CN1662100B - 低音强调电路以及低音强调处理方法 - Google Patents

Abstract

一种低音强调电路，其具有合成多个信道的输入声音信号的第1加法器，以及从上述第1加法器所合成的声音信号中，只让给定频带的信号通过的第1带通滤波器，以及生成通过了上述第1带通滤波器之后的声音信号的偶数次的高次谐波信号的全波整流电路。上述第1带通滤波器的下限频率，被设置为使得上述全波整流电路所生成的偶数次谐波信号中，相邻次数的高次谐波信号的频率间隔，为所使用的扬声器的再生下限频率到用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带的信号的临界带宽以上的值。

Description

低音强调电路以及低音强调处理方法

技术领域

本发明涉及一种在使用低音再生能力较低的小型扬声器、头戴式听筒的情况下，能够增强低音感的低音强调电路以及低音强调处理方法。 

背景技术

在听取作为基准频率f的信号的高次谐波的2f、3f、4f、...信号所构成的音的场合下，即使不包含有基准频率f的信号，也能够感觉到该频率f的音被再生出来，这是一种听觉心理现象。 

另外，作为高次谐波的生成方法，有各种方法，其中最简单的是通过对基准频率信号进行全波整流，来生成偶数次的高次谐波。 

但是，低音再生能力主要受到扬声器容积的限制。因此，电视等中所使用的小型扬声器中，无法得到充足的低音再生能力。作为解决该问题的方法，有一种是通过高次谐波信号所产生的听觉心理现象，来让人们感知到扬声器所无法再说的基准频率信号。特开平08-237800号公报中公布了一种技术，通过只对输入声音信号中的扬声器再生界限以下的低音域成分进行全波整流，来生成上述低音域成分的偶数次高次谐波，对所生成的高次谐波中的二次谐波进行放大，并与输入声音信号相加，来增强低音感。 

但是，这种以前的技术中，由于存在以下问题，因此即使能够识别出低音，但也是很不自然的音。 

(1)通常的大型TV中所使用的扬声器中，再生下限频率为150～180Hz左右。因此，对乐器音的高次谐波也生成了高次谐波，当再生乐器音时，就变得很不自然。另外，在再生低频率的高次谐波的情况下，高次谐波之间不协调。在对广带域的基准音生成高次谐波的情况下，各种高次谐波混合在一起，有时会无法识别低音部分。 

(2)在音乐等中只放大高次谐波并与声音信号相加的情况下，变得 非常不自然。另外，通过全波整流所生成的高次谐波的包络特性是固定的，无法得到自然的声音。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够得到具有协调性的自然的高次谐波，得到自然的再生音的低音强调电路以及低音强调处理程序。 

另外，本发明的目的在于，提供一种能够防止对乐器音的基准波及其高次谐波这两方生成2次谐波，从而能够得到自然的再生音的低音强调电路以及低音强调处理程序。 

另外，本发明的目的在于提供一种能够抑制高次谐波所产生的失调感的低音强调电路以及低音强调处理程序。 

基于本发明的低音强调电路的特征在于，具有：合成多个信道的输入声音信号的第1加法器；从上述第1加法器所合成的声音信号中，只让给定频带的信号通过的第1带通滤波器；生成通过了上述第1带通滤波器之后的声音信号的偶数次的高次谐波信号的全波整流电路；以及，根据上述全波整流电路所生成的高次谐波信号与上述各个信道的输入声音信号，对各个信道生成强调了其低音部的输出信号的输出信号生成电路。其中，上述第1带通滤波器的下限频率被设置的值满足：在上述全波整流电路所生成的偶数次谐波信号中，相邻次数的高次谐波信号的频率间隔，为从所使用的扬声器的再生下限频率到用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带信号的临界带宽以上。上述输出信号生成电路具有：用来从上述全波整流电路所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止的低通滤波器；对每个信道分别设置，且将通过了上述低通滤波器的高次谐波信号，与上述各个信道的输入声音信号分别相加的多个第2加法器；对每个信道分别设置，且从对应于该信道的上述第2加法器的输出信号中，将所使用的扬声器所无法再生低频带域的信号截止的多个高通滤波器；对每个信道分别设置，且对通过了对应于该信道的上述高通滤波器的信号中低频带域的信号进行放大的多个放大器；以及对每个信道分别设置，且将通过了对应于该信道的上述高 通滤波器的信号，与对应于该信道的上述放大器的输出信号合成起来的多个第3加法器。 

