CN1582602A - 低音频率放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于音频信号低音频率的一种放大装置。将低音成分传送给一个可调的放大器。比较电路将所述放大器输出端和输入端的信号进行比较。如果正向耦连信号的电平大于反向耦连信号的电平，则低音功率被降低，否则被提高。对于平面扬声器振动峰值在时间上和在频率上被减小。

Description

低音频率放大装置
本发明是关于音频信号低音频率的一种放大装置，它有将音频信号分解为一个第一信号部分和一个第二信号部分的第一批工具，有一个放大器，该放大器有个带一个可调放大电路和一个用于压缩第二个信号部分的控制电路的峰值压缩器，并用第二批工具将第一个信号部分和压缩了的第二个信号部分归并到一起。
这样一种装置从US-PS 6,359,655就已知。这种装置有一个经反馈可调的放大器，放大器的增益随低音成分变化。在低电平时，低音信号的增益较高，在高电平时就较低。为了通过带锥形扬声器膜片的电动式扬声器达到良好的音响效果，这类低音放大就足够了。
对于通过平面扬声器的声音重放，这类低音放大就不适合。平面扬声器有个位于一个平面上的发射面，以下也称为板，并且也称作为在分布模式下工作的扬声器(distributed mode speaker)。由于美学原因，平面扬声器的应用越来越广泛。用平面扬声器越来越不能使低音重放令人满意。按照机械结构，与带有锥形膜片的电动式扬声器相比，平面扬声器的振动受到限制。用电的装置放大低音频率能很快造成失真，尤其能造成机械限幅和声音干扰，往往在通过放大器实现电限幅之前就够了。
因此本发明所基于的任务是给出一种用于平面扬声器的放大器。
这个任务按照权利要求1的特征被解决。按照本发明，放大器有个比较电路，该比较电路带有一个耦连到输入端的一个正向耦合回线部分和带有一个耦连到峰值压缩器一个输出端的一个反馈回线部分。耦合的回线部分是一个正向调节的部分，该正向调节阻止将具有非常高的峰值信号输送给放大器并再继续传送到扬声器。因此，就给出了一个正向调节的、低音压缩的音频-系统和-方法，它提高了低音功率，同时阻止了诸如扬声器的机械限幅那样可感觉到的干扰。低音信号的平均值按区域的方式不仅在时间上而且在频率上都是最大的。设想是，将低音信号补充输送给平面扬声器，该低音信号使可听到的声音最大化，同时又为平面扬声器在时间上和频率上降低振动峰值。
有利的方式是，比较电路为从正向耦合的回线部分进入的输入数值提供因数0.3-0.7，有利的方式是0.4-0.6，尤其是因数0.5。如果在正向调节中检测到的峰值用因数0.5放大，这相当于压缩率为50％，则与一个被断开的峰值压缩相比，可以将音量调节接通到高于3dB以上。音量调节也取决于在峰值-压缩装置中增益调节的衰减时间，该衰减时间在下面也称为减幅时间。
有利的方式是，分解音频信号的第一批工具有一个带通滤波器。用已限带宽的信号，峰值压缩器能干净利落地工作。此外，没有必要去扩大扬声器不能重放的频率，尤其是过低的频率。
有利的方式是，分解音频信号的第一批工具有一个加法电路。如果将扬声器共振频率以下的频率、也就是一个听者不能测定其来源方位的频率放大，则能将两个或多个频道的低音频率归并到一个或多个加法电路中，由一个单一的压缩器来处理并经过一个或多个扬声器重放。
在低音信号被处理期间，在直接路径上的信号能够被扬声器共振频率以上的一个可自由选择的高通滤波器滤波。因此，只将低音信号各个被处理的最小化的振动峰值传送给扬声器。
有利的方式是，放大器有自动增益控制。该增益控制检查音频装置的输出电平并减少低音路径的功率，前题是被检查的电平在一个定义的目标电平以上。因此，机械限幅在很高的输出电平时被阻止。输出电平是在第一个和第二个被压缩了的信号部分相加之后和在可用手调节的音量控制之后得出的电平。
为了更好地理解本发明，下面用一个附图详细阐述一个实施例。
示出的有
