DE112012006458B4

DE112012006458B4 - Signalverarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012006458B4
Application number: DE112012006458.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporat Kimura Masaru; c/o Mitsubishi Electric Corporati Teramoto Kohei; c/o Mitsubishi Electric Corpora Yamazaki Takashi; c/o Mitsubishi Electric Corporat Taniguchi Takuya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: CN104025619B; US9553554B2; DE112012006458T5; CN104025619A; JPWO2013183102A1; US20140321668A1; WO2013183102A1; JP6038135B2

Abstract

Signalverarbeitungsvorrichtung, welche aufweist:eine Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe, die eine übermäßige Eingabe eines Zielsignals schätzt;eine Steuervorrichtung (105), die Frequenzcharakteristiken berechnet,die die übermäßige Eingabe des Zielsignals gemäß Informationen über die übermäßige Eingabe, die von der Schätzeinheit (102) für die übermäßige Eingabe geschätzt wurden, verringern; undeine Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103), die Frequenzcharakteristiken des Zielsignals gemäß den von der Steuervorrichtung (105) berechneten Frequenzcharakteristiken modifiziert;wobei die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) aufweist:ein Hochpassfilter (702; 1101, 1102, 1103) oder ein Tiefpassfilter (901);eine Phasenkorrektureinheit (701; 1107, 1108, 1109), die die Phasencharakteristiken des Zielsignals so korrigiert, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken des Hochpassfilters (702; 1101, 1102, 1103) oder des Tiefpassfilters (901) gemacht werden;einen ersten Multiplizierer (705; 1113), der die Verstärkung eines von der Phasenkorrektureinheit (701; 1107, 1108, 1109) ausgegebenen Signals einstellt;einen zweiten Multiplizierer (706; 1114), der die Verstärkung eines von dem Hochpassfilter (702; 1101, 1102, 1103) oder dem Tiefpassfilter (901) ausgegebenen Signals einstellt;eine Koeffizientenbestimmungseinheit, die die Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers (705; 1113) und des zweiten Multiplizierers (706;1114) in einer Weise bestimmt, dass die Summe des Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers (705; 1113) und des Verstärkungskoeffizienten des zweiten Multiplizierers (706; 1114) einen festen Wert hat; undeinen Addierer (713), der von dem ersten Multiplizierer (705; 1113) und dem zweiten Multiplizierer (706; 1114) ausgegebene Signale addiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungstechnik zum Verbessern von Verzerrungen oder Knistergeräuschen bei einer Audiosignalwiedergabe.
STAND DER TECHNIK
Bei einem Lautsprecher-Wiedergabesystem, das ein Audiosignal wie Musik oder Durchsagen mit einem Lautsprecher wiedergibt, gibt es Fälle, in denen die Qualität des Tons aufgrund von Verzerrungen oder Knistergeräuschen verschlechtert ist. Der Grund für die Verzerrung oder die Knistergeräusche kann grob in zwei Kategorien unterteilt werden. Die erste ist der Fall, in welchem das Eingangssignal in einem Lautsprecher verzerrt ist, und die zweite ist der Fall, in welchem die Verzerrung oder das Knistergeräusch auftritt, weil das Eingangssignal die Wiedergabegrenze eines Lautsprechers überschreitet, selbst wenn es keine Verzerrung hat.
Der erste Fall kann wie folgt erläutert werden. In jüngerer Zeit korrigiert eine zunehmende Anzahl von Audiosignal-Wiedergabesystemen die Frequenzcharakteristiken oder stellt die Lautstärke ein durch digitale Verarbeitung. Hinsichtlich der Korrektur der Frequenzcharakteristiken tritt, wenn eine Hochfrequenzkomponente um beispielsweise 10 dB verstärkt wird, die Möglichkeit auf, dass das Signal bei der Lautstärke von nicht weniger als -10 dBFS gesättigt wird. Hier stellt 0 dBFS die maximale Amplitude des digitalen Signals dar. Demgemäß ist der wiedergegebene Ton bei hoher Lautstärke digital verzerrt, so dass die Qualität des Tons verschlechtert ist. 2 zeigt sein Verhalten.
In 2 zeigt die vertikale Achse die Amplitudenintensität des digitalen Signals, und die horizontale Achse zeigt die Frequenz. Zusätzlich ist der Bereich, in welchem das Signal gesättigt ist und das Knistergeräusch auftritt, durch Schraffur gezeigt, und die Grenze ist durch eine dicke Linie gekennzeichnet. Die Bezugszahlen 201, 202 und 203 bezeichnen jeweils ein Beispiel für Frequenzcharakteristiken des digitalen Audiosignals, dessen Frequenzcharakteristiken korrigiert sind: 201 bezeichnet die Charakteristiken, wenn die Lautstärke niedrig ist; 202 bezeichnet die Charakteristiken, wenn die Lautstärke gemäßigt ist; und 203 bezeichnet die Charakteristiken, wenn die Lautstärke groß ist. Bei der mit 201 oder 202 bezeichneten Lautstärke tritt, da das Audiosignal 0 dBFS nicht überschreitet, kein Knistergeräusch auf, was das Genießen der ursprünglichen Tonqualität ermöglicht. Wenn jedoch die Lautstärke wie durch 203 bezeichnet erhöht wird, überschreitet die Signalintensität eines Teils der Hochfrequenzkomponente 0 dBFS und ist digital gesättigt. Wenn das Signal gesättigt ist, bewirkt es eine Verzerrung oder ein Knistergeräusch, wodurch die Tonqualität verschlechtert ist.
Somit gibt es, wenn versucht wird, das digitale Signal mit seinen bei einer hohen Lautstärke korrigierten Frequenzcharakteristiken wiederzugeben, einige Fälle, in denen eine bestimmte Frequenzkomponente 0 dBFS, die maximale Amplitude des digitalen Signals, überschreitet. Dies bewirkt die Sättigung des Signals, die zu der Verzerrung oder dem Knistergeräusch führt.
Als nächstes wird der zweite Fall beschrieben, in welchem eine Verzerrung oder ein Knistergeräusch aufgrund einer Überschreitung der Wiedergabegrenze des Lautsprechers auftritt.
Bei der Lautsprecher-Wiedergabe hat die Membran eines Lautsprechers eine maximale Auslenkung, mit der sie vibrieren kann. Wenn ein diese überschreitendes Signal eingegeben wird, kann die Lautsprechermembran nicht zufriedenstellend vibrieren, was eine Verzerrung oder ein Knistergeräusch bewirken kann. Hier hängt die Auslenkung der Lautsprechermembran von der Frequenz des Eingangssignals ab. 3 zeigt die Beziehungen. 3 zeigt die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn ein Signal in einen Lautsprecher eingegeben wird, während nur seine Frequenz verändert wird, während die Spannung (V) aufrechterhalten wird. Aus 3 ist, obgleich die tatsächlichen Charakteristiken um F0 herum in einer solchen Weise variieren, dass sie runder oder flacher als diejenigen in 3 aufgrund der Differenz im Q-Wert, der den Dämpfungsgrad darstellt, werden, eine allgemeine Tendenz erkennbar. Zusätzlich erfolgt, da die vorliegende Erfindung auf einen Lautsprecher mit Charakteristiken, die von den in 3 gezeigten Auslenkungscharakteristiken verschieden sind, anwendbar ist, die folgende Beschreibung aus Gründen der Zweckmäßigkeit unter der Annahme, dass die Auslenkungscharakteristiken der Lautsprechermembran wie in 3 gezeigt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Auslenkung der Lautsprechermembran bei Frequenzkomponenten, die niedriger als F0 (die minimale Resonanzfrequenz des Lautsprechers) sind, angenähert konstant und nimmt mit einer Neigung von etwa -12 dB/Okt. für die Frequenzkomponenten, die höher als F0 sind, ab. Dies zeigt an, dass die Lautsprechermembran mit der größeren Auslenkung vibriert, wenn die niedrigen Frequenzkomponenten nahe F0 in den Lautsprecher eingegeben werden, als wenn die höheren Frequenzkomponenten eingegeben werden. Demgemäß überschreitet, wenn das Signal enthaltend viele Niedrigfrequenzkomponenten in den Lautsprecher eingegeben wird und seine Spannung ansteigt, die Auslenkung die maximale Auslenkung der Membran bei einer bestimmten oder höheren Spannung. Mit anderen Worten, wenn das Signal mehr Niedrigfrequenzkomponenten enthält und seine Spannung steigt, ist es wahrscheinlich, dass die Auslenkung die Wiedergabegrenze des Lautsprechers überschreitet. 4 zeigt dieses Verhalten.
In 4 zeigt die vertikale Achse die Amplitudenintensität des Signals, und die horizontale Achse zeigt seine Frequenz. Der Bereich, in welchem die Auslenkung die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran überschreitet und daher das Knistergeräusch auftritt, ist schraffiert gezeigt, und seine Grenze ist durch eine dicke Linie angezeigt. Hier hat, da die Charakteristiken von 4 Charakteristiken für die Amplitude des Audiosignals sind, die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran eine Neigung von +12 dB/Okt., die unterschiedlich gegenüber der Neigung der in 3 gezeigten Charakteristiken der Auslenkung des Lautsprechers ist.
Zusätzlich bezeichnen die Bezugszahlen 401, 402 und 403 Frequenzcharakteristiken des von dem Lautsprecher wiedergegebenen Audiosignals unter der Annahme, dass das Signal insbesondere viele Niedrigfrequenzkomponenten enthält. Die Bezugszahl 401 bezeichnet die Charakteristik, wenn die Lautstärke gering ist, 402 bezeichnet die Charakteristik, wenn die Lautstärke gemäßigt ist, und 403 bezeichnet die Frequenzcharakteristik, wenn die Lautstärke hoch ist. Solange wie die Wiedergabe bei der niedrigen Lautstärke durchgeführt wird, bewirkt, wie durch 401 angezeigt ist, selbst das viele Niedrigfrequenzkomponenten enthaltende Audiosignal nicht, dass die Lautsprechermembran ihre maximale Auslenkung überschreitet. Somit tritt das Knistergeräusch nicht auf, wodurch ermöglicht wird, dass die ursprüngliche Tonqualität genossen werden kann. Jedoch überschreitet, wie durch 402 oder 403 bezeichnet ist, wenn die Lautstärke erhöht wird, die Lautsprechermembran ihre maximale Auslenkung, was das Auftreten einer Verzerrung oder eines Knistergeräuschs und damit eine Verschlechterung der Tonqualität bewirken kann.
Auf diese Weise kann, wenn das Signal, das bewirkt, dass die Membran die maximale Auslenkung überschreitet, eingegeben wird, die Membran nicht zufriedenstellend vibrieren, was zu der Verzerrung oder dem Knistergeräusch führt.
Da die Verzerrung oder das Knistergeräusch nicht in dem ursprünglichen Audiosignal enthalten sind, beeinträchtigen sie in großem Maße das Genießen von Musik.
