CN1830141B - 音频调节装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种音频调节装置(190)，用来对要输出的音频信号(0)进行调节，它包含噪声特征化单元(106，112)，用来估计产生噪声水平的环境噪声的噪声水平(NM)，随之以后，一音量放大单元(140)根据噪声水平(NM)，把音频信号(0)的音量放大一个音量增益(GV)。音频调节装置(190)含有另一噪声特征化单元(108，114)、(110，116)，用来对低的低音频或高的高音噪声频率中的环境噪声的另一噪声水平(NL，NH)进行估计，并根据该另一噪声水平，另一放大单元(150，152)把低、高频音频信号(0)的相应于音频带的噪声带中频率分量的幅度放大另一增益倍数(GB，GT)。其结果是，实现了这样一种简便装置，它使噪声环境中的音频听上去基本上好像没有噪声或者噪声很小。

Description

音频调节装置和方法

技术领域

本发明涉及用来对要输出的音频信号进行调节的音频装置，包含：

-噪声特征化单元，用来估计环境噪声的噪声水平(level)；和

-音量放大单元，用来根据噪声水平，把音频信号的音量放大一个音量增益。

本发明还涉及一种对音频信号进行调节的方法，包含：

-估计环境噪声的噪声水平；以及

-根据噪声水平，把音频信号的音量放大一个音量增益。

本发明还涉及使处理器能够执行上述方法的计算机程序产品。

背景技术

人们可以从GB-A-2,074,408中得知上面开头段落中的音频调节装置的实施例。这种装置用在车载收音机中，并根据车辆中环境噪声(如马达噪声、风声、谈话等等)的水平来提高输出音频信号的音量。通常，这种放大是环境噪声的单调递增函数。采用麦克风来拾取环境噪声，从产生的噪声信号中，得到噪声水平，用来控制音量放大单元，从而使所希望的音频信号的音量大于噪声。

这种现有技术装置的缺点在于，对声音的调节相当粗糙。事实上，听众对扰人声音音量的增大并不在意，他们只是希望音乐或其它的声音在听觉上盖过环境噪声就可以了。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种如开头段落中所述的音频调节装置，它能够以感官上可以享受的方式来根据噪声来调节音频。

第一个目的是这样来实现的：

包含另一噪声特征化单元，用来估计在低音频率噪声带或高音频率噪声带中环境噪声的另一噪声水平，以及

包含另一放大单元，用来根据另一噪声水平，把音频信号的低音频率音频带和/或高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另一个增益。

具体地，本发明提供一种音频调节装置，用来对将被输出的音频信号进行调节，该音频调节装置包含：

-中间范围噪声特征化单元，用来估计环境噪声的噪声水平；和

-音量放大单元，用来根据所述噪声水平，把音频信号的音量放大音量增益，

其特征在于，该音频调节装置还包括：

-另外的噪声特征化单元，用来估计在低音频率噪声带或高音频率噪声带中的环境噪声的另外的噪声水平，以及

-另外的放大单元，用来根据所述另外的噪声水平，分别地把所述音频信号的低音频率音频带或高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另外的增益，以及

其中由所述中间范围噪声特征化单元估计的环境噪声的噪声水平是在中间范围频带中。

本发明的基本原理是：对噪声进行测量，并对音频信号进行相应调节，以屏蔽感觉上可允许的频带(即低音带和/或高音带)中的噪声。最好在两个或多个频带中对噪声进行分析，即分析第一噪声带，其具有的频率范围对应于要输出的音频信号中低频--也即低音频率的低音频率音频带，或包含音频高音范围中的频率的第一噪声带中的高音频率，和分析第二噪声带，其基本上与第一噪声带互补，即覆盖不在第一噪声带范围内的频率。“对应于”意味着：对于在音频中被调节的近似相同的频率(也即，低音频率噪声带和低音频率音频带的频率范围基本上相同)，来测量噪声。因此，如果例如音频信号中出现的最低音频频率是50Hz，并且所述调节包含50Hz至100Hz之间的频率的放大，则对于这些低音频率进行噪声测量。但是，正如本领域中的普通技术人员可轻易实现的那样，音频调节装置的可替换实施方式仅仅能够对于在70和100Hz之间的低音频率音频带中的低音频率音频分量进行放大，但能够测量在50和100Hz之间的低音频率噪声带中的噪声。在该可替换实施方式中，通过调节音频信号的较窄音频低音频率带来屏蔽较宽低音频带中的噪声。也可以在低音频率噪声测量中跳过某些低音频率音频带的频率。可以测量低音噪声和高音噪声而不是测量两个带的噪声，这意味着是低音调节和高音调节，并且本发明及其优点在本文中的描述借助于这样一种实施例，即，既在低音带中又在高音带中对音频进行控制，并且因此在三个频带(即低频也即低音带、中频带、高频也即高音带)中对噪声进行测量。与如GB-A-2,074,408的现有技术中的情况相反，按照本发明，(第一)环境噪声水平(音量放大的输入)通常是在低音范围和高音范围(即100和8000Hz)之间的中间范围(midrange)噪声频率带内测量的。

考虑本发明的一种优选工作情况的简化说明，输入音频信号含有低音范围(例如，具有介于80至160Hz之间的分量)的定音鼓复音程和中间范围(例如，具有介于300和3000Hz之间元音歌唱引入的频率分量)的话音。如果环境噪声仅出现在低音范围内(例如，来自邻区的跃升装置(zooming apparatus))，则已知的音量调节装置将对鼓声和话音进行放大。因此，歌唱者就像是以更响的声音开始进行歌唱那样，而这样是很扰人的。在按照本发明的装置中，将仅强调低音，这在感觉上听起来不像是(低音)音量的提高，而相反则听起来像是跃升装置低音频率噪声的降低。或者，换句话说，可以超越环境噪声，更清楚地听清音乐。另外，通过放大中间范围(mid range)话音分量，已知的装置比起盖过噪声所需的，浪费了更多的净空空间(headroom)。净空空间，例如，可以定义为当前最大信号幅度和通过将装置的放大设定成制造商可以制成的最大值而获得的最大允许信号幅度之间的差。

有一种现有技术的装置，它修改了临界带中的幅度。临界带是人耳中的滤波带，对于该滤波带来说，落在该带内的噪声分量可以屏蔽该带中的音频分量。随着频率的增大，频带变得更宽。因此，可以以临界带(称为吠声带bark)为单位来变换频率轴。无论是什么噪声频谱，例如是白噪声谱，都可以在每一临界带中修改音频分量的幅度，从而例如使得这些分量是在该临界带中噪声以上在感觉上能注意到的距离数，该距离数与引入噪声之前的绝对听觉阈值是相同的数值。音频调节的感觉结果并不像音量增大那么大，而是对环境噪声进行了屏蔽。但是，具有所需数量的临界带滤波器(多于20个)的装置价格昂贵。将该数量减少到例如10个会使得感觉屏蔽(即感觉环境噪声减小了)不再以最佳方式工作，并且感觉上音频是带了色彩的(就像是其发送是通过均衡器来进行的)。带数越少，该问题就越糟。这就是为什么按照本发明，在宽的中间范围频带内测得的环境噪声不被用来对音频信号中的中间范围分量的幅度进行放大，而是用来调节音频信号的音量的(即，对所有的频率都是如此)。另外，可以修改一个或多个低音频带和/或一个或多个高音频带中的信号的幅度，这是因为听众习惯了收听经修改了低音或高音的音频已经很长时间了，所以这并不会让人觉得厌烦。对于那些低音带和高音带而言，尽管并非是确切的临界带，仍然会近似产生噪声的感觉屏蔽。在许多环境中，最好采用按照本发明的装置，而不是现有技术的音量调节装置。例如，如果把该装置装在便携式音频播放器中并在大街上使用，那么在交通灯前会发出车辆等待的低频嗡嗡声。在有轨电车中，会出现车轮摩擦轨道的刺耳高音。在酒馆中，音乐设备会产生太多的低音分量。所述装置所安放在的房间中的吸收特性也会影响环境噪声谱等等。换一种说法，按照本发明的装置对音频进行调节，使得该音频在噪声环境中与非噪声环境中的原始声音听起来非常相似。

在音频调节装置的实施例中，低频也即低音频率的音频带的上限基本上落在60到150Hz的范围内，而高频或高音频率带的下限基本上在8kHz到12kHz的范围内。

为了让本发明很好地进行工作，按照上述说明，能够最好地选择出低音带和高音带。如果选择的低音带高于上限150Hz，那么像在由新闻栏目中断音乐时在车载收音机中的话音听起来将是轰隆隆一阵，并因此就不怎么能够分辨清楚。对于低音滤波器的低音频带上限来说，100Hz或120Hz是良好的值。8kHz以下的高音带限值会产生听起来是不可接受的尖锐的辅音，如“s”声。因此，低音限值和高音限值要选择成使得在它们之间存在宽的中间范围频率带。低音带和/或高音带的可替换组合对于可替换实施例会是有利的。例如，在该装置中可以采用两个低音带，而不是单一一个低音带，具有例如70Hz上限的深低音，以及高达例如150Hz的超低音。如果资源允许，在高音带中，也可以有多个频带，例如，第一个在8kHz至10kHz之间，而第二个在10kHz至15kHz之间。或者，因为对于高频来说，临界带相当宽，所以在高音区域内，可以采用临界频带。

由于在通常情况下，滤波器并非是一种带有无穷的尖锐斜率的理想滤波器，所以与滤波器的最大值相比，限值可以定义成例如-3dB点。本领域中的普通技术人员知道，对于某些滤波器的技术参数来说，采用限值的其它定义(即，具有大于相应于其最大值的某一预定量的、递减的滤波函数特征水平之上或之下的频率，或者说，在所述滤波高于其最低值之上的某个预定量之上或之下的频率)以及其它滤波形状参数更为有益，但为了清楚起见，本发明采用规定限值的-3dB点加以解释。

注意，这似乎是，当采用这样的小低音带时，低频放大的重要性与音量放大相比将是相当小的。但是，在音乐中，例如在流行音乐或在techno中，低音带的能量通常可以与中间范围中的能量相当，并且噪声也通常是低频的。

在音频调节装置的更详细实施例描述中，包含增益连贯单元(gainconsistency unit)，它按照预定的数学标准，产生随时间连贯变化的增益。

例如，如果摩托车加速通过，对音频进行快速调节是没用的，在摩托车的声音很响的时候特别如此。这样快速的大调节在大多数时间听起来都是令人头痛的，因此由于骑车人速度足够快，所以不对摩托车进行补偿就比较好。增益连贯单元对盖过噪声需要多大的音量调节进行分析，然后缓慢地对音量进行修改，从而使得仅对短暂持续的噪声进行补偿就足够了。

在音频调节装置的另一种实施例中，包含增益分配单元，用来根据放大可用的净空空间，来分配最大的可允许增益。

如果可用的净空空间不太大，必须在音量、低音和高音放大之间进行分配。否则，可以计算并使用音量放大，这将消耗所有可用的净空空间，从而使得低音放大和高音放大就不再有可能了。因此，增益分配器单元对于每一次放大都计算最大增益。该分配器可以用比信号和噪声特征化速率(如每个2秒)更低的更新速率估算能量。

在一种实施例中，另一放大单元包含坡型(shelving)滤波器。坡型滤波器具有可调谐最大值(即在特定频率范围内的可调谐放大)的s形曲线特征。一种方便的途径是，将滤波器和放大器功能合并。

在一种噪声消除实施例中，音频调节装置可连接到可用于重现音频信号的耳机扬声器，并且包含有源噪声消除单元，被安排成消除频率消除带中的噪声，而噪声是可以用麦克风来测量的。

比屏蔽噪声更好的方法是噪声消除，只要噪声不会太压迫收听者的耳朵即可。耳机扬声器被人们理解成是一种单耳(与移动电话的相似)或一种立体声耳机。耳机的有源噪声消除在现有技术中是已知的。但是，本发明基本上能够解决这样的问题，即，当没有麦克风的标准耳机扬声器(有线或无线地)与具有麦克风的音频重现装置(例如，它放于绕在收听者腰间的腰带上)相连时，实施噪声消除。接着，重现装置就可以测量环境噪声和调节音频信号。但是，由于噪声不是在重现点由在收听者的耳朵内的或其附近的耳机扬声器所测量的，所以噪声仅能在低频消除带(例如可高达100Hz)中补偿。更高的噪声频率是未被消除的，但由所述装置利用上述音量放大以及低音和/或高音带放大来屏蔽。注意，对于屏蔽而言，不必像对有源噪声消除那样准确地测量噪声。

