CN1801611A - 一种低音增效处理的方法和装置 - Google Patents

一种低音增效处理的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1801611A
CN1801611A CNA2005101210690A CN200510121069A CN1801611A CN 1801611 A CN1801611 A CN 1801611A CN A2005101210690 A CNA2005101210690 A CN A2005101210690A CN 200510121069 A CN200510121069 A CN 200510121069A CN 1801611 A CN1801611 A CN 1801611A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
harmonic
output
gain control
harmonic signal
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
CNA2005101210690A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1801611B (zh
Inventor
林雁
周耀良
郭平日
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.)
LANGUANG ELECTRONIC GROUP CO Ltd SHENZHEN
Original Assignee
LANGUANG ELECTRONIC GROUP CO Ltd SHENZHEN
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 LANGUANG ELECTRONIC GROUP CO Ltd SHENZHEN filed Critical LANGUANG ELECTRONIC GROUP CO Ltd SHENZHEN
Priority to CN200510121069A priority Critical patent/CN1801611B/zh
Publication of CN1801611A publication Critical patent/CN1801611A/zh
Priority to US11/521,751 priority patent/US20070140511A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN1801611B publication Critical patent/CN1801611B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
    • G10H1/0091—Means for obtaining special acoustic effects
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
    • G10H1/02—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos
    • G10H1/06—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour
    • G10H1/12—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour by filtering complex waveforms
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H5/00—Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators
    • G10H5/02—Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators using generation of basic tones
    • G10H5/06—Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators using generation of basic tones tones generated by frequency multiplication or division of a basic tone
    • G10H5/07—Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators using generation of basic tones tones generated by frequency multiplication or division of a basic tone resulting in complex waveforms
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2210/00—Aspects or methods of musical processing having intrinsic musical character, i.e. involving musical theory or musical parameters or relying on musical knowledge, as applied in electrophonic musical tools or instruments
    • G10H2210/155—Musical effects
    • G10H2210/315—Dynamic effects for musical purposes, i.e. musical sound effects controlled by the amplitude of the time domain audio envelope, e.g. loudness-dependent tone color or musically desired dynamic range compression or expansion