图1具有一个峰值压缩器的放大低音频率的一种装置的方块图；
图2峰值压缩器的电路图。
图1示出的是用于放大低音频率的一种装置1，该装置带有两个输入端2和3、一个加法器4、一个高通滤波器5、一个带通滤波器6、一个第二个高通滤波器7、一个放大器8、两个另外的加法器9和10、两个输出端11和12、和两个另外的输入端13和14。放大器8有一个峰值压缩器15和一个自动增益控制16。峰值压缩器15有一个可调节的放大电路17、一个控制电路18和一个比较器19。一个正向耦合的回线部分20将可调放大器17的一个输入端21与比较器19连接，并且一个反向耦合的回线部分22将可调放大器17的一个输出端23与比较器19连接。自动增益控制16有一个另外的可调放大电路24、一个另外的控制电路25和一个第二个比较器26。在输出端11和12上，连接有两个可用手操作的音量调节27和28，其将信号输出到(未示出)扬声器。音量调节27和28的输出端连接在输入端13和14上，这两个输入端用导电的连接控制第二个比较器26。
该装置的功能如下：将带有左和右各一个频道的一个立体声系统的两个数字音频信号AL和AR加在装置1的输入端2和3上。将两个音频信号AL和AR传送给加法器4，相加，并将相加后的信号限制在带通滤波器6的频带中。装置1有一条具有带通滤波器6、压缩低音信号振幅峰值的正向调节峰值压缩器15和如果输出电平过高就将数值降低的自动增益调节16的特殊实施的低音路径29。带通滤波器6是一个带有一个无限脉冲响应(IIR＝infinite impulse response)的IIR滤波器。峰值压缩器15稳定信号的峰值，而同时脉冲的尾部受到保护或得以保持。在低音路径29的输入端，有加法器4，它将左和右频道的信号相加。然后低音路径29的输出信号可以被直接加给左和右路径30和31的被高通滤波器滤波过的信号。
图2示出的是带有放大电路17、控制电路18和比较器19的峰值压缩器15。比较器19在它的被布置到正向调节回线部分20的输入端32上，有个电平识别电路33。电路33通过具有一个很短的为0.1ms的反应时间和一个很长的为3秒的衰减时间的正向调节，检测最大的信号峰值。将一个n-数值的数字输入信号x传送给电平识别电路33，以下也称作为滤波器，并且识别电路33输出一个n-数值的数字信号y，该信号可以用常数Ta和Tr如下计算：
   y(n)＝|x(n)|+Kp*(y(n-1)-|x(n)|)+Km*|(y(n-1)-|x(n)|)|
其中
Kp＝(Kr+Ka)/2
Km＝(Kr-Ka)/2
Kr＝exp(-1/(Tr*样本频率))
Ka＝exp(-1/Ta*样本频率))
输入信号的绝对值是传送给一个一阶的接入滤波器(Angriffsfilter)和释放滤波器(Freigabefilter)33的。用一个短的起振时间Ta和一个较长的减幅时间Tr，输入信号x(n)的峰值在具有信号y(n)的滤波器33的输出端上。样本频率(Musterfrequenz)是通过出现两个连续样本之间的时间间隔定义的。
在滤波器33后接着一个放大器34。放大器34用因数0.3-0.7放大输入信号y(n)，有利的方式是用0.4-0.6，尤其是用因数0.5。在一个第二朝向反向耦合回线部分22的输入端35上，有另一个电平识别电路36。这个电平识别电路36的功能按照为电平识别电路33所阐述的同样功能而工作。识别电路33经过放大器34给出信号，识别电路36直接将信号给到一个比较电路37上。一个输出信号从比较电路37到达带有一个增益降低电路38和一个增益提高电路39的控制电路18。电路33-39如下工作：
在比较电路37中，将减少50％的滤波器33的滤波响应与滤波器36的滤波响应进行比较。如果变化了50％的数值大于由滤波器36的反向耦合回线来的滤波响应，则在降低电路38中放大器的增益用常数DEC_GAIN来减小。如果数值较大，在增益提高电路39中放大器17的增益用常数INC_GAIN扩大。放大因数的极限值为1.0和0.01。
