CN1158898C - 音频系统低音增强装置 - Google Patents

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Abstract

为了改善感觉到的音频信号，人们知道使用谐波发生器产生感觉到的音频信号包含较实际获得的更低的频率信号的幻觉。本发明提出一种音频系统，其中，不仅使感觉到的所谓超低音信号(例如20～70Hz)得到改进，而且还产生超低音信号与一般音频信号之间频带的信号。

Description

音频系统低音增强装置
技术领域
本发明涉及一种音频系统，本发明还涉及用于该音频系统的增强装置。
背景技术
音频信号的高保真度重放理论上需要能可靠地重放人的整个收听范围的声音的声电换能器。这一范围确定为20～20000Hz。可是实际上大多数高保真度扬声器系统可以重放40～20000Hz频率范围的声音。这些高保真度系统包括用于重放所述频率范围的高端的小换能器(高音扬声器)及用于重放所述频率范围的低端的大换能器(低音扬声器)。自然，这些扬声器系统尺寸大且占据收听区域相当大的空间。
可是有许多用户喜爱高保真度声音但却没有高保真度扬声器系统所需的空间。认识到这一问题的制造商们已正在为这些用户销售具有小扬声器系统的紧奏音频系统。可是考虑到所述扬声器系统的尺寸比较小，这些小扬声器系统不能重放40～100Hz范围的音频频率，使用这些紧奏的音频系统的用户因而能注意到这种不足而对该系统失望。
从欧洲专利EP-A-0546619(申请人参考号PHA40624)可以知道这样一种音频系统。由于电动式扬声器的发明，所以存在对更大的音响输出的需求，特别是低频。可是该音响输出经常因扬声器的小尺寸而受到严重的限制，例如在电视及便携式音频装置中就是这样。人们知道这种困境利用音质现象能够得到解决，这种音质现象常称为虚音调(virtual pitch)或缺基音(missing fundamental)，它引起较高的低音响应幻觉，而扬声器在这些低频上并没有发出更大的功率。这种幻觉能够通过用低频音调的谐波代替低频音调而产生，这些低频音调出现在音频信号中但不能被小扬声器重放，所述谐波现在代表低频音调，即所谓的超低音。
在已知的音频系统中，音频信号的低频带被选出并提供给谐波发生器形式的增强装置以产生被选信号的谐波。该谐波此后被加到音频信号。这样音频信号的低频感觉得到增强。在已知的音频系统中，全波检波器用作为谐波发生器，它只产生偶次谐波。
发明内容
本发明的目的是进一步改进被感觉的低频音频信号。
为了这一目的，本发明的第一方面提供了一种音频增强装置，它包括：接收输入音频信号的输入端；提供输出信号的输出端；第一处理部件，包括一个用于选择所述输入音频信号的超低音频率范围中的第一部分的选择装置，并包括用于产生所选择的第一部分音频信号的谐波的谐波发生器，所述谐波发生器的输出连接到一个加法装置的第一输入端，其特征在于：所述音频增强装置还包括一个第二处理部件，所述第二处理部件包括：第二选择装置，用于选择所述输入音频信号的比所选择的第一部分的频率范围高的频率范围中的第二部分；和一个放大装置，用于放大所述选择的第二部分，所述放大装置的输出连接到所述加法装置的第二输入端；和所述加法装置的输出端连接到上述的音频增强装置的输出端。
所述音频增强装置还可以包括一个控制装置，所述控制装置适合于根据所述音频信号的大小向所述谐波发生器和/或所述放大装置提供控制信号，所述控制信号控制所述谐波发生器和/或所述放大装置的放大。
在音频增强装置中，所述放大装置和所述谐波发生器并联耦合，它们各自的输出端分别耦合到所述加法装置的输入端并且耦合到控制装置，所述控制装置用于检测所述超低音频率信号的能量、提供一个第一控制信号以控制所述放大装置的放大和提供一个第二控制信号以控制与所述谐波发生器相对应的放大。
本发明的另一个方面还提供了一种音频增强装置，它包括：接收输入音频信号的输入端；提供输出信号的输出端；第一处理部件，包括一个用于选择所述输入音频信号的超低音频率范围中的第一部分的选择装置，并包括用于产生所选择的第一部分音频信号的谐波的谐波发生器，所述第一处理部件具有一个输出端，其特征在于：所述音频增强装置还包括一个第二处理部件，所述第二处理部件的输入端连接到所述第一处理部件的输出端，所述第二处理部件包括：第二选择装置，用于选择所述输入音频信号的比所选择的第一部分的频率范围高的频率范围中的第二部分；和一个放大装置，用于放大所述选择的第二部分，所述放大装置的输出端连接到上述的音频增强装置的输出端。
本发明还提供了一种音频系统，包括：如上所述的音频增强装置，以及连接到所述增强装置的输出端的一个扬声器。
通过用放大装置放大音频信号的第二被选部分，放大未被选择用于所谓的超低音的低音信号部分是可能的。由此没有利用谐波发生器增强的音频信号部分的感觉被增强了。具有例如频率范围为20～70Hz的超低音信号通过谐波发生器得到加强，而频率在70～100Hz范围内的音频信号部分通过放大装置中的放大得到增强。