Hinsichtlich des Problems werden die Verzerrung oder das Knistergeräusch herkömmlich durch eine Verarbeitungskonfiguration, wie in 13 gezeigt, verringert. Gemäß 13 führt die Konfiguration ein Eingangssignal 1301 durch ein HPF (Hochpassfilter) 1302, das die Niedrigfrequenzkomponenten unterdrückt, und gibt es als ein Signal 1303 aus. Da die Konfiguration die Niedrigfrequenzkomponenten, die das Knistergeräusch bewirken, vor der Eingabe in den Lautsprecher unterdrücken, kann sie das Verhältnis des Erzeugens der Verzerrung oder des Knistergeräusch herabsetzen. Da jedoch die herkömmliche Technik die Niedrigfrequenzkomponenten durch das HPF 1302 unterdrückt, ergibt sich das Problem, selbst wenn das wiederzugebende Signal nur kleine Niedrigfrequenzkomponenten hat und das Knistergeräusch nicht auftritt, wenn der Lautsprecher mit einer hohen Spannung betrieben wird, da die Niedrigfrequenzkomponenten immer unterdrückt werden, das Problem, dass der ursprüngliche Ton nicht wiedergegeben werden kann. Zusätzlich unterdrückt, selbst wenn das Knistergeräusch nicht auftritt, ohne Hindurchgehen durch das Hochpassfilter 1302, da die Treiberspannung des Lautsprechers nicht so hoch ist, die herkömmliche Technik immer die Niedrigfrequenzkomponenten, wodurch sich das Problem ergibt, dass der ursprüngliche Ton nicht wiedergegeben werden kann. Mit anderen Worten, die herkömmliche Technik hat das Problem, das Genießen der ursprünglichen Tonqualität durch einen Zuhörer zu beeinträchtigen, indem die Niedrigfrequenzkomponenten bei der großen Treiberspannung (bei der hohen Lautstärke) zum Verhindern des Knistergeräuschs übermäßig unterdrückt werden.
Als eine Technik zum Lösen der Probleme gibt es beispielsweise die im Patentdokument 1 offenbarte Technik. 14 ist ein Blockschaltbild einer in dem Patentdokument 1 offenbarten Amplitudenbegrenzungsvorrichtung. Gemäß dem Patentdokument 1 wird bei der Amplitudenbegrenzung zum Unterdrücken der übermäßigen Eingabe die Größe der Verzerrung aufgrund der Amplitudenbegrenzungscharakteristiken erfasst und die Verstärkung jedes Frequenzbands gemäß der Größe wird gesteuert, wodurch die Verschlechterung der Tonqualität aufgrund der Amplitudengrenze verringert wird.
Patentdokument 2 beschreibt eine Audiowiedergabevorrichtung. Die Audiowiedergabevorrichtung enthält: Signalpegelerfassungsmittel zum Erfassen eines Signalpegels eines Audiosignals; eine Schalldruck-Einstelleinrichtung zum Ändern des Schalldruckpegels, der das Verstärkungsverhältnis des Audiosignals anzeigt; eine Frequenzcharakteristik-Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Frequenzcharakteristik des Audiosignals gemäß einem Korrekturbetrag; und ein Steuermittel zum Bestimmen des Korrekturbetrags gemäß dem Signalpegel und dem Schalldruckpegel und zum sukzessiven Steuern der Frequenzcharakteristik-Korrektureinrichtung, um eine Korrektur gemäß dem bestimmten Korrekturbetrag durchzuführen.
Patentdokument 3 beschreibt eine Lautsprecherauslenkungssteuerschaltung zum Antreiben von Lautsprechern mit relativ kleinem Durchmesser mit maximaler Ausgangsleistung, welche, während eine minimale Verzerrung der akustischen Ausgangsleistung von solchen Wandlern sichergestellt wird, Signale erfasst, die eine Überauslenkung verursachen können, und dynamisch die Amplitude von Signalen steuert, die an den mit den Lautsprechern gekoppelten Leistungsverstärkern angelegt werden.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-147701;
Patentdokument 2: US 2008 / 0 170 723 A1;
Patentdokument 3: US 5 548 650 A .

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Jedoch hat die in dem vorgenannten Patentdokument 1 offenbarte Technik das Problem der Verschlechterung der Tonqualität durch übermäßiges Unterdrücken einer Frequenzkomponente, die anfänglich nicht zu unterdrücken ist, da eine zu unterdrückende Frequenzkomponente auf eine Bandbreite der Teilung fixiert ist. Beispielsweise wird der Fall betrachtet, in welchem eine Bandbreite eines durch ein BPF (Bandpassfilter) geteiltes Subband 100 Hz beträgt. In diesem Fall kann, wenn ein Signal, das eine Frequenzkomponente hoher Intensität bei 60 Hz oder weniger hat, eingegeben wird, das Knistergeräusch hauptsächlich verhindert werden, indem nur die Signalkomponente von 60 Hz oder weniger unterdrückt wird. Die vorbeschriebene Technik unterdrückt jedoch die Intensität der gesamten Signalkomponente von 0 bis 100 Hz, wodurch die Komponente (Komponente von 60 bis 100 Hz) unterdrückt wird, die eine andere als die zu unterdrückende Frequenzkomponente ist. Zusätzlich hat, obgleich die Auslenkung der Lautsprechermembran Frequenzcharakteristiken, wie in 3 gezeigt, hat, die in dem Patentdokument 1 offenbarte Amplitudenbegrenzungsvorrichtung nicht die Verarbeitungskonfiguration, die die Frequenzcharakteristiken der Auslenkung reflektiert. Demgemäß kann sicher gesagt werden, dass sie nicht eine Funktion des Verhinderns des Knistergeräuschs hat, das erzeugt wird, wenn die Auslenkung die maximale Auslenkung der Lautsprechermembran überschreitet.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme zu lösen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signalverarbeitungsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, die Verzerrung und das Knistergeräusch bei der Lautsprecher-Wiedergabe zu verhindern, während die Tonqualität aufrechterhalten wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Schätzeinheit für eine übermäßige Eingabe, die eine übermäßige Eingabe eines Zielsignals schätzt; eine Steuervorrichtung, die Frequenzcharakteristiken berechnet, die die übermäßige Eingabe des Zielsignals verringert gemäß von der Schätzeinheit für übermäßige Eingabe geschätzten Informationen über die übermäßige Eingabe; und eine Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit, die Frequenzcharakteristiken des Zielsignals gemäß den von der Steuervorrichtung berechneten Frequenzcharakteristiken modifiziert; wobei die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit aufweist: ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter; eine Phasenkorrektureinheit, die die Phasencharakteristiken des Zielsignals so korrigiert, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken des Hochpassfilters oder des Tiefpassfilters gemacht werden; einen ersten Multiplizierer, der die Verstärkung eines von der Phasenkorrektureinheit ausgegebenen Signals einstellt; einen zweiten Multiplizierer, der die Verstärkung eines von dem Hochpassfilter oder dem Tiefpassfilter ausgegebenen Signals einstellt; eine Koeffizientenbestimmungseinheit, die die Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers und des zweiten Multiplizierers in einer Weise bestimmt, dass die Summe des Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers und des Verstärkungskoeffizienten des zweiten Multiplizierers einen festen Wert hat; und einen Addierer, der von dem ersten Multiplizierer und dem zweiten Multiplizierer ausgegebene Signale addiert.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Verzerrung oder das Knistergeräusch in der Lautsprecher-Wiedergabe verhindert werden, während die Tonqualität aufrechterhalten wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 1 zeigt;