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2250/00—Aspects of algorithms or signal processing methods without intrinsic musical character, yet specifically adapted for or used in electrophonic musical processing
    • G10H2250/471—General musical sound synthesis principles, i.e. sound category-independent synthesis methods
    • G10H2250/481—Formant synthesis, i.e. simulating the human speech production mechanism by exciting formant resonators, e.g. mimicking vocal tract filtering as in LPC synthesis vocoders, wherein musical instruments may be used as excitation signal to the time-varying filter estimated from a singer's speech

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

本发明为一种低音增效处理的方法和装置。本发明的方法是将低频段的基频信号变换成2、3、4次谐波信号的有效组合，各次谐波信号产生的响度与基频信号产生的响度匹配。本发明的装置包括将输入信号滤波得到低频信号的带通滤波器、将低频信号自相乘、低频信号与2、3次谐波信号相乘产生2、3、4次谐波的乘法器、将低频信号的能量进行检测的能量检测器、根据能量检测器的检测结果计算出输出控制信号以控制各次谐波信号的时变增益的自动增益控制模块，将各次谐波进行固定增益控制的常量衰减器、将2、3、4次有效谐波相加的加法器等。本发明的方法和装置硬件实现较为简单，而且可达到较好的低音增强效果。

Description

一种低音增效处理的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种音响系统中低频信号的增效处理方法和装置。
背景技术
人们一直把音响系统的低频响应特性作为衡量该产品质量的重要指标，但许多产品受尺寸、成本和功率等因素限制，其低频部分表现不尽如人意。一般传统的低音增强方法是提升低频部分的能量，但也带来了很多问题，比如容易造成扬声器和放大器的过载、非线性失真严重等，特别对于较低档、小型化的音响系统更是如此，其低音表现浑浊，经常出现出劈裂声、爆破声、嗡鸣声等明显的失真声音，甚至造成扬声器的物理损坏。
由心理声学的原理我们得知：如果音频信号的频谱中不包括某一基频，但存在该基频的有效谐波组合，我们也能清楚地确定该基频音调的高低。根据该原理，现在已出现了把对音频低频部分的处理转移到其谐波信号频段的处理技术，该类技术利用谐波频段相对低音部分更易于扬声器重现的特点，来达到较好的低音增强效果。到目前为止，现有的多数技术都是基于认为需要连续多次一般10次以上谐波来代替基频信号，所以它们采用连续多次一般10次以上谐波信号的组合来代替基频信号，连续多次谐波的产生大都采用反馈相乘和全波整流的方式，这种方式决定了其对各次谐波的能量控制比较困难，且精确度较差，因此最终的低音效果并不是非常理想。另外。有的方法在理论上可以实现低音增强的效果，但是通过硬件实现起来比较困难。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对现有的采用连续多次谐波组合来代替基频信号的低音增效方法存在的上述问题，提供一种低音增强效果相对较好且硬件实现较为简单的低音增效处理的方法。
本发明的第二个目的在于针对现有采用连续多次谐波组合来代替基频信号的低音增效装置存在着结构较为复杂且低音增强效果不理想的问题，提供一种结构简单、低音增强效果相对较好的低音增效处理的装置。
本发明的低音增效处理的方法是将低频段的基频信号变换成2、3、4次谐波信号的有效组合，在所述2、3、4次谐波信号的有效组合中，各次谐波信号产生的响度与基频信号产生的响度匹配。
作为进一步改进，本发明中的2次谐波信号是将基频信号自相乘而产生，在产生之后与自动增益控制模块输出的控制信号相乘实现时变增益控制，所述3次谐波信号是由完成时变增益控制的2次谐波信号与基频信号相乘而产生，并在产生之后与自动增益控制模块输出的同一控制信号相乘完成时变增益控制，所述4次谐波信号是由完成时变增益控制的3次谐波信号与基频信号相乘而产生，并在产生之后与自动增益控制模块输出的同一控制信号相乘完成时变增益控制，所述各次谐波信号在完成时变增益控制之后、在进行组合之前分别进行固定增益控制。
为了更精确的控制谐波信号的能量，本发明在把3次谐波信号、4次谐波信号与2次谐波信号进行相加组合之前先滤除在谐波产生过程中引入的非3次谐波频率成分和非4次谐波频率成分。
为了达到响度匹配要求，精确地控制各次谐波信号的能量，本发明中各次谐波信号与基频信号的能量以db为单位时的动态匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，其2次谐波信号的能量动态范围变化是基频信号的1～1.5倍，3次谐波信号是基频信号的1.5～2倍，4次谐波信号是基频信号的2～2.5倍，基频信号和谐波信号之间的能量以db为单位时的固定增益匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，2次谐波信号的能量为基频信号的0.5～0.75倍，3次谐波信号为基频信号的0.3～0.5倍，4次谐波信号为基频信号的0.2～0.3倍。各次谐波信号的固定增益可采用常量衰减器进行控制。各次谐波信号的时变增益可由自动增益控制模块输出控制信号并通过乘法器控制。上述2、3、4次谐波信号与基频信号的能量匹配关系是我们经过理论分析结合大量的试验后确定下来的，其中理论分析过程如下：