增益＝增益*INC_GAIN
增益＝增益*DEC_GAIN
INC_GAIN＝10exp(24/(起振时间*样本频率*20))
DEC_GAIN＝10exp(-24/(减幅时间*样本频率*20))
滤波器33的减少了50％的滤波响应成为一个目标电平。将这个目标电平与通过反馈检测到的峰值比较，并且控制电路18用一个很短的为20ms的减幅时间调节在输出端上应用的增益，以便将目标电平确定，以很快地消除由于输入端-信号的干扰。50ms的上升时间持续较长，以便得到信号-干扰的整个延续时间的时间帧，不顾这些，信号将被减弱。压缩器15与音量控制无关地稳定信号的峰值，且没有增加不希望有的干扰。声音保持纯正且没有信号畸变，即没有不希望可感受到的干扰。因为电平检测是向前调节的，峰值压缩只与输入-信号AL和AR有关。用这种装置可得到高峰值压缩率，这些压缩率低于由正向调节检测到的峰值-电平的0.5倍。
因为在此锥形扬声器膜片或板的振动是重要的，要注意振动曲线与频率的关系。此关系由扬声器的特征参数，如Small和Thiele参数确定。从曲线和扬声器的压力响应能推导出可能的低音提升，它使低音-频率-压力响应最大化，而在振动曲线中的最大值没有被提高。
随着在带通滤波器6中的放大，可得到更多可感受的低音频率，只是降低了低音频率的尖峰。
                    参考符号表
1低音频率放大装置
2输入端
3输入端
4加法器
5高通滤波器
6带通滤波器
7高通滤波器
8放大器
9加法器
10加法器
11输出端
12输出端
13输入端
14输入端
15峰值压缩器
16自动增益调节
17放大电路
18控制电路
19比较器
20正向调节回线部分
21输入端
22反向调节回线部分
23输出端
24放大电路
25控制电路
26比较器
27音量调节
28音量调节
29低音路径
30路径
31路径
32输入端
33电平识别电路
34放大器
35输入端
36电平识别电路
37比较电路
38增益降低电路
39增益提高电路

Claims (7)

1.音频信号(AL，AR)低音频率的放大装置(1)，它有将音频信号(AL，AR)分解为一个第一信号部分和一个第二信号部分的第一批工具(4，5，6和7)，有一个放大器(8)，该放大器有个具有一个可调放大电路(17)和一个的用于压缩第二个信号部分的控制电路(18)峰值压缩器(15)，并用第二批工具(9，10)将第一个信号部分和压缩了的第二个信号部分归并到一起，
其特征在于：
峰值压缩器(15)具有个带有一个到输入端(21)的正向耦连的回线部分(20)和带有一个到峰值压缩器(15)的输出端(23)的反向耦连回线部分(22)的比较电路(19)。
2.如权利要求1的装置，
其特征在于：
比较电路(19)为从输入端(22)进入的输入数值提供因数0.3-0.7、有利的方式是0.4-0.6、尤其是因数0.5。
3.如权利要求1的装置，
其特征在于：
第一批工具(4，5，6和7)为了分解音频信号(AL，AR)有个带通滤波器(6)。
4.如权利要求1或3的装置，
其特征在于：
第一批工具(4，5，6和7)为了分解音频信号(AL，AR)有个加法电路(4)。
5.如权利要求1或2的装置，
其特征在于：
放大器(8)有个自动增益控制器(16)。
6.带有左、右各一个频道的立体声系统的一左和一右数字音频信号(AL，AR)低音频率的放大方法，以下列方法步骤进行：
-将音频信号(AL，AR)带通限制，
-然后被带通限制的音频信号(AL，AR)在正向和反向耦接的峰值压缩器中被压缩，
-此外将音频信号(AL，AR)高通滤波以及
-将被压缩的音频信号加给高通滤波过的音频信号。
7.如权利要求6的方法，
其特征在于：
将带通限制前的左和右音频信号相加，并且将相加后的信号压缩后加给各自的高通滤波过的音频信号。
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