2 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Amplitudengrenzen eines digitalen Signals und Frequenzcharakteristiken einer Tonquelle illustriert;
3 ist ein Diagramm, das Auslenkungscharakteristiken einer Lautsprechermembran illustriert;
4 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Vibrationsgrenzen eines Lautsprechers und Frequenzcharakteristiken einer Tonquelle illustriert,
5 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 2 zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 3 zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 4 zeigt;
8 ist ein Diagramm, das Frequenzcharakteristiken aufgrund von zwei Verstärkungskoeffizienten der Signalverarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 4 zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 5 zeigt;
10 ist ein Diagramm, das einen Übergang von Frequenzcharakteristiken aufgrund von zwei Verstärkungskoeffizienten der Signalverarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 5 illustriert;
11 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel 6 zeigt;
12 ist ein Diagramm, das einen Übergang von Frequenzcharakteristiken aufgrund von drei Verstärkungskoeffizienten der Signalverarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 6 illustriert;
13 ist ein Diagramm, das ein Prinzip einer herkömmlichen Technik zeigt; und
14 ist ein Verarbeitungsblockschaltbild einer Amplitudenbegrenzungsvorrichtung nach einer herkömmlichen Technik.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die beste Art der Ausführung der Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung im Einzelnen zu erläutern.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
1 ist ein Diagramm, das ein Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Ein in eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingegebenes Eingangssignal 101 wird geteilt und zu einer Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe und einer Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 geliefert.
Die Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe schätzt, ob das Eingangssignal 101 eine übermäßige Eingabe für einen Ziellautsprecher ist oder nicht, und ob es die maximale Amplitude eines digitalen Signals überschreitet, und liefert ein Schätzergebnissignal 104 zu einer Steuervorrichtung 105.
Unter Verwendung des von der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe gelieferten Schätzergebnissignals 104 berechnet die Steuervorrichtung 105 die Frequenzcharakteristiken, die verhindern, dass das Eingangssignal 101 eine übermäßige Eingabe wird, und liefert Parameter 106, die die Frequenzcharakteristiken erzielen, zu der Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103. Als ein konkretes Beispiel für die Parameter 106 sind Filterkoeffizienten vorgesehen, die die Frequenzcharakteristiken modifizieren.
Die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 modifiziert die Frequenzcharakteristiken des Eingangssignals 101 gemäß den von der Steuervorrichtung 105 gelieferten Parametern 106 und gibt ein Ausgangssignal 107 aus. Wenn die Parameter 106 Filterkoeffizienten sind, führt die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit die Filterverarbeitung unter Verwendung der Koeffizienten 106 durch.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Verarbeitungskonfiguration nach dem Ausführungsbeispiel 1 verhindern, dass das Wiedergabe-Audiosignal eine übermäßige Eingabe wird. Demgemäß bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch zu unterdrücken. Zusätzlich verhindert die Steuervorrichtung das Auftreten der Verzerrung oder des Knistergeräuschs, während die Modifikation der Frequenzcharakteristiken soweit wie möglich herabgesetzt wird, was den Vorteil bietet, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch mit der minimal erforderlichen Frequenzcharakteristik Modifikation zu verhindern.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel modifiziert die Frequenzcharakteristiken des Audiosignals derart, dass verhindert wird, dass die Lautsprechermembran ihre Auslenkungsgrenzen überschreitet. Die Arbeitsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Das in die Signalverarbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eingegebene Eingangssignal 101 wird geteilt und zu der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe und die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 geliefert.
Die Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schätzeinheit 501 für die Auslenkung der Lautsprechermembran aufweist. Die Schätzeinheit 501 für die Auslenkung der Lautsprechermembran schätzt die Auslenkung der Lautsprechermembran anhand von Informationen 502 wie der Lautstärke und der F0 des Ziellautsprechers und anhand des Eingangssignals 101. Als ein konkretes Beispiel für die Auslenkungsschätzung wird ein LPF unter Verwendung eines IIR-Filters zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz F0 vorbereitet. Dann wird das Eingangssignal 101 durch das LPF hindurchgeführt, gefolgt durch Multiplizieren der Lautstärke, wodurch sich ein Wert angenähert proportional zu der Auslenkung des Ziellautsprechers ergibt. Zusätzlich kann das LPF unter Verwendung des IIR-Filters zweiter Ordnung, da es seinen Q-Wert ändern kann, die Schätzgenauigkeit verbessern durch Verändern des Q-Werts als Antwort auf den Dämpfungsgrad des Ziellautsprechers. Es ist selbstverständlich, dass andere Verfahren wie Simulieren der Auslenkungscharakteristiken der Membran des Ziellautsprechers durch ein FIR-Filter möglich sind.
Die so erhaltene Lautsprecherauslenkung wird als das Schätzergebnissignal 104 zu der Steuervorrichtung 105 geliefert.
Die Steuervorrichtung 105 führt eine HPF-Verarbeitung bei dem gelieferten Schätzergebnissignal 104 durch und erhält die Filterkoeffizienten des HPF, die die Amplitude des Auslenkungsschätzsignals innerhalb eines vorgeschriebenen Schwellenwerts anordnen. Der vorgeschriebene Schwellenwert ist ein Wert, der angenähert gleich der maximalen Auslenkung der Membran des Ziellautsprechers ist. Als ein Berechnungsverfahren für die Filterkoeffizienten des HPF wird zuerst die Grenzfrequenz des HPF auf eine niedrige Frequenz (z.B. 20 Hz) gesetzt, die Grenzfrequenz allmählich erhöht und die Grenzfrequenz erhalten, die die Amplitude des Ausgangssignals des HPF auf einen Wert setzt, der nicht größer als der Schwellenwert ist. Dann werden die Filterkoeffizienten zu dieser Zeit zu der Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 geliefert.