在噪声消除的另一种实施例中，包含一种测距装置，用以测量麦克风和耳机扬声器之间的距离。

麦克风和耳机扬声器之间的距离决定了消除带的范围。如果将音频重现装置戴在腰带上或绕在手腕上，则接近一米的距离会产生约100Hz的噪声消除带的上限频率。当把这种装置装在胸前的口袋内时，0.5米的距离就对应于约140Hz的上限。对于并入到诸如像项链或者耳饰一样戴着的小型MP3播放机中的装置来说，麦克风到耳朵之间的短距离意味着：噪声消除可以在200Hz的频率以上起作用。

所述音频调节装置有利地嵌入在音频重现装置之内，包含：

重现音频信号的扬声器；以及

输入音频信号的接入端。

所述输入信号可以在内部生成，诸如像移动电话的铃音，或者可以从例如固态存储器或光盘播放器中获得，其可以并入到音频重现装置内或外部。

本发明的第二个目的是提供一种如开头段落中所描述的音频调节方法，它能够以感觉上可享受的方式，根据噪声来调节音频。这第二个目的是这样来实现的：

-估算低音频率噪声带或高音频率噪声带中环境噪声的另一噪声水平，并且

-根据所述另一噪声水平，把音频信号的低音频率音频带和/或高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另一个增益。

具体地，本发明提供一种对音频信号进行调节的方法，包含：

-估计环境噪声的噪声水平；以及

-根据所述噪声水平，把所述音频信号的音量放大音量增益，

其特征在于，

估计在低音频率噪声带或高音频率噪声带中的环境噪声的另外的噪声水平，以及

-根据所述另外的噪声水平，分别地把音频信号的低音频率音频带或高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另外的增益，以及

其中被估计的环境噪声的噪声水平是在中间范围频带中。

在参照附图并且参照以下所描述的实现方式和实施例，本发明的音频调节装置和音频重现装置的这些和其他方面将变得非常清楚，并且也便于理解，上述附图仅仅非限制性地图示了这些方面或者实施例的一些。图中的虚线根据实施例是任选的。