作为优选方式，上述第1带通滤波器的上限频率，被设置为上述第1带通滤波器的下限频率的2倍以下的值。 

作为上述输出信号生成电路，例如具有：从上述全波整流电路所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止，同时将所使用的扬声器所无法再生的低频带域信号截止的第2带通滤波器；对每个信道分别设置，且从对应于该信道的输入声音信号中，将所使用的扬声器所无法再生低频带域的信号截止的多个高通滤波器；对每个信道分别设置，且将通过了对应于该信道的上述高通滤波器的声音信号，与通过了上述第2带通滤波器的高次谐波信号相加的多个第2加法器；对每个信道分别设置，对通过了对应于该信道的上述第2放大器的输出信号中的低频带域的信号进行放大的多个放大器；以及，对每个信道分别设置，且将通过了对应于该信道的上述第2加法器的输出信号，与对应于该信道的上述放大器的输出信号合成起来的多个第3加法器。 

基于本发明的低音强调处理方法的特征在于，具有：合成多个信道的输入声音信号的第1步骤；使用第1带通滤波器，从上述第1步骤所合成的声音信号中，只抽出给定频带的信号的第2步骤；生成通过了上述第1带通滤波器之后的声音信号的偶数次的高次谐波信号的第3步骤；以及，根据上述第3步骤所生成的高次谐波信号与上述各个信道的输入声音信号，对各个信道生成强调了其低音部的输出信号的第4步骤。其中，上述第1带通滤波器的下限频率被设置的值满足：上述第3步骤所生成的偶数次谐波信号中，相邻次数的高次谐波信号的频率间隔，为从所使用的扬声器的再生下限频率到用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带信号的临界带宽以上。上述第4步骤具有：使用低通滤波器，从上述第3步骤所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止的第5步骤；将通过了上述低通滤波器的高次谐波信号，与上述各个信道的输入声音信号分别相加的第6步骤；对每个信道分别使用高通滤波器，从上述第6步骤所得到的信号中，将所使用的扬声器 所无法再生低频带域的信号截止的第7步骤；对每个信道，将通过了上述高通滤波器的信号中的低频带域的信号进行放大的第8步骤；以及对每个信道，将通过了上述高通滤波器的信号，与通过上述第8步骤所得到的信号合成起来的第9步骤。 

作为优选方式，上述第1带通滤波器的上限频率，被设置为上述第1带通滤波器的下限频率的2倍以下的值。 

上述第4步骤，例如具有：使用第2带通滤波器，从上述第3步骤所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止，同时将所使用的扬声器所无法再生的低频带域信号截止的第10步骤；对每个信道，分别使用高通滤波器，从对应于该信道的输入声音信号中，将所使用的扬声器所无法再生低频带域的信号截止的第11步骤；对每个信道，将通过了上述高通滤波器的声音信号，与通过了上述第2带通滤波器的高次谐波信号相加的第12步骤；对每个信道，将上述第12步骤所得到的信号中的低频带域的信号进行放大的第13步骤；以及，对每个信道，将上述第12步骤所得到的信号，与上述第13步骤所得到的信号合成起来的第14步骤。 

附图说明

图1为说明实施方式1的低音强调电路的构成的方框图。 

图2为说明实施方式2的低音强调电路的构成的方框图。 

具体实施方式

下面对照附图对本发明的实施方式进行详细说明。 

[A]关于实施方式1的说明 

[1]对低音模拟再生装置的构成进行说明。 

图1中显示了实施方式1的低音强调电路的构成。 

低音强调电路中，被输入了由L信道信号(Lch in)与R信道信号(Rchin)构成的声音信号。L信道信号经延迟电路1L以及放大器2L，被传送给加法器3L。另外，L信道信号还被传送给加法器11。R信道信号经延迟电 路1R以及放大器2R，被传送给加法器3R。另外，R信道信号还被传送给加法器11。 

加法器11中，将L信道信号与R信道信号相加。加法器11的输出，经只让给定频率带域的信号通过的带通滤波器(BPF1)12，被发送给全波整流电路13。关于带通滤波器(BPF1)12的特性以及功能，将在后面说明。全波整流电路13，生成通过了带通滤波器(BPF1)12的信号的偶数次高次谐波信号。全波整流电路13所生成的高次谐波信号，被发送给用来截止频率较高的成分的低通滤波器(LPF1)14。 