Die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist ein variables Filter 503 auf. Das variable Filter 503 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals 101 durch Verwendung der von der Steuervorrichtung 105 gelieferten Filterkoeffizienten 106 durch und gibt das sich ergebende Signal als das Ausgangssignal 107 aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Verarbeitungskonfiguration des Ausführungsbeispiels 2 die Auslenkung der Lautsprechermembran, in der die Intensität der Niedrigfrequenzkomponente vorherrschend ist, unterdrücken. Demgemäß wird der Vorteil erhalten, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch zu verhindern. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bewirken, dass die Grenzfrequenz des HPF so niedrig wie möglich ist. Demgemäß wird der Vorteil erhalten, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch mit der minimal erforderlichen Modifikation der Frequenzcharakteristiken zu verhindern.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
6 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert. Das vorliegende Ausführungsbeispiel modifiziert in einem digitalen Audiosignal, dass durch die Frequenzcharakteristikkorrektur, das seine Hochfrequenzkomponenten stark korrigiert, hindurchgeht, die Frequenzcharakteristiken des Signals derart, dass die maximale Amplitude des digitalen Signals nicht überschritten wird. Die Arbeitsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Das in die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingegebene Eingangssignal 101 wird geteilt und zu der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe und der Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 geliefert.
Die Schätzeinheit 102 für die übermäßige Eingabe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Berechnungseinheit 601 für die digitale Signalamplitude aufweist. Die Berechnungseinheit 601 für die digitale Signalamplitude erhält die Amplitude nach der Lautstärkeverarbeitung durch Multiplizieren der Lautstärke 602 und des Eingangssignals 101 und liefert die sich ergebende Amplitude als das Schätzergebnissignal 104 zu der Steuervorrichtung 105.
Die Steuervorrichtung 105 führt die LPF-Verarbeitung des gelieferten Schätzergebnissignals 104, d.h. der Amplitude, durch und erhält die Filterkoeffizienten des LPF in einer solchen Weise, dass das Signal nach der LPF-Verarbeitung innerhalb eines vorgeschriebenen Schwellenwerts gelangt. Der vorgeschriebene Schwellenwert ist, obgleich er gewöhnlich auf 0 dBFS gesetzt ist, nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann er auf einen Wert gesetzt werden, der niedriger ist als wenn die Anpassung zwischen der Lautsprecher-Eingangstoleranz und dem Verstärkerausgang nicht hergestellt ist, und es ist wünschenswert, das Ausgangssignal des Verstärkers zu begrenzen. Als ein Verfahren zum Berechnen der Filterkoeffizienten des LPF wird die Grenzfrequenz des LPF auf einen ziemlich hohen Wert (z.B. 20 kHz) gesetzt, die Grenzfrequenz allmählich verringert, und die Grenzfrequenz, bei der die Amplitude des Ausgangssignals des LPF gleich dem oder kleiner als der Schwellenwert wird, erhalten. Zusätzlich werden die Filterkoeffizienten zu dieser Zeit zu der Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 geliefert.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel 2 weist die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch ein variables Filter 503 auf. Das variable Filter 503 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals 101 unter Verwendung der von der Steuervorrichtung 105 gelieferten Filterkoeffizienten 106 durch und liefert das sich ergebende Signal als das Ausgangssignal 10.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Verarbeitungskonfiguration nach dem Ausführungsbeispiel 3 die Amplitude des digitalen Audiosignals, dessen Hochfrequenzkomponenten stark korrigiert wurden, unterdrücken, was den Vorteil bietet, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch zu unterdrücken. Zusätzlich wird, da die Steuervorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Grenzfrequenz des LPF so hoch wie möglich setzen kann, der Vorteil erhalten, in der Lage zu sein, die Verzerrung oder das Knistergeräusch mit der minimal erforderlichen Modifikation der Frequenzcharakteristiken zu verhindern.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4
7 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung illustriert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 dadurch gekennzeichnet, dass sie ein festes Filter, eine Phasenkorrektureinheit, mehrere Multiplizierer und einen Addierer anstelle des variablen Filters aufweist. Die Arbeitsweise nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Das zu der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelieferte Eingangssignal 101 wird geteilt und zu der Phasenkorrektureinheit 701 und dem HPF 702 geliefert.
Die Phasenkorrektureinheit 701 korrigiert, während sie die Frequenzamplitudencharakteristiken des Eingangssignals 101 aufrechterhält, nur seine Phasencharakteristiken derart, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken des HPF 702 werden, und liefert das sich ergebende Signal 703 zu dem ersten Multiplizierer 705 und der Schätzeinheit 102 für übermäßigen Eingang.
Das HPF 702 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals 101 durch und liefert das sich ergebende Signal 704 zu dem zweiten Multiplizierer 706 und der Schätzeinheit 102 für übermäßigen Eingang.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Implementieren der Phasenkorrektureinheit 701, die die Phase so korrigiert, dass sie nahezu gleich den Phasencharakteristiken des HPF 702 wird, beschrieben. Wenn das HPF 702 mit einer einzelnen Stufe eines IIR-Filters zweiter Ordnung implementiert wird, drehen sich seine Phasencharakteristiken bei der Grenzfrequenz gerade um 90° und drehen sich bei den folgenden Frequenzkomponenten allmählich bis zu 180°. Eine Phasenkorrektureinheit, die derartige Phasencharakteristiken erzielt, kann gestaltet werden durch ein Allpassfilter auf der Grundlage eines IIR-Filters erster Ordnung. Wenn das HPF mit zwei Stufen aus IIR-Filtern zweiter Ordnung implementiert wird, drehen sich seine Phasencharakteristiken gerade um 180° bei der Grenzfrequenz und drehen sich bei den folgenden Frequenzkomponenten allmählich bis zu 360°. Eine Phasenkorrektureinheit, die derartige Phasencharakteristiken erzielt, kann durch ein Allpassfilter auf der Grundlage eines IIR-Filters zweiter Ordnung gebildet sein. Wenn das HPF mit N-Stufen aus IIR-Filtern zweiter Ordnung implementiert wird, können dieselben Phasencharakteristiken durch zweckmäßiges Verbinden von Allpassfiltern des IIR erster Ordnung und Allpassfiltern des IIR zweiter Ordnung in Reihe erzielt werden. Wenn das HPF mit einem FIR-Filter implementiert wird, kann, da die Phasencharakteristiken eine lineare Phase haben, die Phasenkorrektureinheit durch Abtastverzögerungsverarbeitung konfiguriert sein. Somit kann die Phasenkorrektureinheit 701 mit denselben Phasencharakteristiken als das HPF 702 implementiert werden.
