带的能量；
计算一衰减增益，所述衰减增益量是所述谐波频带的能量和所述基频频带的能量之间的一比率的导数；以及
通过所述衰减增益衰减所述基频。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述衰减增益的所述动态调整是根据i)所述第一音频信号中所述第二频带的能量与ii)所述第一音频信号中所述基频的扬声器引起的谐波失真的一估计能量之间的一比率，其中扬声器引起的谐波失真的所述估计能量是所述第一音频信号中所述第一频带的能量的导数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述衰减增益的所述动态调整是根据所述比率的一幂律。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述第二频带的能量与所述第一频带的能量之间的比率大于一相对能量阈值时，所述动态调整将所述衰减增益设置为1。
9.一种用于减少声音中的扬声器引起的谐波失真的系统，所述声音是由一扬声器响应于一第一音频信号而产生的，其特征在于：所述系统包括一处理电路，所述处理电路被配置为：
通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
10.一种计算机程序产品，包括含有多个程序指令的一计算机可读存储介质，所述多个程序指令在被一处理器读取时，引起所述处理器执行识别一空中对象的一方法，其特征在于：所述方法包括：
通过一衰减增益衰减所述第一音频信号中的一第一频带，所述第一频带包括一基频，
其中所述衰减至少根据以下两者之间的一比率动态调整所述衰减增益：
i)所述第一音频信号中所述第一频带的能量；以及
ii)所述第一音频信号中一第二频带的能量，所述第二频带包括一个或多个频率，所述一个或多个频率是所述基频的整数倍。
CN202080047189.3A 2019-04-30 2020-04-30 基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低 Active CN114026881B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962840490P 2019-04-30 2019-04-30
US62/840,490 2019-04-30
PCT/IL2020/050487 WO2020222242A1 (en) 2019-04-30 2020-04-30 Dynamic reduction of loudspeaker distortion based on psychoacoustic masking

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114026881A true CN114026881A (zh) 2022-02-08
CN114026881B CN114026881B (zh) 2024-07-23

Family

ID=73029704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080047189.3A Active CN114026881B (zh) 2019-04-30 2020-04-30 基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11812239B2 (zh)
CN (1) CN114026881B (zh)
GB (1) GB2599261B (zh)
WO (1) WO2020222242A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6154550A (en) * 1996-09-28 2000-11-28 Volkswagen Ag Method and arrangement for automatically limiting distortion in audio devices
DE202011107988U1 (de) * 2011-11-17 2012-02-08 Dialog Semiconductor Gmbh Automatische Verstärkungsregelung
US20130217349A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-22 Dialog Semiconductor B.V. Post Filter for Spectral Domain Echo Cancellers to Handle Non-Linear Echo Components
CN104012001A (zh) * 2011-12-27 2014-08-27 Dts有限责任公司 低音增强系统
US20140341394A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 James J. Croft, III Loudspeaker Enclosure System With Signal Processor For Enhanced Perception Of Low Frequency Output
US20150249889A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-03 The University Of Utah Digital signal processor for audio extensions and correction of nonlinear distortions in loudspeakers
CN106653049A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 国光电器股份有限公司 时域中的虚拟低音的相加

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9820065B2 (en) * 2005-09-27 2017-11-14 Ronald Quan Method and apparatus to evaluate audio equipment for dynamic distortions and or differential phase and or frequency modulation effects
JP4983694B2 (ja) * 2008-03-31 2012-07-25 株式会社Ｊｖｃケンウッド 音声再生装置
WO2015124598A1 (en) * 2014-02-18 2015-08-27 Dolby International Ab Device and method for tuning a frequency-dependent attenuation stage

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6154550A (en) * 1996-09-28 2000-11-28 Volkswagen Ag Method and arrangement for automatically limiting distortion in audio devices
DE202011107988U1 (de) * 2011-11-17 2012-02-08 Dialog Semiconductor Gmbh Automatische Verstärkungsregelung
CN104012001A (zh) * 2011-12-27 2014-08-27 Dts有限责任公司 低音增强系统
US20130217349A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-22 Dialog Semiconductor B.V. Post Filter for Spectral Domain Echo Cancellers to Handle Non-Linear Echo Components
US20140341394A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 James J. Croft, III Loudspeaker Enclosure System With Signal Processor For Enhanced Perception Of Low Frequency Output
US20160112023A1 (en) * 2013-05-14 2016-04-21 James J. Croft, III Signal Processor for Loudspeaker Systems for Enhanced Perception of Lower Frequency Output
US20150249889A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-03 The University Of Utah Digital signal processor for audio extensions and correction of nonlinear distortions in loudspeakers
CN106653049A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 国光电器股份有限公司 时域中的虚拟低音的相加

Also Published As

Publication number Publication date
GB202116931D0 (en) 2022-01-05
CN114026881B (zh) 2024-07-23
US11812239B2 (en) 2023-11-07
GB2599261A (en) 2022-03-30
GB2599261B (en) 2023-02-22
US20220312114A1 (en) 2022-09-29
WO2020222242A1 (en) 2020-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10299040B2 (en) System for increasing perceived loudness of speakers
JP6426730B2 (ja) デジタル信号処理のためのシステムおよび方法
KR101681798B1 (ko) 스피커의 인지성 소리 강도를 증가시키는 시스템
US10069471B2 (en) System and method for digital signal processing
US9672834B2 (en) Dynamic range compression with low distortion for use in hearing aids and audio systems
US8386242B2 (en) Method, medium and apparatus enhancing a bass signal using an auditory property
US20030216907A1 (en) Enhancing the aural perception of speech
US8868414B2 (en) Audio signal processing device with enhancement of low-pitch register of audio signal
KR20140116152A (ko) 베이스 강화 시스템
KR20080072225A (ko) 자동 오디오 볼륨 기능을 갖는 오디오 재생 방법 및 장치
CN108886650B (zh) 用于音频再现的子带空间和串扰消除
CN108781330B (zh) 音频信号处理阶段、音频信号处理装置和音频信号处理方法
KR20160113224A (ko) 오디오 신호를 압축하는 오디오 압축 시스템
KR20140055932A (ko) 상이한 이퀄라이저 모드들 사이에 출력음 크기와 음질을 유지하기 위한 장치 및 방법
JP7335282B2 (ja) 圧縮フィードバックに応答するオーディオ増強
CN114026881B (zh) 基于心理声学掩蔽的扬声器失真的动态降低
US9210507B2 (en) Microphone hiss mitigation
JP7352383B2 (ja) ミキシング処理装置及びミキシング処理方法
KR20210067871A (ko) 클리핑 일그러짐을 방지하거나 액티브 스피커의 최대 사운드 레벨을 높이기 위한 제한기 시스템 및 방법
CN115066912A (zh) 用于通过装置进行音频渲染的方法
US11950089B2 (en) Perceptual bass extension with loudness management and artificial intelligence (AI)
EP2760221A1 (en) Microphone hiss mitigation
Cecchi et al. REAL-TIME SYSTEM FOR SOUND ENHANCEMENT IN NOISY ENVIRONMENT
Conway Improving broadband noise filter for audio signals
Wang et al. New equalizing scheme of active noise equalization system in automobile cabin

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant