CN1630427A - 一种低音增效处理的方法 - Google Patents

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周耀良
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Abstract

本发明一种低音增效处理的方法，其是将低频段的基频信号变换成谐波信号进行处理。所述的低频段的基频信号经过非线性处理后产生多次谐波信号。所述的基频信号产生的响度和谐波信号产生的响度匹配。所述的基频的各次谐波分量是将基频信号与各控制信号相乘运算得到。通过将低频段的基频信号经过非线性处理成较高频率的多次谐波，从而利用谐波信号易于处理的优点而达到同样的低频处理效果，而且由于仅仅是在处理方法上进行了改进，而不需要对设备进行改进，进而在保证低音效果的同时也降低了音箱产品的成本。

Description

一种低音增效处理的方法
【技术领域】
本发明是关于一种音箱中音频信号的处理方法，尤其是关于一种低音信号的处理方法。
【背景技术】
音响系统的小型化是产品的一个重要方向，家庭用的音响系统为了得到优秀的发声效果目前大量采用分频段发音的方法(如5.1声道技术和系统)，对不同的频段用不同特性的音箱发声，主要的原因在于目前不可能一个音箱能提供音频全频段的高保真放音效果，目前在低音段，普遍采用低音专用音箱(一般称为“低音炮”)放音。一般而言，小型化的放音系统一般不要求全频段的放音效果，但相对而言，在小型化设备中对低音效果的损害远远大于较大型设备中的低音效果，因此对于小型化设备中的低音放音效果的处理和提升显得尤为重要。
低音效果的不理想的原因是物理性的，就物理原因而言，是电声换能器(如扬声器等)固有的低频响应的问题。电声换能器在低频信号驱动时，其声音响度和音质会大大下降(低音质、低效率)，造成我们无法听到或仅仅听到部分低频声音。低频信号转换成声音的低效根源是扬声器的尺寸远小于声频信号的波长。频率在20Hz-300Hz的声频信号的波长大约在1-10米范围内，而电声换能器的物理尺寸远小于该波长，甚至在某些情况下，换能器的尺寸大约是低频信号波长的1/100。该先天性的缺陷导致了换能器在低频信号时的转换效率远小于在高频声频信号时的转换效率，从而损害低频的输出效果。
进一步损害低频生理声学感观效果的原因来源于人的听觉系统的反映，从生理声学原理中，我们知道，声音频率小于300Hz(和大于5000Hz)时，人耳对于该频段的响应的生理曲线是非线性的，因此在复杂声频中(包括大范围的频率)，低频、中频、高频的平衡与整个声音信号的强度有关，从而构成复杂的相互间关系(低频、中频和高频)。当调低音乐信号整个声压级(SPL)时，中高频的响度相应衰减，但低频范围响度的衰减因子将更高，造成低音效果的迅速下降，因此，控制听觉的低频生理声学感知是非常困难的。
目前处理这种效应的方法主要是通过补偿来改善该效应的低频声音信号，这样做的效果同时引来其他无法解决的问题，即提升低频信号的幅度补偿会导致音频声波的失真，会带来一些新的问题，如要求扩大音频信号动态范围和容易造成音响设备的过载，而且改善由于扬声器造成的低频声波的衰减(其声压在其截止频率以下以每倍频程约40dB衰减)往往会增加器件和材料成本，在大量应用的场合(如多媒体音箱)，对于生产成本控制是非常不利的。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能完善音箱产品低音效果且成本较低的低音增效处理的方法。
本发明的目的是这样实现的：该一种低音增效处理的方法，其是将低频段的基频信号变换成谐波信号进行处理。
所述的低频段的基频信号经过非线性处理后产生多次谐波信号。
所述的基频信号产生的响度和谐波信号产生的响度匹配。
所述的基频的各次谐波分量是将基频信号与各控制信号相乘运算得到。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过将低频段的基频信号经过非线性处理成较高频率的多次谐波，从而利用谐波信号易于处理的优点而达到同样的低频处理效果，而且由于仅仅是在处理方法上进行了改进，而不需要对设备进行改进，进而在保证低音效果的同时也降低了音箱产品的成本。
【附图说明】
图1是本发明一种低音增效处理的方法的原理图。
【具体实施方式】
本发明一种低音增效处理的方法是将低频段的音频(基频)用其多次谐波信号代替，通过对该具有较高频率的多次谐波信号进行处理，进而达到同样的低频效果。对于一个输入信号为70HZ的低频信号，经过处理后产生包括了70HZ(基频)、140HZ(二次谐波)、210HZ(三次谐波)、280HZ(四次谐波)......等各次谐波的输出信号，这些谐波信号能够组合出原来70HZ(基频)信号的音调和音色，从而可以替代原来的基频信号。一般的，输入的低频信号(基频)经过一系列的处理后，产生了多次谐波，通过对主要的2、3、4次谐波能量的控制就能较好的调整音频的响度和音色，从而达到较佳的音频处理效果。