我们认为：谐波信号组合能够代替基频的音调，同时也需要和基频信号的响度相匹配，才能达到替代音频信号的低音(基频)的目的。二者之间的响度匹配是根据人耳等响度特性来进行的。
通过参考一些经典的人耳等响度特性曲线，我们发现，在低频范围内(如800HZ内)人耳的等响度特性曲线存在两个特点：一是在一定的强度范围内，要使各声音的响度保持一致，那么频率越低其所需要的声压级(即能量)也就越高；二是在一定强度范围内，从一个响度级变化到另外一个响度级时，频率越低其声压级变化越小。
上述两个特点即是我们关于谐波能量控制匹配的参考依据。我们用固定增益和时变增益来对这两个特性进行描述。
考虑到我们的应用场合是在低频部分，即基频信号一般在200HZ以下，那么其4次谐波信号最高频率也只是800HZ左右。参考经典的人耳等响度特性曲线，在一定频率范围(如30～800HZ)，其等响度曲线基本呈一定斜率的直线。如设基频的频率为100HZ，其声压级为40db左右，那么其二次谐波信号(200HZ)要和基频信号的响度保持一致，其声压级需要20db左右，而3次谐波信号(300HZ)则只需要12db左右，4次谐波为8db左右。为了达到响度匹配的要求，我们对不同次数的谐波都乘以固定的增益。
另外一个关于谐波与基频之间能量匹配的重要部分是二者之间动态匹配的关系。我们都知道，音频是动态变化的，也就是说音频中的各频率的能量可能随时间变化而变化，相应的，用来替代基频的各次谐波信号的能量也需要动态的变化，以保持和基频信号的响度级在同一水平。参考人耳等响度曲线，当100HZ的信号其声压级提升10db时，其响度级相应的会有所提高，那么对于二次谐波200HZ来说，为了使响度级的提高量保持与基频一致，那么它的声压级就大致需要提高15db左右，依此类推，3次谐波大致需要提高20db，而4次谐波则为25db左右。
为达到比较自然和柔和的低音增强效果，需要对一些过渡带频段进行处理。比如，我们认为某音箱设备的截止频率为100HZ，它对100HZ以下频率的重现能力比较差，那么该部分的频率可以用有效谐波组合信号来代替。在实际硬件实现时，低频信号是从音频信号滤波得到的，如果通带点设在100HZ，那么100HZ以上频段是经过缓慢衰减的，也就是说低频信号中会包含经过衰减后的100HZ以上的频率成分，而且这些频率成分并不是可以忽略不计的，它的处理会影响到整个低频增强的效果对过渡带信号的处理，本发明采用自动增益控制方法对过渡带频段进行处理。
本发明的低音增效处理的装置包括：
(a)一个第一带通滤波器，用于从包含有所需的低频信号的输入信号中通过带通滤波获得所需要的低频信号；
(b)一个能量检测器，用于将第一带通滤波器的输出信号进行能量检测；
(c)一个自动增益控制模块，用于根据能量检测器的输出信号按照一定的公式计算得到其输出控制信号，该控制信号一是作为时变增益实现对2、3、4次谐波能量的动态范围匹配，二是实现对过渡频带信号的能量控制；
(d)一个第五乘法器，用于将第一带通滤波器输出的低频信号自相乘，输出信号包含2次谐波信号和直流成分；
(e)一个第六乘法器，用于将第五乘法器的输出信号和自动增益控制模块的控制信号相乘，控制2次谐波信号的能量动态范围；
(f)一个第七常量衰减器g2，作为2次谐波信号的固定增益控制，用于将第六乘法器的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的2次谐波信号；
(g)一个第八乘法器，用于将第六乘法器输出的信号与输入基频信号再次相乘，输出信号主要包含基频信号和3次谐波信号；
(h)一个第九乘法器，用于将第八乘法器的输出信号和自动增益控制模块输出的控制信号相乘，控制3次谐波信号的能量动态范围；
(i)一个第十常量衰减器g3，作为3次谐波信号的固定增益控制，用于将第九乘法器的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的3次谐波信号；
(j)一个第十一乘法器，用于将第九乘法器的输出信号与输入基频信号再次相乘，输出信号主要包含直流信号、2次谐波和4次谐波信号；
(k)一个第十二乘法器，用于将第十一乘法器的输出和自动增益控制模块输出的控制信号相乘，控制4次谐波信号的能量动态范围；
(l)一个第十三常量衰减器g4，作为4次谐波信号的固定增益控制，用于将第十二乘法器的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的4次谐波信号；
(m)一个第十四加法器，用于将第十常量衰减器g3和第十三常量衰减器g4的输出信号相加，其输出信号包括直流分量、基频信号、2次谐波、3次谐波、4次谐波；
(n)一个第十五高通滤波器，用于将第十四加法器的输出信号中的直流分量、基频信号、2次谐波滤除；
(o)一个第十六加法器，用于将第七常量衰减器g2和第十五高通滤波器的输出信号相加，其输出信号主要包括经过能量匹配后的2、3、4次谐波组合信号，另外还含有直流信号；
(p)一个第十八带通滤波器，用于将第十六加法器的输出信号进行带通滤波，部分滤除系统截止频率以下的低频频率、滤除常量衰减器g2(7)输出中的直流信号、部分滤除高于4次谐波频段的频率成分、消除部分高频噪音。
本发明的技术效果在于：本发明的处理方法硬件实现较为简单而且可达到较好的低音增强效果。本发明的处理装置结构较为简单易于实现，而且低音增强效果相对较好。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例的硬件结构框图。
具体实施方式
实施例为低音增效处理的装置，其各组成部分的功能以及连接关系如图1所示，如下所述：
(a)带通滤波器1：其作用是从输入信号中获取算法所需要的低频信号，本实施例采用一个4阶带通IIR带通滤波器，该带通滤波器的上通带点设为系统的截止频率点，下通带点设置为截止频率点的一半，如系统截止频率点设置为160HZ，那么带通滤波器的通带即为[80，160]，带通滤波器的过渡带衰减特性对于低音增强效果的影响比较大，本实施例的带通滤波器1采用衰减幅度为12～24db/oct比较合适。
(b)能量检测器2：能量检测主要是为了谐波能量匹配控制的需要，能量检测器2将带通滤波器1的输出信号进行能量检测后输出信号至自动增益控制模块3，本实施例利用信号包络来作为信号的能量特征，采用了一个简单的数字包络检测器来实现，此外，因为所处理的对象为音频的低频信号，因此其包络信号要尽量平滑，以减少信号之间互相交调而引起的失真，因此，在包络检测后还采用了一个简单2阶IIR低通滤波器进行平滑处理。