在所述音频系统中，所述谐波发生器和/或所述放大装置耦合到控制装置，所述控制装置适合于根据所述音频信号的大小提供控制信号。通过使谐波发生器和/或放大装置的放大因子依赖于音频信号的音量，可以获得对音频信号低频部分的动态控制。对于低频信号小的音频信号，与低频信号电平较高的低频信号相比，谐波发生器及放大装置可以以更大的倍数放大所获得的信号。这样，可以借助较高电平的低频音频信号来防止失真。
在所述音频系统中，所述放大装置和所述谐波发生器并联耦合，各自的输出端耦合到加法装置的输入端并且耦合到用于检测及控制所述谐波发生器和所述放大装置的输出信号的控制装置。因此控制所述增强装置输出信号的可能性进一步得到提高。
参考下面描述的并且在附图中显示的例子，本发明及附加特征是明显的并得到阐明，所述附加特征可以任选地用于实施本发明而获利。
附图说明
图1：先有技术音频系统的示意的实施例。
图2：按照本发明的增强装置的第一示意的实施例。
图3：按照本发明的增强装置的第二示意的实施例。
图4：按照本发明的增强装置的第三示意的实施例。
图5：按照本发明的增强装置的第四示意的实施例。
图6：按照本发明的超低音发生器的示意的实施例。
图7：按照本发明的增强装置的第五示意的实施例。
在所有附图中，相应的元件用相应的参考符号表示。
具体实施方式
图1给出了先有技术的音频系统AS1的示意的实施例，它包含处理装置PM1及增强装置EM1。该音频系统还包含用于接收音频输入信号i1的输入端I1及提供音频输出信号o1(例如提供给扬声器，图中未示出)的输出端O1。处理装置及增强装置都耦合到接收音频信号的输入端。处理装置及增强装置的输出端都耦合到求和装置SUM2相应的输入端，用以对处理过的信号求和并提供组合的信号给输出端O1。
音频系统AS1的工作如下。接收到的输入信号在处理装置PM1中就像音频系统通常工作的那样得到处理，这是本专业的技术人员都知道的，无需再进行解释。增强装置EM1将从输入信号i1选择频率范围，它需要被分开处理，然后在加法装置AM1中加到处理过的信号上。先有技术的增强装置包含用于产生所谓超低音信号的谐波发生器。
下面将参考其它附图更详细地描述按照本发明的增强装置的工作。
图2给出了按照本发明的增强装置的第一实施例EM2。在该实施例中，增强装置包含超低音发生器UBG2，UBG2具有谐波发生器HG2，后者通过第一滤波装置FM21耦合到增强装置EM2的输入端，并且通过第二滤波装置FM22耦合到在增强装置输出端的加法装置AM2。加法装置AM2的输出端可以耦合到音频系统的求和装置SUM2(图2未示出，参看图1)。放大装置AMM2并联耦合到谐波发生器HG2及滤波装置FM21和FM22。该放大装置的输出端耦合到加法装置AM2的另一个输入端。
谐波发生器HG2产生音频信号低频范围的谐波，例如20～70Hz的所谓超低音，用于增强感觉到的低频信号。
放大装置用来放大没有在谐波发生器HG2中处理的低音信号部分。例如放大装置将放大70～100Hz频带中的信号，用于增强对那部份信号的感觉，从而增强整个感觉到的音频信号。
图3给出增强装置的第二实施例EM3，增强装置EM3包含放大装置AMM3及超低音发生器UBG3，该放大装置及超低音发生器由(机械的)控制装置CM3控制。该控制装置根据音频输入信号的幅值电平向放大装置及超低音发生器提供控制信号cs3，用于控制两者的放大因子。通过对超低音发生器及放大装置的操作，高输入电平下与音量相关的失真将得到克服。
图4给出增强装置的第三实施例EM4，增强装置EM4包含谐波(例如超低音)发生器UBG4与作为放大装置的动态低音增强装置DBEM4的串联配置。
所述信号被提供给超低音发生器UBG4以产生低频信号部分的谐波。UBG4的输出信号被提供给加法装置AM4，AM4在另一个输入端接收输入信号i4。组合信号被提供给所谓动态低音增强装置DBEM4，用于根据信号的大小放大接收到的信号。从而由高电平低频信号引起的输出信号失真将进一步得到克服。
图5给出增强装置的第四实施例EM5，增强装置EM5包含并联的动态低音增强装置DBEM5(作为放大装置)和超低音发生器UBG5(作为谐波发生器)。DBEM5及UBG5的输出端耦合到将这些输出信号相加的加法装置AM5。加法装置AM5的输出信号被提供给SUM5(见图1)。该输出信号还提供给低音发生器能量控制装置BM5，用于检测低音信号的能量并向动态低音增强装置DBEM5提供第一控制信号cs51以及向超低音发生器UBG5提供第二控制信号cs52。低音能量装置BM5还接收动态低音增强装置DBEM5及超低音发生器UBG5的输出信号作为输入信号。从而进一步改善增强装置的性能。
图6给出超低音发生器UBG6(作为谐波发生器)的实施例，所产生的超低音信号依赖于接收的输入信号并且所产生的超低音信号在加法装置AM6中被加到所述输入信号上。从而使谐波发生器与(输入)信号相关。
图7给出增强装置的第五个实施例EM7，增强装置EM7包含所谓亚低音发生器IBG7与所谓超低音发生器UBG7的串联配置，其中，UBG7的输出信号在加法装置中被加到所述输入信号上。亚低音发生器产生比在输入信号中能获得的更低的信号频率，而超低频发生器产生所述更低频率输入信号的谐波，以便产生比输入信号有更低频率的幻觉。
应当注意，已经根据一些实施例解释了本发明。不同的实施例可以结合起来以获得不同的优点，例如将超低音发生器UBG6(图6)实施例与增强装置(例如图5)实施例结合是可能的。