在上述方式中，为了提高低音的听觉效果，产生谐波信号是必须的，该产生谐波信号的办法有许多，主要是将信号通过非线性器件或非线性运算(如全波整流，限幅器等)。另外，同样能量条件下基频信号产生的响度效果和谐波信号产生的响度效果是不一样的，要使人耳在感觉上产生响度的一致性，必须控制多次谐波的能量分布，从而获得满意的音频处理效果，所以，在用谐波提升音频低音声效过程中，必须要控制各谐波(或主要谐波)的能量，以使谐波的能量和基频的能量相匹配，即需要基频信号产生的响度和谐波信号产生的响度匹配。
请参阅图1，其为本发明的原理图。低频信号S1输入到乘法器2与S7进行乘法运算后得到信号S2，通过适当的控制，S2的谐波以2次谐波分量为主；乘法器4将经过幅度调整的信号与低频信号S1相乘后得到信号S3，S3的谐波以3次谐波分量为主；同理，S4以4次谐波分量为主。乘法器8、乘法器16、乘法器14用于进一步控制信号的谐波分量的幅度，从而影响信号S6的谐波各分量的能量分布；具体地，乘法器8主要控制S4的4次谐波分量，结果为信号S5，其能量由控制信号20决定，控制信号20是实时变化的量，由信号控制计19计算得到；同样，乘法器16主要控制S3的3次谐波分量；乘法器14主要控制S2的2次谐波分量。乘法器12可以控制整个信号谐波能量的分布，进一步加强了对谐波信号能量的控制。图中的常量衰减器3、5、7、11用于对于谐波的总体固定控制。固定控制和时变控制CS1、CS2、CS3及CS4相结合构成了对于谐波信号能量分布的有效控制。通过计算仿真可选择常量衰减器3、5、7、11中的参数g2、g3、g4、g1，可满足一定动态范围内的信号的谐波能量的控制要求，进一步较精确的控制由时变控制CS1、CS2、CS3和CS4完成。所述的控制信号计算19是根据心理声学的内容，来确定基频和谐波能量的关系、谐波的分量组成及能量分布。
上述实施方式中，S7是一个包含多次谐波的信号，因为各次谐波的能量分布基本预先确定，可通过S7信号的包络提取出需要控制的谐波的能量，通过不同次数的谐波能量，即可产生该次谐波的控制信号，即图中的控制信号20、21、22，通过乘法器8、16、14从而控制下一次谐波产生的能量分布，从而使不同次数的谐波能量在短时间内处于稳定状态。控制信号23是从S7信号的包络计算得到的，它能根据系统产生的谐波信号的能量变化自动调节其参数，通过乘法器12相乘后使谐波的能量在短时间内处于一种稳定的状态，并且使输出谐波的能量的动态变化与输入低频信号的能量变化处于一种稳定的关系。样点延迟主要是数字电路实现需要决定的，因为系统的工作频率远大于低频信号的最高频率，其对谐波信号的产生可以忽略不计。
在本发明中，通过将低频段的基频信号经过非线性处理成较高频率的多次谐波，从而利用谐波信号易于处理的优点而达到同样的低频处理效果，而且由于仅仅是在处理方法上进行了改进，而不需要对设备进行改进，进而在保证低音效果的同时也降低了音箱产品的成本。

Claims (9)

1.一种低音增效处理的方法，其特征在于：其是将低频段的基频信号变换成谐波信号进行处理。
2.如权利要求1所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的低频段的基频信号经过非线性处理后产生多次谐波信号。
3.如权利要求2所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的非线行处理是通过非线性器件或非线性运算得到。
4.如权利要求1-3任意项所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的基频信号产生的响度和谐波信号产生的响度匹配。
5.如权利要求3所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的基频的各次谐波分量是将基频信号与各控制信号相乘运算得到。
6.如权利要求5所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的各次谐波的能量是通过乘法器控制。
7.如权利要求6所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的各次谐波之间还通过常量衰减器进行各次谐波能量的固定控制。
8.如权利要求7所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述的各次谐波还通过时变控制器控制各次谐波的能量。
9.如权利要求8所述的一种低音增效处理的方法，其特征在于：所述固定控制器和时变控制器是通过控制信号计算模块控制。
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