附图说明

在这些图中，

图1示意性示出按照本发明的音频调节装置的实施例；

图2示意性示出音频信号或环境噪声信号的低频带、中频带和某些高频带；

图3示意性示出了低音坡型滤波器；

图4示意性示出高音坡型滤波器；以及

图5示意性示出按照本发明的音频调节装置的另一个实施例。

具体实施方式

图1中，来自环境噪声源101(如在交通信号灯前面等待着的摩托车或卡车)的噪声或空调嗡嗡声等)，由可以包括在该装置中或例如经由无线通信系统在外部连接到另一消费电器(如移动电话中)的麦克风的麦克风104来拾取。该麦克风产生电噪声N，该噪声可选地用从噪声信号中去除耳朵的抗谐振频率的滤波器滤出。耳朵的抗谐振频率是指那些频率，在人耳中对于这种频率存在损伤性的谐振，并且由于这些频率收听者几乎听不到，所以不必对这样的音频信号进行调节，从而也不必对噪声中的这些频率分量进行测量。所述滤波器优选地是一种阶梯式滤波器，阶梯步长约为3.5kHz——对应于2.5cm的耳道长度。中间范围(mid range)噪声特征化单元包含中间范围噪声滤波器106和水平确定单元112。中间范围噪声滤波器106通常是带通滤波器，它使基本与低通噪声滤波器110和高通噪声滤波器108允许通过的频率互补的频率带通过。但是，也可以采用其它的中间范围滤波器，例如，测量中间范围内几个特征带中的噪声。本发明采用中间范围频带(midrange band)确定输出音频音量和高音与低音校正带的原理，其使得可以很自由地规定实际的滤波器，并且可以有可观的重叠量，不过当把全部噪声谱带用作中间范围频带时，这种装置工作起来并不是最理想的。水平确定单元112确定中间范围频带中噪声N的能量。它可以例如计算出在预定的时间段(如1秒)上所有频率分量的平方和的平方根。其它函数可以由水平确定单元112用来达到(得出)中间范围噪声水平NM，例如信号的绝对值的时间积分。与此类似，低频率噪声水平NL和高频率噪声水平NH可以用相应的低通噪声滤波器110和第二水平确定单元116和/或高通噪声滤波器108和第三水平确定单元114来确定。对于音频调节装置的某些实施例来说，音频重现装置可以包含动态低音增强，所述动态低音增强自动使低音最佳化。动态低频增强避免了不可接受的失真。它包含基于输入信号中的低音内容的低音放大(例如通过坡型滤波器来进行)。如果通过动态低音增强而输出的信号较小，那么可以将低音放大设置得很高，但是，如果由于输出音乐变得很响而使得输出信号突然变得很大，则控制信号将会减弱低音提升。在带有低音增强的这些实施例中，是不需要低频或低音处理的，而只需要高频通道或高音通道和中间范围通道，这是因为低音已经得到了最佳放大。同样，对来自接入端102的输入音频信号i进行处理。中间范围音频滤波器136最好与中间范围噪声滤波器106具有相同的频率特性，并且类似的设计思想可以应用于低通音频滤波器146和高通音频滤波器142。输入音频信号i可以在内部产生(例如电子音乐)，或从存储器(如CD或MP3源)获得。使用者可以按照其意愿对于输入音频信号i而把音量控制器130(如旋钮、按钮或图形用户接口)设置到所希望的输出音量。将输入的音频信号放大到这个音量。注意，无论在何处使用“放大”之时，这都应该显然地涵盖与一个小于1值的乘积。为了使该装置能够判断需要多大的增益，可以包含中间范围比较器118，低通比较器122和高通比较器120。这些比较器产生建议的增益作为输出。这些比较器将频带(如低通带)中的噪声能量和相应信号带中的音频信号水平或能量相比较(例如通过计算它们的比例来进行)。如果所述音频信号水平低于预定值K乘以环境噪声水平(K等于如1或1.5)，那么低音音频带或高音音频带中的音频音量放大和/或分量的放大应当被放大一个增益值，从而使得在放大后，该信号就大于K乘以特定频带中的噪声水平。所述音频调节装置190的改进实施例包含增益连贯单元124、126、128，用于采用时间上更连贯的方式来改变增益。否则，这些增益将根据每次发生的背景噪声抖动太多。所述增益连贯单元124、126、128可以被安排成实施下面的计算：

If Gin_k＞T_uGin_k-1

Then Gout_k＝Min(Fac_uGout_k-1，GM)

Else{                                        [等式1]

If Gin_k＜T_dGin_k-1

Then Gout_k＝Max(Fac_dGout_k-1，GMin)}

Else Gout_k＝Gout_k-1

G表示音量增益GV、低音增益GL或高音增益GH的其中一个，这取决于增益连贯单元128、124、126预定的是哪个(低音、音量或者高音)。与此类似，GM表示音量、低音或高音最大可允许增益(GMV、GMB或GMT)。等式1引入一种滞后行为。来自相应比较器在k时刻的新建议的增益Gin_k被输入到增益连贯单元。如果该新增益与前一增益Gin_k-1差异不太大—如果该新增益不在预设定的阈值常数T_u乘以前一增益Gin_k-1之上—，则该新的输出增益Gout_k与前一输出增益Gout_k-1保持相同，以避免增益振荡。如果该新增益Gin_k远远高于前一增益Gin_k-1，那么该新的输出增益相对于老的输出增益就被增加了。但是，该新的输出增益没有被设置成与所建议的新输入增益相等。而相反，该输出增益是按照小的步长来修改的。采用这种方式，该增益在出现较高环境噪声的时间连贯区域时能够平滑地适应。有利的是，修改步骤Fac_k的不同是察觉不到的，即，1.1或1dB(这种不同只有当受过训练的收听者在最佳条件下才能区别出来)。阈值T_u可被有利地选择成等于正好可察觉的差异，即，3dB或1.414，因为如果该收听者几乎觉察不到有什么不同，则该装置无需做出响应。与此类似，可以将T_d选择成与1/1.414相等，而Fac_k等于1/1.1。随着步骤的逐步向下，增益会在长的游程中变得很低。因此，最大化算子把增益箝位在Gmin。优先地，把Gmin选择成1。这意味着，对于音量控制来说，如果该信号已经在噪声水平以上，则将信号保持不做处理(被1相乘等于没有放大)。与此类似，如果信号中有足够的低音成分(可能是因为在音量控制以后，先前低于低音噪声水平的低音成分已被放大到高于低音噪声水平)，那么低音带分量也保持不变。但是，在其它的实施例中，Gmin可以低于1，这与幅度降低相对应。如果听众已经手动把低音成分设置得很高，远远高于在环境低音噪声时可听见程度所需的值，则这可能就是十分有趣的。但是，这种低音成分会占据净空空间，而为了把高音音频分量放大到超过高音范围噪声，所述净空空间可能是需要的。但是，采用当前的低频设置以及增加的高频增益，该系统(如扬声器之前的功放)就将进入饱和。因此，低频增益连贯单元128会把低频成分降低一个增益GB，例如是0.8，从而为高音放大分配空间。