另外，如果对任意信号(sinθ)进行全波整流，则如下式(1)所示，生成偶数次的高次谐波。 

$\mathrm{abs}\left[\sin \mathrm{\θ}\right]=2/\mathrm{\π}+4/\mathrm{\π}\×\{(1/3)\×\sin 2\mathrm{\θ}-(1/15)\×\sin 4\mathrm{\θ}+(1/35)\×\sin 6\mathrm{\θ}\·\·\·\}---\left(1\right)$

上述式(1)中，abs[A]表示取A的绝对值。 

低通滤波器(LPF1)14所输出的信号，经放大器15L被发送给加法器3L。另外，低通滤波器(LPF1)14所输出的信号，经放大器15R被发送给加法器3R。 

加法器3L中，将放大器2L的输出信号(原音信号)与放大器15L的输出信号(高次谐波信号)相加。加法器3L的输出信号，被输出给用来截止低频成分的高通滤波器(HPF)4L。关于高通滤波器(HPF)4L的特性以及功能将在后面说明。通过了高通滤波器(HPF)4L的信号，经延迟电路5L被发送给加法器8L。另外，通过了高通滤波器(HPF)4L的信号，经用来截止高频成分的低通滤波器(LPF2)6L以及放大器7L之后，被发送给加法器8L。关于低通滤波器(LPF2)6L的特性以及功能将在后面说明。加法器8L中，将延迟电路5L的输出信号与放大器7L的输出信号相加，作为L信道的输出信号(Lch out)，输出给图中未显示的L信道用扬声器。 

同样，加法器3R中，将放大器2R的输出信号(原音信号)与放大器15R的输出信号(高次谐波信号)相加。加法器3R的输出信号，被输出给用来截止低频成分的高通滤波器(HPF)4R。通过了高通滤波器(HPF)4R的信号，经延迟电路5R被发送给加法器8R。另外，通过了高通滤波器 (HPF)4R的信号，经用来截止高频成分的低通滤波器(LPF2)6R以及放大器7R之后，被发送给加法器8R。加法器8R中，将延迟电路5R的输出信号与放大器7R的输出信号相加，作为R信道的输出信号(Rch out)，输出给图中未显示的R信道用扬声器。 

另外，上述各个部分，既可以通过硬件来实现，又可以通过软件来实现。 

[2]关于各个滤波器的说明 

[2-1]关于带通滤波器(BPF1)(12)的说明 

带通滤波器(BPF1)12，是从L信道信号与R信道的合成信号中，只让给定频带的信号通过的滤波器。 

但是，扬声器的再生下限频率多是100Hz～200Hz。另外，由全波整流器13所生成的高次谐波信号中，用于低音强调的高次谐波的上限频率为500～600Hz左右。从扬声器的再生下限频率(100Hz～200Hz)，到距离用于低音强调的高次谐波的上限频率(500Hz～600Hz)之间的频带的信号的临界带宽约为80～100Hz。我们知道在听取具有临界带域以下的频率差的2个音时，会产生不协调音。另外，其频率差越小，其不协调性就越强，甚至变成使人耳鸣的声音。 

这里，本实施方式中，将带通滤波器(BPF1)12的下限频率，设定为相当于从扬声器的再生下限频率到距离用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带的信号的临界带宽的大约1/2的45Hz。通过这样设定带通滤波器(BPF1)12的下限频率，能够使得全波整流电路13所生成的偶数次的高次谐波信号中，相邻次数的高次波信号的频率间隔变为相当于上述临界带宽的90Hz以上，从而不会产生不协调音。 

另外，一般的乐器音中，由于含有高次谐波，如果将带通滤波器(BPF1)12的上限频率设定为较高，则由于全波整流电路13对乐器音的基准波及其高次谐波两者都生成2次谐波，因此会产生不自然的声音。这里，本实施方式中，将带通滤波器(BPF1)12的上限频率，设定为的下限频率的2倍以下。具体的说，将带通滤波器(BPF1)12的上限频率，设定为相当于带通滤波器(BPF1)12的下限频率45Hz的2倍的90Hz。 

[2-2]关于低通滤波器(LPF1)14的说明(之一) 

低通滤波器(LPF1)14，是为了从全波整流电路13所生成的高次谐波中，截止高频成分而设置的。低通滤波器(LPF1)14的截止频率被设定为低通滤波器(LPF2)6L、6R的截止频率以上。 