(c)自动增益控制模块3：它根据能量检测器2输出的包络信号按照一定的公式计算得到其输出控制信号，该控制信号一是作为时变增益实现对2、3、4次谐波能量的动态范围匹配，二是实现对过渡频带信号的能量控制。因为对2、3、4次谐波动态范围要实现独立、精确的控制，以及对过渡带的能量控制，因此有可能需要根据4个不同的公式计算得到其相应的控制信号，因为每一个公式的硬件实现代价都不小，因此尽量采用同一个公式计算得到其控制信号。为此，在本实施例中，我们对需要进行能量匹配控制的2、3、4次谐波信号与基频信号动态范围的比值进行了一定的限制。比如，我们可以设置这三个值分别为2-a、3-a、4-a。
该模块需要完成指数运算，设输入信号为x，输出信号为y，那么该模块需要完成的计算为：
                     y＝x-a
在实际硬件实现时，我们采用分段近似处理方法，此外，当输入信号x小于一定数值时(如0.01)，输出y信号采用定值代替。
当a＝0.5时，通过本实施例将可以精确的实现2、3、4次谐波能量的动态范围的控制，分别为输入基频信号的1.5倍、2倍、2.5倍。
(d)乘法器4：它将带通滤波器1所得的低频信号与自动增益控制模块3输出的增益控制系数相乘，输出经过增益调节后的低频信号，该信号在最终的算法输出中将部分滤除系统截止频率以下部分的低频信号，主要为了让经过能量控制后的截止频率以上部分的过渡带频段信号输出，本实施例采用自动增益控制方法对过渡带频段进行处理，当a＝0.5时，过渡带频段信号通过增益调节后其能量动态范围为原来的1/2，即相当于一个压缩器的作用。
(e)乘法器5：它将带通滤波器1输出的低频信号自相乘，输出信号包含2次谐波信号和直流成分，2次谐波信号的动态范围为低频信号的2倍(当a＝0.5时，以下分析同)。
(f)乘法器6：它将乘法器5的输出信号和自动增益控制模块3的控制信号相乘，控制2次谐波信号的能量动态范围，其结果是减少了乘法器5输出信号的动态范围，使其中2次谐波信号的动态范围为带通滤波器1输出基频信号的1.5倍。
(g)常量衰减器g27：它作为2次谐波信号的固定增益控制，和自动增益控制模块3输出的时变增益共同实现对2次谐波的能量匹配控制，它将乘法器6的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的2次谐波信号，另外，输入信号中还包含直流信号。
(h)乘法器8：乘法器6的输出中包含有直流分量和2次谐波信号，乘法器8将乘法器6的输出信号与输入基频信号再次相乘后，输出信号主要包含基频信号和3次谐波信号，因为之前2次谐波的动态范围为基频的1.5倍，因此乘法器8输出的3次谐波的动态范围则为基频信号的2.5倍。
(i)乘法器9：它将乘法器8的输出信号和自动增益控制模块3输出的控制信号相乘，控制3次谐波信号的能量动态范围，使3次谐波的动态范围为基频信号的2倍。
(j)常量衰减器g310：它作为3次谐波信号的固定增益控制，和自动增益控制模块3输出的时变增益共同实现对3次谐波的能量匹配控制，它将乘法器9的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的3次谐波信号，
(k)乘法器11：乘法器9的输出包含有基频信号和3次谐波信号，乘法器11将乘法器9的输出信号与输入基频信号再次相乘后，输出信号主要包含直流信号、2次谐波和4次谐波信号，其中4次谐波信号是我们需要的，因为之前3次谐波的动态范围为基频的2倍，因此乘法器11输出的4次谐波的动态范围则为基频信号的3倍。
(l)乘法器12：它将乘法器11的输出和自动增益控制模块3输出的控制信号相乘，控制4次谐波信号的能量动态范围，使4次谐波的动态范围为基频信号的2.5倍。
(m)常量衰减器g413：它作为4次谐波信号的固定增益控制，和自动增益控制模块3输出的时变增益共同实现对4次谐波的能量匹配控制，它将乘法器12的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的4次谐波信号。
(n)加法器14：它将常量衰减器g310和常量衰减器g413的输出信号相加，其输出信号包括直流分量、基频信号、2次谐波、3次谐波、4次谐波。
(n)高通滤波器15：加法器14的输出中，只有3次谐波、4次谐波是我们所需要的，其它频率分量如直流分量和基频信号是我们不需要的，而2次谐波信号则是由另外一个通路产生和控制的，此处存在的2次谐波将会影响对最终输出信号中2次谐波的动态范围控制精度，因此高通滤波器15将加法器14的输出信号中的直流分量、基频信号主2次谐波滤除。
(o)加法器16：它将常量衰减器g27和高通滤波器15的输出信号相加，其输出信号主要包括经过能量匹配后的2、3、4次谐波组合信号，该组合信号也是用来代替系统截止频率以下的低频信号的，输出信号中还含有直流信号。
(p)加法器17：乘法器4的输出包含经过增益调节后的低频信号，加法器17将乘法器4的输出信号和加法器16输出的谐波信号组合相加输出至带通滤波器18。
(q)带通滤波器18的作用主要有：
一是部分滤除系统截止频率以下低频频率，截止频率以下的低频信号主要由乘法器4输出，在小型化音响系统应用中，截止频率以下的低频将会引起低频声音模糊、浑浊等现象，也将消耗较大的功率，应给予适当滤除；
二是滤除增益g27输出中的直流信号；
三是用来部分滤除高于4次谐波频段的频率成分，因为主要是对截止频率以下部分频率产生其谐波替代信号，其谐波信号只有2、3、4次，因此其谐波频段的范围是基本固定的，因为输入低频信号也将含有较多的过渡带频率，它们也将产生谐波信号，还有与截止频率以下频率之间产生的交调后产生的谐波信号等，可通过带通滤波器18对这些不需要的谐波信号进行部分滤除；
四是可以消除部分高频噪音，因为我们的低音增效处理中将会产生一些音频信号中本来不存在的信号，不可避免的也会引入一些噪音成分，通过带通滤波器18可以部分消除这些噪音。
本实施例中带通滤波器18采用一个4阶的IIR带通滤波器。
本发明中输入信号可以是全频段的音频信号，也可以是经过滤波后的部分频段，原则上需要包括无任何衰减的低音增效处理所需要的低频信号。举个例子，假如系统的截止频率点设为100HZ，那么输入信号Input至少要保证100HZ以内的音频信号不受任何衰减，否则，低音增强的效果将会减弱。