Die Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist wie beim Ausführungsbeispiel 2 die Schätzeinheit 501 für die Auslenkung der Lautsprechermembran auf. Die Schätzeinheit 501 für die Auslenkung der Lautsprechermembran schätzt die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn das Signal 703 wiedergegeben wird, durch Verwendung der Informationen 502 wie der Lautstärke und der F0 des Ziellautsprechers, und erhält eine erste Lautsprechermembranauslenkung 707. In gleicher Weise schätzt sie die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn das Signal 704 wiedergegeben wird, und erhält eine zweite Lautsprechermembranauslenkung 708. Für ein konkretes Verfahren der Auslenkungsschätzung wird, da die Auslenkung durch dasselbe Verfahren wie das des Ausführungsbeispiels 2 erhalten werden kann, die detaillierte Beschreibung weggelassen.
Die so erhaltenen zwei Lautsprechermembranauslenkungen 707 und 708 werden zu der Steuervorrichtung 105 geliefert.
Die Steuervorrichtung 105 erhält die beiden Verstärkungskoeffizienten in einer solchen Weise, dass, wenn die beiden eingegebenen Lautsprechermembranauslenkungen 707 und 708 jeweils mit den Verstärkungskoeffizienten, die einander unterschiedlich sind, multipliziert werden, gefolgt durch Addition, der absolute Wert der Amplitude in den vorgeschriebenen Schwellenwert gelangt, wobei die Summe der beiden Verstärkungskoeffizienten als eins angenommen wird.
Das Variieren der zwei Verstärkungskoeffizienten unter derartigen Bedingungen kann unterschiedliche Niedrigfrequenz-Dämpfungswirkungen implementieren. 8 zeigt Übergänge von Frequenzcharakteristiken aufgrund der beiden Verstärkungskoeffizienten, wenn das HPF 702 mit zwei Stufen von IIR-Filtern zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 80 Hz implementiert wird und die Phasenkorrektureinheit 701 mit einer einzelnen Stufe des Allpassfilters eines IIR zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 80 Hz implementiert wird. Zusätzlich zeigt unter der Annahme, dass der Verstärkungskoeffizient der Lautsprechermembranauslenkung 707 gleich A1 ist und der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 708 in 8 gleich A2 ist, die Linie 801 Charakteristiken von A1 = 1,0 und A2 = 0,0, und die Kurve 802 zeigt Charakteristiken von A1 = 0,1 und A2 = 0,9, und die Kurve 803 zeigt Charakteristiken von A1 = 0,0 und A2 = 1,0. Dies zeigt an, dass unterschiedliche Niedrigfrequenz-Dämpfungscharakteristiken implementiert werden können zwischen den vollständig flachen Charakteristiken (A1 = 1,0, A2 = 0,0) und denselben Charakteristiken als den zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit der Grenzfrequenz von 80 Hz (A1 = 0,0, A2 = 1,0). Zusätzlich können hinsichtlich der Frequenzkomponenten, die nicht geringer als die Grenzfrequenz sind, da die Komponenten mit derselben Phase bei den Verhältnissen von insgesamt 1 hinzugefügt werden, die flachen Charakteristiken aufrechterhalten werden ohne jegliche Schwankungen der Intensität.
Ein konkretes Verfahren des Berechnens von zwei derartigen Verstärkungskoeffizienten kann implementiert werden durch Erhalten von A1 und A2, die dem folgenden Ausdruck (1) genügen, wobei X1 die Lautsprechermembranauslenkung 707 ist, X2 die Lautsprechermembranauslenkung 708 ist, A1 der Verstärkungskoeffizient entsprechend X1 ist, A2 der Verstärkungskoeffizient entsprechend X2 ist, und T der vorgeschriebene Schwellenwert ist. $\begin{array}{l} T > ABS (X 1 * A 1 + X 2 * A 2) \\ A 1 + A 2 = 1 \end{array}$
wobei ABS(x) den absoluten Wert x bezeichnet.
Zusätzlich ist es wünschenswert, um die Modifikation der Frequenzcharakteristiken auf ein minimal erforderliches Maß zu beschränken, eine Kombination zu erhalten, bei der der Wert A1 nahe 1 unter den Kombinationen von A1 und A2, die dem vorgenannten Ausdruck (1) genügen, ist. Dies folgt daraus, dass X1 das Signal ist, das sich aus der Korrektur von nur der Phasencharakteristiken ergibt, und da A1 sich 1 annähert, haben die Frequenzcharakteristiken eine geringere Modifikation. Um derartige Verstärkungskoeffizienten zu erhalten, wird zuerst A1 = 1 gesetzt, ABS (XI x A1 + X2 x A2) erhalten, während der Wert A1 allmählich verringert wird, und die Werte A1 und A2 angenommen, wenn ABS (XI x A1 + X2 x A2) kleiner als T wird.
Der so erhaltene Wert A1 wird zu dem ersten Multiplizierer 705 als der Verstärkungskoeffizient 709 geliefert. Zusätzlich wird der Wert A2 zu dem zweiten Multiplizierer 706 als der Verstärkungskoeffizient 710 geliefert.