[2-3]关于高通滤波器(HPF)4L、4R的说明 

高通滤波器(HPF)4L、4R是用来从原音的信号与低音强调用高次谐波相加所得到的信号中，将所使用的扬声器所无法再生的带域的低音信号截止而设置的。另外，高通滤波器(HPF)4L、4R还具有抑制放大器7L、7R的放大所引起的信号饱和的作用。 

[2-4]关于低通滤波器(LPF2)6L、6R的说明 

低通滤波器(LPF2)6L、6R的截止频率，被设置为小于低通滤波器(LPF1)14的截止频率的值。 

低通滤波器(LPF2)6L、6R，从通过了高通滤波器(HPF)4L、4R的信号中，将高频成分截止。通过了低通滤波器(LPF2)6L、6R的信号被放大器7L、7R放大之后，与通过了高通滤波器(HPF)4L、4R的信号合成。 

也即，原音信号与低音强调用高次谐波信号的合成信号中，由低通滤波器(LPF2)6L、6R所决定的频带的信号被放大，放大之后的信号(强调信号)与原音信号进行合成。通过这样，并不只是对低音强调用高次谐波信号进行放大，而是将原音信号与低音强调用高次谐信号的合成信号中的给定带域成分放大，因此，与只放大低音强调用高次谐波信号的情况相比，能够抑制高次谐波所产生的失调感，作为波及效果，还能够增强具有穿透力的重低音感。 

[2-5]关于低通滤波器(LPF1)14的说明(之二) 

但是，对超出了必要限度的高次谐波进行强调，就会变成刺耳的声音，因此，设置低通滤波器(LPF1)14的截止频率，从而对作为带通滤波器(BPF1)12的上限频率的90Hz的基准频率，使其n次、(n+2)次这两个高次谐波通过。n为90Hz的基准频率的偶数次的高次谐波中，扬声器的再生下限频率以上的带域中的频率最低的高次谐波所对应的次数。对于45Hz的信号，最多4个高次谐波通过低通滤波器(LPF1)14。 

例如，在使用无法再生200Hz以下的信号的扬声器的情况下，通过带 通滤波器(BPF1)12的上限频率90Hz的信号的高次谐波为180Hz、360Hz、540Hz，如果存在扬声器所能够再生的4次与6次谐波，就能够识别出90Hz的基准音，因此，将低通滤波器(LPF1)14的截止频率设定为540Hz。 

这种情况下，对应于带通滤波器(BPF1)12的下限频率45Hz的信号的高次谐波为90Hz、180Hz、270Hz、360Hz、450Hz、540Hz，从而使得扬声器所能够再生的6次、8次、10次、12次谐波通过低通滤波器(LPF1)14。 

另外，表1中显示了上述各种滤波器对所使用的扬声器类型(再生下限频率)的特性。表1中，BPF1表示带通滤波器12的下限频率已经上限频率，LPF1表示低通滤波器13的截止频率，HPF表示高通滤波器4L、4R的截止频率，LPF2表示低通滤波器6L、6R的截止频率。 

表1 

扬声器类型(再生下限频率)	120Hz	150Hz	180Hz
				BPF1	45～60Hz	45～90Hz	45～90Hz
LPF1	～360Hz	～360Hz	～360Hz
				HPF	120Hz或180  Hz	150Hz～或  180～	180Hz～或  180Hz
LPF2	～240Hz	～300Hz	～360Hz

根据上述实施方式，通过带通滤波器(BPF1)12，将产生了高次谐波的基准信号的频带设定在上述特定的带域内，因此能够得到具有和谐性的自然的高次谐波，从而能够得到自然的再生音。另外，还能够防止对乐器音的基准波及其高次谐波这两者都生成2次谐波，得到自然的再生音。 

另外，将原音信号与低音强调用高次谐波信号合成起来之后，对低通滤波器(LPF2)6L、6R所决定的频带信号进行放大，将所放大的信号(强调信号)与原音信号合成起来，因此，也就是将高次谐波与原音一起强调，所以抑制了高次谐波所产生的失调感。其结果是，能够加强对基准音(低音)的识别。 

[B]关于实施方式2的说明。 

图2中显示了作为实施方式2的强调电路的构成。 

实施方式2中，以下几点与实施方式1不同。 

(1)高通滤波器(HPF)4L、4R设置在加法器3L、3R的前面而不是后面。与此同时，使用具有低通滤波器(LPF1)14与高通滤波器(HPF)4L、4R双方功能的带通滤波器(BPF2)16，来代替设置在全波整流电路13后面的低通滤波器(LPF)14。 