本实施例的装置实际上同时也体现了本发明的一种具体的低频增效处理方法，它包括如下步骤：
(1)将包含有所需的低频信号的输入信号经过带通滤波后得所需要的低频信号，由于所处理的低频信号的频带较窄，在具体实现时，我们认为在很短的时间内低频信号可近似等同于某一基频信号；
(2)将上一步所得的低频信号自相乘以获得2次谐波信号；
(3)将第(1)步所得的低频信号经能量检测后输入自动增益控制模块进行时变增益控制，自动增益控制模块根据输入包络信号按照一定的公式计算得到其输出控制信号，该控制信号一是作为时变增益实现对2、3、4次谐波能量的动态范围匹配，二是实现对过渡频带信号的能量控制；
(4)将第(2)步所得的输出信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的2次谐波信号，然后将所得信号与第(1)步所得的低频信号相乘以获得3次谐波信号，同时将所得信号经固定增益控制以获得经时变增益和固定增益控制的2次谐波信号；
(5)将上一步所得的3次谐波信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的3次谐波信号，然后将所得信号与第(1)步所得的低频信号相乘以获得4次谐波信号，同时将所得信号经固定增益控制以获得经时变增益和固定增益控制的3次谐波信号；
(6)将上一步所得的4次谐波信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的4次谐波信号，将输出信号经固定增益控制以获得经时变增益和固定增益控制的4次谐波信号；
(7)将第(5)步所得的经时变增益和固定增益控制的3次谐波信号与第(6)步所得的经时变增益和固定增益控制的4次谐波信号相加；
(8)将第(7)步所得的输出信号经过高通滤波将其中包括的直流分量、基频信号、2次谐波滤除，然后与第(4)步所得的经时变增益和固定增益控制的2次谐波信号相加；
(9)将第(1)步所得的低频信号与自动增益控制模块输出的增益控制系数相乘，将得到经过增益调节后的低频信号，将该低频信号与第(8)步所得的谐波信号组合相加；
(10)将上一步所得信号经带通滤波，滤除信号中系统截止频率以下的低频信号、与2次谐波同时产生的直流信号、高于4次谐波频段的频率成分以及消除部分高频噪音。

Claims (10)

1.一种低音增效处理的方法，其特征在于：将低频段的基频信号变换成2、3、4次谐波信号的有效组合，在所述2、3、4次谐波信号的有效组合中，各次谐波信号产生的响度与基频信号产生的响度匹配。
2.根据权利要求1所述的低音增效处理的方法，其特征在于：所述2次谐波信号是将基频信号自相乘而产生，在产生之后与自动增益控制模块输出的控制信号相乘实现时变增益控制，所述3次谐波信号是由完成时变增益控制的2次谐波信号与基频信号相乘而产生，并在产生之后与自动增益控制模块输出的同一控制信号相乘完成时变增益控制，所述4次谐波信号是由完成时变增益控制的3次谐波信号与基频信号相乘而产生，并在产生之后与自动增益控制模块输出的同一控制信号相乘完成时变增益控制，所述各次谐波信号在完成时变增益控制之后、在进行组合之前分别进行固定增益控制。
3.根据权利要求2所述的低音增效处理的方法，其特征在于：所述各次谐波信号的固定增益采用常量衰减器进行控制。
4.根据权利要求1或2或3所述的低音增效处理的方法，其特征在于：所述3次谐波信号、4次谐波信号在与2次谐波信号进行相加组合之前先滤除在谐波产生过程中引入的非3次谐波频率成分和非4次谐波频率成分。
5.根据权利要求1或2或3所述的低音增效处理的方法，其特征在于：各次谐波信号与基频信号的能量以db为单位时的动态匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，其2次谐波信号的能量动态范围变化是基频信号的1～1.5倍，3次谐波信号是基频信号的1.5～2倍，4次谐波信号是基频信号的2～2.5倍；基频信号和谐波信号之间的能量以db为单位时的固定增益匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，2次谐波信号的能量为基频信号的0.5～0.75倍，3次谐波信号为0.3～0.5倍，4次谐波信号为0.2～0.3倍。
6.根据权利要求1或2或3所述的低音增效处理的方法，其特征在于：对过渡带信号的处理，采用自动增益控制方法进行处理。
7.根据权利要求1所述的低音增效处理的方法，其特征在于将低频段的基频信号变换成2、3、4次谐波信号的有效组合具体包括如下步骤：
(1)将包含有所需的低频信号的输入信号经过带通滤波后获得所需要的低频信号；
(2)将上一步所得的低频信号自相乘以获得2次谐波信号；
(3)将第(1)步所得的低频信号经能量检测后输入自动增益控制模块进行时变增益控制，自动增益控制模块根据输入能量检测结果按照一定的公式计算得到其输出控制信号，该控制信号一是作为时变增益实现对2、3、4次谐波能量的动态范围匹配，二是实现对过渡频带信号的能量控制；
(4)将第(2)步所得的输出信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的2次谐波信号，然后将所得信号与第(1)步所得的低频信号相乘以获得3次谐波信号，同时将所得信号经固定增益控制以获得经时变增益和固定增益控制的2次谐波信号；
(5)将上一步所得的3次谐波信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的3次谐波信号，然后将所得信号与第(1)步所得的低频信号相乘以获得4次谐波信号，同时将所得信号经固定增益控制以获得经时变增益和固定增益控制的3次谐波信号；
(6)将上一步所得的4次谐波信号与所述自动增益控制模块的输出控制信号相乘以获得经过时变增益控制的4次谐波信号，将输出信号经固定增益控制以获得经过时变增益和固定增益控制的4次谐波信号；
(7)将第(5)步所得的经时变增益和固定增益控制的3次谐波信号与第(6)步所得的经时变增益和固定增益控制的4次谐波信号相加；
(8)将第(7)步所得的输出信号经过高通滤波将其中包括的直流分量、基频信号、2次谐波滤除，然后与第(4)步所得的经时变增益和固定增益控制的2次谐波信号相加；
(9)将第(1)步所得的低频信号与自动增益控制模块输出的增益控制系数相乘，将得到经过增益调节后的低频信号，将该低频信号与第(8)步所得的谐波信号组合相加；