Claims (5)

1.一种音频增强装置(EM2)，它包括：
接收输入音频信号的输入端(I1)；
提供输出信号的输出端(O1)；
第一处理部件，包括一个用于选择所述输入音频信号的超低音频率范围中的第一部分的选择装置(FM21)，并包括用于产生所选择的第一部分音频信号的谐波的谐波发生器(Hg2)，所述谐波发生器的输出连接到一个加法装置(AM2)的第一输入端，
其特征在于：所述音频增强装置还包括一个第二处理部件，所述第二处理部件包括：
第二选择装置，用于选择所述输入音频信号的比所选择的第一部分的频率范围高的频率范围中的第二部分；和
一个放大装置(AMM2)，用于放大所述选择的第二部分，所述放大装置的输出连接到所述加法装置(AM2)的第二输入端；和
所述加法装置(AM2)的输出端连接到上述的音频增强装置的输出端(O1)。
2.权利要求1的音频增强装置，其特征在于：还包括一个控制装置，所述控制装置适合于根据所述音频信号的大小向所述谐波发生器(Ubg3)和/或所述放大装置(AMM3)提供控制信号(cs3)，所述控制信号(cs3)控制所述谐波发生器和/或所述放大装置的放大。
3.权利要求1的音频增强装置，其特征在于：所述放大装置(DBEM5)和所述谐波发生器(Ubg5)并联耦合，它们各自的输出端分别耦合到所述加法装置(AM5)的输入端并且耦合到控制装置(BM5)，所述控制装置用于检测所述超低音频率信号的能量、提供一个第一控制信号(cs51)以控制所述放大装置(DBEM5)的放大和提供一个第二控制信号(cs52)以控制与所述谐波发生器(Ubg5)相对应的放大。
4.一种音频增强装置(EM2)，它包括：
接收输入音频信号的输入端；
提供输出信号的输出端；
第一处理部件，包括一个用于选择所述输入音频信号的超低音频率范围中的第一部分的选择装置(FM21)，并包括用于产生所选择的第一部分音频信号的谐波的谐波发生器(Hg2)，所述第一处理部件具有一个输出端，
其特征在于：所述音频增强装置还包括一个第二处理部件，所述第二处理部件的输入端连接到所述第一处理部件的输出端，所述第二处理部件包括：
第二选择装置，用于选择所述输入音频信号的比所选择的第一部分的频率范围高的频率范围中的第二部分；和
一个放大装置(AMM2)，用于放大所述选择的第二部分，所述放大装置的输出端连接到上述的音频增强装置的输出端。
5.一种音频系统，包括：
如权利要求1或4所述的音频增强装置(EM2)，以及
连接到所述音频增强装置(EM2)的输出端(O1)的一个扬声器。
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