(2)为了进一步缓和只对原音的特定带域进行强调所产生的失调感，还设置了与低通滤波器(LPF2)6L(6R)和放大器7L(7R)的串联电路相并联的，低通滤波器(LPF3)9L(9R)与放大器10L(10R)所构成的串联电路。这种情况下的低通滤波器(LPF2)6L(6R)与低通滤波器(LPF3)9L(9R)的特性例如如表2所示。另外，如果设对通过了低通滤波器(LPF2)6L(6R)的信号进行放大的放大器7L(7R)的增益为G1，设对通过了低通滤波器(LPF3)9L(9R)的信号进行放大的放大器10L(10R)的增益为G2，则将G1、G2设置为G1＞G2。 

表2 

扬声器类型(再生下限频率)	120Hz	150Hz	180Hz
				LPF2	～240Hz	～300Hz	～360Hz
LPF3	～360Hz	～450Hz	～540Hz

Claims (4)

1.一种低音强调电路，其特征在于，具有：

合成多个信道的输入声音信号的第1加法器；

从上述第1加法器所合成的声音信号中，只让给定频带的信号通过的第1带通滤波器；

生成通过了上述第1带通滤波器之后的声音信号的偶数次的高次谐波信号的全波整流电路；以及

根据上述全波整流电路所生成的高次谐波信号与上述各个信道的输入声音信号，对各个信道生成强调了其低音部的输出信号的输出信号生成电路，

其中，上述第1带通滤波器的下限频率被设置的值满足：上述全波整流电路所生成的偶数次谐波信号中，相邻次数的高次谐波信号的频率间隔，为从所使用的扬声器的再生下限频率到用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带信号的临界带宽以上，

上述输出信号生成电路具有：

用来从上述全波整流电路所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止的低通滤波器；

对每个信道分别设置，且将通过了上述低通滤波器的高次谐波信号，与上述各个信道的输入声音信号分别相加的多个第2加法器；

对每个信道分别设置，且从对应于该信道的上述第2加法器的输出信号中，将所使用的扬声器所无法再生低频带域的信号截止的多个高通滤波器；

对每个信道分别设置，且对通过了对应于该信道的上述高通滤波器的信号中低频带域的信号进行放大的多个放大器；以及

对每个信道分别设置，且将通过了对应于该信道的上述高通滤波器的信号，与对应于该信道的上述放大器的输出信号合成起来的多个第3加法器。

2.根据权利要求1所述的低音强调电路，其特征在于：

上述第1带通滤波器的上限频率，被设置为上述第1带通滤波器的下限频率的2倍以下的值。

3.一种低音强调处理方法，其特征在于，具有：

合成多个信道的输入声音信号的第1步骤；

使用第1带通滤波器，从上述第1步骤所合成的声音信号中，只抽出给定频带的信号的第2步骤；

生成通过了上述第1带通滤波器之后的声音信号的偶数次的高次谐波信号的第3步骤；以及

根据上述第3步骤所生成的高次谐波信号与上述各个信道的输入声音信号，对各个信道生成强调了其低音部的输出信号的第4步骤，

其中，上述第1带通滤波器的下限频率被设置的值满足：上述第3步骤所生成的偶数次谐波信号中，相邻次数的高次谐波信号的频率间隔，为从所使用的扬声器的再生下限频率到用于低音强调的高次谐波的上限频率之间的频带信号的临界带宽以上，

上述第4步骤具有：

使用低通滤波器，从上述第3步骤所生成的高次谐波信号中，将超过为了低音强调所要使用的高次谐波的上限频率的高频带域的信号截止的第5步骤；

将通过了上述低通滤波器的高次谐波信号，与上述各个信道的输入声音信号分别相加的第6步骤；

对每个信道分别使用高通滤波器，从上述第6步骤所得到的信号中，将所使用的扬声器所无法再生低频带域的信号截止的第7步骤；

对每个信道，将通过了上述高通滤波器的信号中的低频带域的信号进行放大的第8步骤；以及

对每个信道，将通过了上述高通滤波器的信号，与通过上述第8步骤所得到的信号合成起来的第9步骤。

4.根据权利要求3所述的低音强调处理方法，其特征在于：

上述第1带通滤波器的上限频率，被设置为上述第1带通滤波器的下限频率的2倍以下的值。

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