类似的基本原理在于引入了增益分配器单元134。给定净空空间量，它被安排成计算最大可允许音量增益GMV，和/或最大可允许低音增益GMB，和/或最大可允许高音增益GMT，在等式1中把它们综述为GM。例如，如果在所有净空空间都已经被消耗完之前，该信号仍然可以被放大4倍，并且音量增益GV引入2倍的放大(除了由收听者在音量控制器130上设置的当前放大)，那么在低音和高音增益之间仍然要除2。除等式1以外的其它函数可以用来按比例而不是通过钳位来分布这些成分。还可以将最大增益倍数GM固定，而不是从增益分配器单元134输入。增益分配器单元134可以采用下面的等式：

GMV＝Lim(K_E/E_in，GMinV，GMV)

GMT＝Lim{Max(K_E/E_in，GMinV)/GV，GMinT，GMT}    [等式2]

GMB＝Lim{Max(K_E/E_in，GMinV)/GV，GMinT，GMT}

其中，Min代表最小可允许增益，而M代表最大可允许增益，V、B和T代表音量、低音和高音。E_in是由水平确定单元132确定的输入信号的能量(在由收听者进行手动音量调节以后)，而K_E则是通过实验确定的常数。Lim函数定义如下：

Lim(x，min，max)＝min  如果x＜min

＝max  如果x＞max

＝x    其它情况

有利的是，由可调滤波器来完成低音和高音音频信号分量放大，该可调滤波器的信号输出可以调谐。这样一种滤波器通常可以具有一种s曲线特征，即，它在一部分0dB(或者换言之阻塞这些音频分量)和等于20logAdB(A是可调谐地产生的，例如12dB、10dB等等)的一部分最大增益之间有一个瞬时部分。一例这样的滤波器就是所谓的坡型滤波器。低音坡型滤波器如图3中所示，而高音坡型滤波器如图4中所示。

用于高音滤波器的传递函数例如是：

$H=\frac{[\frac{({\mathrm{\ω}}_0^2+2A{\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}{({\mathrm{\ω}}_0^2+{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}{z}^2+{2\mathrm{\ω}}_0^2\frac{1}{({\mathrm{\ω}}_0^2+{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}z+\frac{({-2\mathrm{A\ω}}_0{f}_s+{\mathrm{\ω}}_0^2)}{({\mathrm{\ω}}_0^2+{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}]}{[z^2+{2\mathrm{\ω}}_0^2\frac{1}{({\mathrm{\ω}}_0^2+{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}z+\frac{(-{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s+{\mathrm{\ω}}_0^2)}{({\mathrm{\ω}}_0^2+{2\mathrm{\ω}}_0{f}_s)}]}$ [等式3]

ω₀＝2πf₀，式中，f₀是滤波器函数落在相应于等于8500Hz的最大增益(图4中为12dB)的-3dB的频率。F_s是取样频率，通常等于例如44.1kHz。A决定滤波器的可调最大增益。在本例的图形中，A＝4，对应于20log4＝12dB。如果该装置需要较少的高音成分，则可以将A设置成例如3。系数A是由相应的增益连贯单元或比较器输出的低音增益GB或高音增益GT来决定的。它们的关系最好为线性，例如等于1的比例常数。

低通或低音频率滤波器110和高通或高音噪声滤波器108可以是二阶滤波器，其函数特征大致对应于坡型滤波器的函数特征：

$\mathrm{Hn}=M\frac{{\mathrm{az}}^2+\mathrm{bz}+c}{{\mathrm{dz}}^2+\mathrm{ez}+f}$ [等式4]