Der erste Multiplizierer 705 multipliziert das Eingangssignal 703 mit dem Verstärkungskoeffizienten 709 und liefert das sich ergebende Signal 711 zu dem Addierer 713.
Der zweite Multiplizierer 706 multipliziert das Eingangssignal 704 mit dem Verstärkungskoeffizienten 710 und liefert das sich ergebende Signal 712 zu dem Addierer 713.
Der Addierer 713 addiert die beiden Eingangssignale 711 und 712 und gibt das sich ergebende Signal als das Ausgangssignal 107 aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, bietet die Verarbeitungskonfiguration des Ausführungsbeispiels 4 den Vorteil, in der Lage zu sein, die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit und die Steuervorrichtung leicht zu implementieren.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5
Hinsichtlich des digitalen Audiosignals, das durch die Frequenzcharakteristikkorrektur, die seine Frequenzkomponenten stark korrigiert, hindurchgeht, ermöglicht das Ersetzen des bei dem Ausführungsbeispiel 4 geschriebenen HPF 702 durch ein LPF das Modifizieren der Frequenzcharakteristiken des Signals derart, dass die maximale Amplitude des digitalen Signals nicht überschritten wird. 8 zeigt eine Verarbeitungskonfiguration eines Ausführungsbeispiels, das das HPF 702 durch eine LPF ersetzt.
Das zu der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelieferte Eingangssignal 100 wird geteilt und zu der Phasenkorrektureinheit 701 und dem LPF 901 geliefert.
Die Phasenkorrektureinheit 701 korrigiert, während die Frequenzamplitudencharakteristiken des Eingangssignals 101 aufrechterhalten werden, nur seine Phasencharakteristiken in einer solchen Weise, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken des LPF 901 werden, und liefert das sich ergebende Signal 703 zu dem ersten Multiplizierer 705 und der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe.
Das LPF 901 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals 101 durch und liefert das sich ergebende Signal 902 zu dem zweiten Multiplizierer 706 und der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe.
Hier wird, da die Phasenkorrektureinheit 701 durch ein Allpassfilter oder eine Abtastverzögerungsverarbeitung in derselben Weise wie die des Ausführungsbeispiels 4 implementiert werden kann, ihre detaillierte Beschreibung weggelassen.
Die Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Berechnungseinheit 601 für die digitale Signalamplitude entsprechend der des Ausführungsbeispiels 3 auf. Die Berechnungseinheit 601 für die digitale Signalamplitude erhält die erste Amplitude (Lautsprechermembranauslenkung) 707 durch Multiplizieren der Lautstärke 602 und des Eingangssignals 703. In gleicher Weise erhält sie die zweite Amplitude (Lautsprechermembranauslenkung) 708 durch Multiplizieren der Lautstärke 602 und des Eingangssignals 902.
Die erste und die zweite Amplitude 707 und 708 werden zu der Steuervorrichtung 105 geliefert.
Die Steuervorrichtung 105 erhält die zwei Verstärkungskoeffizienten in einer solchen Weise, dass, wenn die zwei Amplituden 707 und 708 jeweils mit den Verstärkungskoeffizienten, die einander unterschiedlich sind, multipliziert werden, gefolgt durch Addition, der absolute Wert der Amplitude innerhalb des vorgeschriebenen Schwellenwerts gelangt, wobei angenommen wird, dass die Summe der beiden Verstärkungskoeffizienten gleich 1 ist.
Das Variieren der beiden Verstärkungskoeffizienten unter derartigen Bedingungen kann unterschiedliche Hochfrequenz-Dämpfungswirkungen implementieren. 10 zeigt Übergänge von Frequenzcharakteristiken aufgrund der beiden Verstärkungskoeffizienten, wenn das LPF 901 mit zwei Stufen von IIR-Filtern zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 6000 Hz implementiert wird und die Phasenkorrektureinheit 701 mit einer einzelnen Stufe des Allpassfilters eines IIR zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 6000 Hz implementiert wird. Zusätzlich zeigt unter der Annahme, dass in 10 der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 707 gleich A1 ist und der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 708 gleich A2 ist, die Linie 1001 Charakteristiken von A1 = 1,0 und A2 = 0,0, und die Kurve 1002 zeigt Charakteristiken von A1 = 0,1 und A2 = 0,9, und die Kurve 1003 zeigt Charakteristiken von A1= 0,0 und A2 = 1,0. Dies zeigt an, dass unterschiedliche Hochfrequenz-Dämpfungscharakteristiken zwischen den vollständig flachen Charakteristiken (A1= 1,0, A2 = 0,0) und denselben Charakteristiken als den zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit der Grenzfrequenz von 6000 Hz (A1 = 0,0, A2 = 1,0) implementiert werden können. Zusätzlich können hinsichtlich der Frequenzkomponenten, die nicht größer als die Grenzfrequenz sind, da die Komponenten mit derselben Phase bei den Verhältnissen von insgesamt 1 hinzugefügt sind, die flachen Charakteristiken ohne irgendwelche Schwankungen der Intensität aufrechterhalten werden können. Für ein konkretes Berechnungsverfahren für die zwei Verstärkungskoeffizienten wird, da es diese in derselben Weise wie der des Ausführungsbeispiels 4 berechnet, die Beschreibung weggelassen.
Der so erhaltene Wert A1 wird als der Verstärkungskoeffizient 709 zu dem ersten Multiplizierer 705 geliefert. Zusätzlich wird der Wert A2 als der Verstärkungskoeffizient 710 zu dem zweiten Multiplizierer 706 geliefert.
Der erste Multiplizierer 705 multipliziert das gelieferte Signal 703 mit dem Verstärkungskoeffizienten 709 und liefert das sich ergebende Signal 711 zur dem Addierer 713.
Der zweite Multiplizierer 706 multipliziert das gelieferte Signal 902 mit dem Verstärkungskoeffizienten 710 und liefert das sich ergebende Signal 712 zu dem Addierer 713.