(10)将上一步所得信号经带通滤波，滤除信号中系统截止频率以下的低频信号、与2次谐波同时产生的直流信号、高于4次谐波频段的频率成分以及消除部分高频噪音。
8.一种低音增效处理的装置，其特征在于包括：
(a)一个带通滤波器(1)，用于从包含有所需的低频信号的输入信号中通过带通滤波获得所需要的低频信号；
(b)一个能量检测器(2)，用于将带通滤波器(1)的输出信号进行能量检测；
(c)一个自动增益控制模块(3)，用于根据能量检测器(2)的检测结果按照一定的公式计算得到其输出控制信号，该控制信号一是作为时变增益实现对2、3、4次谐波能量的动态范围匹配，二是实现对过渡频带信号的能量控制；
(d)一个乘法器(5)，用于将带通滤波器(1)输出的低频信号自相乘，输出信号包含2次谐波信号和直流成分；
(e)一个乘法器(6)，用于将乘法器(5)的输出信号和自动增益控制模块(3)的控制信号相乘，控制2次谐波信号的能量动态范围；
(f)一个常量衰减器(7)，作为2次谐波信号的固定增益控制，用于将乘法器(6)的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的2次谐波信号；
(g)一个乘法器(8)，用于将乘法器(6)输出的信号与输入基频信号再次相乘，输出信号主要包含基频信号和3次谐波信号；
(h)一个乘法器(9)，用于将乘法器(8)的输出信号和自动增益控制模块(3)输出的控制信号相乘，控制3次谐波信号的能量动态范围；
(i)一个常量衰减器g3(10)，作为3次谐波信号的固定增益控制，用于将乘法器(9)的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的3次谐波信号；
(j)一个乘法器(11)，用于将乘法器(9)的输出信号与输入基频信号再次相乘，输出信号主要包含直流信号、2次谐波和4次谐波信号；
(k)一个乘法器(12)，用于将乘法器(11)的输出和自动增益控制模块(3)输出的控制信号相乘，控制4次谐波信号的能量动态范围；
(l)一个常量衰减器g4(13)，作为4次谐波信号的固定增益控制，用于将乘法器(12)的输出信号进行固定增益控制，输出经固定增益和时变增益控制的4次谐波信号；
(m)一个加法器(14)，用于将常量衰减器g3(10)和常量衰减器g4(13)的输出信号相加，其输出信号包括直流分量、基频信号、2次谐波、3次谐波、4次谐波；
(n)一个高通滤波器(15)，用于将加法器(14)的输出信号中的直流分量、基频信号、2次谐波滤除；
(o)一个加法器(16)，用于将常量衰减器g2(7)和高通滤波器(15)的输出信号相加，其输出信号主要包括经过能量匹配后的2、3、4次谐波组合信号，另外还含有直流信号；
(p)一个带通滤波器(18)，用于将加法器(16)的输出信号进行带通滤波，它部分滤除系统截止频率以下的低频频率、滤除常量衰减器g2(7)输出中的直流信号、部分滤除高于4次谐波频段的频率成分、消除部分高频噪音。
9.根据权利要求8所述的低音增效处理的装置，其特征在于：还包括一个乘法器(4)和一个加法器(17)，乘法器(4)用于将所述带通滤波器(1)获得的低频信号与自动增益控制模块(3)输出的增益控制系数相乘，输出经过增益调节后的低频信号，加法器(17)用于将乘法器(4)的输出信号和加法器(16)输出的谐波信号组合相加后输出信号至带通滤波器(18)。
10.根据权利要求8或9所述的低音增效处理的装置，其特征在于：所述自动增益控制模块(3)控制各次谐波信号与基频信号的能量以db为单位时的动态匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，2次谐波信号的能量动态范围变化是基频信号的1～1.5倍，3次谐波信号是基频信号的1.5～2倍，4次谐波信号是基频信号的2～2.5倍；所述常量衰减器(7)、常量衰减器(10)、常量衰减器(13)分别控制2次谐波信号、3次谐波信号、4次谐波信号与基频信号之间的能量以db为单位时的固定增益匹配关系为，当基频信号频率在300HZ以内时，2次谐波信号的能量为基频信号的0.5～0.75倍，3次谐波信号为0.3～0.5倍，4次谐波信号为0.2～0.3倍。
CN200510121069A 2005-12-20 2005-12-20 一种低音增效处理的方法和装置 Expired - Fee Related CN1801611B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200510121069A CN1801611B (zh) 2005-12-20 2005-12-20 一种低音增效处理的方法和装置
US11/521,751 US20070140511A1 (en) 2005-12-20 2006-09-15 Process of implementing low frequency of audio signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200510121069A CN1801611B (zh) 2005-12-20 2005-12-20 一种低音增效处理的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1801611A true CN1801611A (zh) 2006-07-12
CN1801611B CN1801611B (zh) 2010-05-05

Family

ID=36811427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200510121069A Expired - Fee Related CN1801611B (zh) 2005-12-20 2005-12-20 一种低音增效处理的方法和装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20070140511A1 (zh)
CN (1) CN1801611B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188877B (zh) * 2006-11-22 2011-08-17 三星电子株式会社 由计算音频信号基频增强音频信号低频分量的方法和装置