其中，M、a、b、c、d、e和f是预定常数。

中间范围噪声滤波器可以具有如下特性：

$\mathrm{Hmn}=M_2\left(\frac{a_2{z}^2+b_{2}z+c_2}{d_2{z}^2+e_{2}z+f_2}\right)\left(\frac{g_2{z}^2+h_{2}z+i_2}{j_2{z}^2+k_{2}z+l_2}\right)$ (等式5)

可选择地，低音噪声滤波器和高音噪声滤波器可以恰好地等于对音频信号进行调节的坡型滤波器，正如图5中实施例所示的高音坡型滤波器那样。

音量增益控制标准可控音量放大单元140，由它在低音和高音调节之前对音频信号进行调节。换言之，如果在音量放大后，低音和/或高音分量已经在低音和/或高频噪声以上，那么，就不再需要或由该装置进行低音和/或高音放大了。可以将经调节的音频信号O发送到扬声器160。这可以是一个单独的扬声器，或者是与例如车载收音机系统或用于车站或超级市场进行广播通告的专业系统等等中的音频装置相连的扬声器。但是，有利的是，扬声器160为一种耳机扬声器。它可以是一种单声或立体声的单个的或者是两个的塞在耳朵内或靠近耳朵的扬声器。这可以用于便携式装置(诸如是列车中的便携式DVD播放机或移动电话)。当把音频信号发送到耳机扬声器而不像如上所述的噪声屏蔽时，音频调节装置也可以如图5所解释的那样施加局部噪声消除。对无法采用有源噪声消除来消除那一部分噪声信号就如上文中所述的那样进行屏蔽。

图2示意性示出音频信号(或相应的噪声信号)的不同频谱域，屏蔽的例子可以采用箱式滤波器和放大器来实现。有一个高达100Hz的低音带，并且有三个高音带208、210、212，使得噪声和信号的5条处理通道很复杂。不太理想的解决方式可以仅仅根据两个高音噪声测量和内插或外插来设置三个高音增益。

图5示出带有有源噪声消除单元540的音频调节装置的实施例。它的屏蔽功能也以反馈拓扑方式而不是直接计算拓扑方式来实现。这种情况下的控制值有点不同。与根据噪声/信号比N/S来直接计算增益不同的是，在反馈式拓扑方式中，检查信号/噪声比是否大于系数K乘以1。

有源噪声消除单元产生由麦克风104测量的带相反符号的信号/噪声比，从而事实上噪声已基本上消除而不再听得见。但是，如果测得的噪声信号也是进入人耳的信号，那么噪声消除仅能以合理方式工作。按照本发明的装置是这样构造的，即，它能够和未与耳机扬声器(如音频重现装置，如移动电话兼MP3播放机)相连的麦克风一起工作。这时，只可以消除消音带内最低点频率，这是因为麦克风离耳机扬声器越远，则仍然能够可靠消除噪声的最高频率分量的频率就越低。

音频调节装置的一种实施例可以带有一种用于噪声消除的固定的预定上限，例如，如果该装置是戴在腰带上的，与耳机扬声器的距离对于平均高度的人来说约为1m。在这种情况下，消除带的上限约为100Hz。这就是说，在某些实施例中，低音屏蔽不是必须的，这是因为噪声消除基本上完全减小了环境噪声的可觉察性。在图5所示的例子中，只有一部分的低音噪声是通过噪声消除来去除的，而其余的则被屏蔽了。在这种情况下，低音坡型滤波器152就变成是一种低音带滤波器512，其功能特征560具有基本上等于噪声消除带的上限的下限，即例如100Hz和例如上限150Hz。由于被消除的最低频率的低音噪声是不需要被屏蔽的，因此对于屏蔽而言，不需要测量上述噪声，因此对低音噪声滤波器进行相应的设计。当麦克风靠近耳机放大器时，比如是这样的情况，当把它装在戴在头上的珠宝内时，甚至可以减小中间范围噪声带的宽度。

一种更先进的实施例被装备成用以测量麦克风和耳机扬声器之间的距离，并相应地修改噪声消除和低音滤波器。可以采用下面的等式，来计算低音带滤波器的下限，以便测量噪声并对音频进行调节：

f_low＝c/(6*d_ML)                (等式6)