CN102354500A (zh) * 2011-08-03 2012-02-15 华南理工大学 一种基于谐波控制的虚拟低音增强处理方法
CN102484759A (zh) * 2009-04-17 2012-05-30 森迪亚逻辑有限公司 音频信号的处理
CN102547517A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 Tcl集团股份有限公司 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN101964190B (zh) * 2009-07-24 2014-05-21 敦泰科技(深圳)有限公司 扬声器截止频率以下信号还原原声的方法和装置
CN104137568A (zh) * 2012-06-04 2014-11-05 三菱电机株式会社 频率特性变形装置
CN106170114A (zh) * 2016-09-28 2016-11-30 维沃移动通信有限公司 一种音频输出的控制方法、装置及音频播放设备
CN106658299A (zh) * 2017-02-21 2017-05-10 广东欧珀移动通信有限公司 音频处理电路及终端设备
CN106658298A (zh) * 2017-02-21 2017-05-10 广东欧珀移动通信有限公司 低音增强处理电路及终端设备
CN108989950A (zh) * 2012-05-29 2018-12-11 创新科技有限公司 自适应低音处理系统
CN109410907A (zh) * 2017-08-18 2019-03-01 比亚迪股份有限公司 云轨的噪音处理方法、装置、设备及存储介质
CN110718233A (zh) * 2019-09-29 2020-01-21 华声设计研究院（深圳）有限公司 一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310231B1 (ko) * 2007-01-18 2013-09-25 삼성전자주식회사 저음 증강 장치 및 방법
FR2930672B1 (fr) * 2008-04-29 2011-06-24 Parrot Procede et systeme de reconstitution de basses frequences dans un signal audio
JP5168208B2 (ja) * 2009-03-30 2013-03-21 ヤマハ株式会社 オーディオ信号処理装置およびスピーカ装置
US9060223B2 (en) 2013-03-07 2015-06-16 Aphex, Llc Method and circuitry for processing audio signals
US9247342B2 (en) 2013-05-14 2016-01-26 James J. Croft, III Loudspeaker enclosure system with signal processor for enhanced perception of low frequency output
JP7262580B2 (ja) * 2018-11-16 2023-04-21 ディラック、リサーチ、アクチボラグ オーディオシステムにおける倍音の生成
US11950089B2 (en) * 2021-07-29 2024-04-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Perceptual bass extension with loudness management and artificial intelligence (AI)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524290A (en) * 1991-07-22 1996-06-04 Motorola, Inc. Adaptive graphic equalizer and radio using same
DE19506051C2 (de) * 1995-02-22 1999-07-29 Mikom Gmbh Schaltungsanordnung zur Reduzierung der Amplitude von Intermodulationsprodukten
TW343417B (en) * 1996-05-08 1998-10-21 Philips Eloctronics N V Circuit, audio system and method for processing signals, and a harmonics generator
US6285767B1 (en) * 1998-09-04 2001-09-04 Srs Labs, Inc. Low-frequency audio enhancement system
KR100684054B1 (ko) * 1998-09-08 2007-02-16 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 오디오 시스템의 베이스 강화 수단
US7030800B2 (en) * 2002-01-30 2006-04-18 Advantest Corporation Analog-to-digital conversion apparatus and method
JP4286510B2 (ja) * 2002-09-09 2009-07-01 パナソニック株式会社 音響信号処理装置及びその方法
KR20060093722A (ko) * 2003-10-24 2006-08-25 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 적응성 사운드 재생

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188877B (zh) * 2006-11-22 2011-08-17 三星电子株式会社 由计算音频信号基频增强音频信号低频分量的方法和装置