所包含的距离测量装置599可以例如是一种对麦克风和耳机扬声器之间的波形(如电磁波或声波波形)的移动时间进行测量的装置。这种装置在现有技术中是已知的。接收电磁波形的天线可以是例如移动电话的天线，而发送天线可以是无线耳机的天线。所需的时钟通常已经存在，所以通常仅需要加入某种附加硬件。有源噪声消除单元也可以在屏蔽之后沿信号处理方向来放置，在这种情况下，仍然需要考虑进行屏蔽，其频率可以是经噪声消除的，并且无需被屏蔽。

所有所描述的功能可以采用硬件或在处理器550上运行的软件来实现。

音频重现装置可以是收音机、电视机、膝上型电脑或游戏控制器、酒馆内的自动唱片点唱机、移动电话、广播系统等。扬声器可以是与音频调节装置无线或有线相连的。音频信号可以是单通道的，也可以是立体声的，在后者的情况下，两种立体声分量通常是采用同一单通道噪声测量方式来进行测量的。

使用计算机程序产品的情况下，应当被理解为命令集合的任何物理实现都能够使得处理器——通用或专用处理器——在把所述命令输入所述处理器的一系列加载步骤之后，执行本发明任何特有的功能。特别地是，计算机程序产品可以被实现为在载体(诸如磁盘或磁带)上的数据、存在于存储器的数据、穿过网络连接(硬接线或无线)的数据或纸上的程序代码。除程序代码之外，所述程序所要求的特性数据还可以被具体化为计算机程序产品。

应当注意，上述实施例并非是对本发明的限制，在不偏离权利要求所限定的范围的情况下，本领域中的普通技术人员能够设计出各种可替换方案。与权利要求中所组合的本发明的元件之组合不同的是，本发明范围内元件之其它组合可以由本领域中的普通技术人员看做是由本发明所覆盖。元件之任一组合可以采用单个的专用元件来实现。权利要求中的括弧之间的附图标记并非是对权利要求的限制。术语“包含”并不排斥权利要求中没有出现的元件。元件之前的术语“一个”并不排斥存在多个这样的元件。

本发明可以采用硬件，也可以采用在计算机上运行的软件来实现。

Claims (9)

1.一种音频调节装置，用来对将被输出的音频信号进行调节，该音频调节装置包含：

-中间范围噪声特征化单元，用来估计环境噪声的噪声水平；以及

-音量放大单元，用来根据所述噪声水平，把音频信号的音量放大音量增益，

其特征在于，该音频调节装置还包括：

-另外的噪声特征化单元，用来估计在低音频率噪声带或高音频率噪声带中的环境噪声的另外的噪声水平，以及

-另外的放大单元，用来根据所述另外的噪声水平，分别地把所述音频信号的低音频率音频带、高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另外的增益，以及

其中由所述中间范围噪声特征化单元估计的环境噪声的噪声水平是在中间范围频带中。

2.如权利要求1所述的音频调节装置，其中所述低音频率音频带的上限基本上位于60至150Hz的范围内，并且其中所述高音频率音频带的下限基本上位于8kHz到12kHz的范围内。

3.如权利要求1所述的音频调节装置，其中包含增益连贯单元，用来按照预定的数学标准产生随时间而连贯变化的增益。

4.如权利要求1所述的音频调节装置，其中包含增益分配器单元，用来根据用于放大的可用净空来分配最大可允许增益。

5.如权利要求1所述的音频调节装置，其中所述另外的放大单元包含坡型滤波器。

6.如权利要求1所述的音频调节装置，可连接到可以用于重现音频信号的头戴式扬声器，其中包含有源噪声消除单元，用来基本上消除在频率的消除带中的环境噪声，所述噪声可以利用麦克风来测量。

7.如权利要求6所述的音频调节装置，其中包含距离测量装置，用来测量在所述麦克风和所述头戴式扬声器之间的距离。

8.一种音频重现装置，包含：

用于重现音频信号的扬声器；

至输入音频信号的接入端，所述音频信号是基于所述输入音频信号的；以及

如权利要求1所述的音频调节装置。

9.一种对音频信号进行调节的方法，包含：

估计环境噪声的噪声水平；以及

根据所述噪声水平，把所述音频信号的音量放大音量增益，

其特征在于，

估计在低音频率噪声带或高音频率噪声带中的环境噪声的另外的噪声水平，以及

根据所述另外的噪声水平，分别地把音频信号的低音频率音频带、高音频率音频带中的频率分量的幅度放大另外的增益，以及

其中被估计的环境噪声的噪声水平是在中间范围频带中。

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