US8098835B2 (en) 2006-11-22 2012-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus to enhance low frequency component of audio signal by calculating fundamental frequency of audio signal
CN102484759A (zh) * 2009-04-17 2012-05-30 森迪亚逻辑有限公司 音频信号的处理
CN101964190B (zh) * 2009-07-24 2014-05-21 敦泰科技(深圳)有限公司 扬声器截止频率以下信号还原原声的方法和装置
CN102354500A (zh) * 2011-08-03 2012-02-15 华南理工大学 一种基于谐波控制的虚拟低音增强处理方法
CN102547517A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 Tcl集团股份有限公司 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN102547517B (zh) * 2011-12-30 2015-06-17 Tcl集团股份有限公司 一种低音信号的谐波产生方法、装置和声音播放设备
CN108989950B (zh) * 2012-05-29 2023-07-25 创新科技有限公司 自适应低音处理系统
CN108989950A (zh) * 2012-05-29 2018-12-11 创新科技有限公司 自适应低音处理系统
CN104137568B (zh) * 2012-06-04 2017-04-12 三菱电机株式会社 频率特性变形装置
US9552826B2 (en) 2012-06-04 2017-01-24 Mitsubishi Electric Corporation Frequency characteristic modification device
CN104137568A (zh) * 2012-06-04 2014-11-05 三菱电机株式会社 频率特性变形装置
CN106170114A (zh) * 2016-09-28 2016-11-30 维沃移动通信有限公司 一种音频输出的控制方法、装置及音频播放设备
CN106658299A (zh) * 2017-02-21 2017-05-10 广东欧珀移动通信有限公司 音频处理电路及终端设备
CN106658298A (zh) * 2017-02-21 2017-05-10 广东欧珀移动通信有限公司 低音增强处理电路及终端设备
CN106658299B (zh) * 2017-02-21 2020-01-10 Oppo广东移动通信有限公司 音频处理电路及终端设备
CN106658298B (zh) * 2017-02-21 2020-01-10 Oppo广东移动通信有限公司 低音增强处理电路及终端设备
CN109410907A (zh) * 2017-08-18 2019-03-01 比亚迪股份有限公司 云轨的噪音处理方法、装置、设备及存储介质
CN109410907B (zh) * 2017-08-18 2022-07-15 比亚迪股份有限公司 云轨的噪音处理方法、装置、设备及存储介质
CN110718233A (zh) * 2019-09-29 2020-01-21 华声设计研究院（深圳）有限公司 一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置
CN110718233B (zh) * 2019-09-29 2022-03-01 东莞市中光通信科技有限公司 一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20070140511A1 (en) 2007-06-21
CN1801611B (zh) 2010-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1801611A (zh) 一种低音增效处理的方法和装置
CN1046607C (zh) 噪声抑制装置
CN1115079C (zh) 信号质量确定装置和方法
CN1640190A (zh) 使用数字频率扭曲的动态范围压缩
US8868414B2 (en) Audio signal processing device with enhancement of low-pitch register of audio signal
US20030216907A1 (en) Enhancing the aural perception of speech
CN108989950B (zh) 自适应低音处理系统
CN1307716A (zh) 一种具有加权增益平滑特性的噪声抑制器
CN101036293A (zh) 在高噪声环境中呈现的音频信号处理系统和方法
CN1879298A (zh) 动态低音增强装置和方法
CN1871874A (zh) 自适应声音再现
CN1390383A (zh) 移动电话内扬声器及话筒增益的自动调节方法和装置
CN103517183B (zh) 一种低音信号增强的方法及装置
US9985597B2 (en) Digital compressor for compressing an audio signal
CN1877988A (zh) 声音质量调节装置
CN1612640A (zh) 自适应反馈消除器
CN101036417A (zh) 音响处理装置
CN101061744A (zh) 音频信号的增强
CN1625920A (zh) 音频装置及其再生用程序
CN1615580A (zh) 一种用于减小信号的动态范围的方法和电子电路
CN101034878A (zh) 增益调整方法和增益调整装置
CN1106747C (zh) 回声消除装置
CN1942024A (zh) 音频矩阵解码的方法和装置
TWI413111B (zh) Method and apparatus for eliminating noise background noise (2)
CN1289500A (zh) 带有用于在存在噪声下增强主观信号感觉的装置的电话

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100505

Termination date: 20111220