Der Addierer 713 addiert die beiden gelieferten Signale 711 und 712 und gibt das sich ergebende Signal als das Ausgangssignal 107 aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, bietet die Verarbeitungskonfiguration des Ausführungsbeispiels 5 den Vorteil, dass es möglich ist, die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit und die Steuervorrichtung leicht zu implementieren.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 6
Obgleich die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 durch die einzelne Phasenkorrektureinheit und das einzelne HPF oder LPF bei dem Ausführungsbeispiel 4 oder 5 implementiert ist, ist dies nicht wesentlich. Die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit 103 kann durch mehrere Phasenkorrektureinheiten und mehrere HPF oder LPF implementiert sein.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, dass die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit unter Verwendung von drei Phasenkorrektureinheiten und drei HPF implementiert. Die Arbeitsweise bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Das zu der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelieferte Eingangssignal 101 wird in drei Teile geteilt und zu einem ersten HPF 1101, einem zweiten HPF 1102 und einem dritten HPF 1103 geliefert.
Das erste HPF 1101 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals durch und liefert das sich ergebende Signal 1104 zu einer ersten Phasenkorrektureinheit 1107.
Das zweite HPF 1102 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals durch und liefert das sich ergebende Signal 1105 zu einer zweiten Phasenkorrektureinheit 1108.
Das dritte HPF 1103 führt die Filterverarbeitung des Eingangssignals durch und liefert das sich ergebende Signal 1106 zu einer dritten Phasenkorrektureinheit 1109.
Die erste Phasenkorrektureinheit 1107 korrigiert, während die Frequenzamplitudencharakteristiken des Signals aufrechterhalten werden, nur die Phasencharakteristiken des Signals in einer solchen Weise, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken werden, wenn die Verarbeitung sowohl des zweiten HPF 1102 als auch des dritten HPF 1103 durchgeführt wurde, und liefert das sich ergebende Signal 1110 zu einem ersten Multiplizierer 1113 und der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe.
Die zweite Phasenkorrektureinheit 1108 korrigiert, während die Frequenzamplitudencharakteristiken des Signals aufrechterhalten werden, nur die Phasencharakteristiken des Signals in einer solchen Weise, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken werden, wenn die Verarbeitung sowohl des ersten HPF 1101 als auch des dritten HPF 1103 durchgeführt wurde, und liefert das sich ergebende Signal 1110 zu einem zweiten Multiplizierer 1114 und der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe.
Die dritte Phasenkorrektureinheit 1109 korrigiert, während die Frequenzamplitudencharakteristiken des Signals aufrechterhalten werden, nur die Phasencharakteristiken des Signals in einer solchen Weise, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken werden, wenn die Verarbeitung sowohl des ersten HPF 1101 als auch des zweiten HPF 1102 durchgeführt wurde, und liefert das sich ergebende Signal 1112 zu einem dritten Multiplizierer 1115 und der Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe.
Hier wird, da jede Phasenkorrektureinheit durch ein Allpassfilter oder durch Abtastverzögerungsverarbeitung wie bei dem Ausführungsbeispiel 4 implementiert werden kann, die detaillierte Beschreibung weggelassen.
Die Schätzeinheit 102 für übermäßige Eingabe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Schätzeinheit 501 für die Lautsprechermembranauslenkung auf. Die Schätzeinheit 501 für die Lautsprechermembranauslenkung schätzt die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn das Signal 1110 wiedergegeben wird, unter Verwendung der Informationen 502 wie der Lautstärke und der F0 des Ziellautsprechers, und erhält die erste Lautsprechermembranauslenkung 1116. In gleicher Weise schätzt sie die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn das Signal 1111 wiedergegeben wird, und erhält die zweite Lautsprechermembranauslenkung 1117. In gleicher Weise schätzt sie die Auslenkung der Lautsprechermembran, wenn das Signal 1112 wiedergegeben wird, und erhält die dritte Lautsprechermembranauslenkung 1118.
Für ein konkretes Beispiel für die Auslenkungsschätzung wird, da sie in derselben Weise wie die des Ausführungsbeispiels 2 erhalten wird, die detaillierte Beschreibung weggelassen.
Die so erhaltenen drei Lautsprechermembranauslenkungen 1116, 1117 und 1118 werden zu der Steuervorrichtung 105 geliefert.
Die Steuervorrichtung 105 erhält die drei Verstärkungskoeffizienten in einer solchen Weise, dass, wenn die drei eingegebenen Lautsprechermembranauslenkungen 1116, 1117 und 1118 jeweils mit Verstärkungskoeffizienten, die einander unterschiedlich sind, multipliziert werden, gefolgt durch Addition, der absolute Wert der Amplitude innerhalb des vorgeschriebenen Schwellenwerts gelangt, wobei die Summe der drei Verstärkungskoeffizienten als 1 angenommen wird.
Das Variieren der drei Verstärkungskoeffizienten unter derartigen Bedingungen kann unterschiedliche Niedrigfrequenz-Dämpfungswirkungen implementieren. 12 zeigt den Übergang von Frequenzcharakteristiken aufgrund der drei Verstärkungskoeffizienten, wenn das erste HPF 1101 mit zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 30 Hz, das zweite HPF 1102 mit zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 70 Hz und das dritte HPF 1103 mit vier Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 140 Hz implementiert werden, und die erste Phasenkorrektureinheit 1107 mit einer Reihenverbindung einer einzelnen Stufe des IIR-Filters zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 70 Hz und von zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 140 Hz, die zweite Phasenkorrektureinheit 1108 mit einer Reihenverbindung einer einzelnen Stufe des IIR-Filters zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 30 Hz und zwei Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 140 Hz, und die dritte Phasenkorrektureinheit 1109 mit einer Reihenverbindung einer einzelnen Stufe des IIR-Filters zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 30 Hz und einer einzelnen Stufe des IIR-Filters zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 70 Hz implementiert werden.
Zusätzlich zeigt in 12 unter der Annahme, dass der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 1116 gleich A1 ist, der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 1117 gleich A2 ist und der Verstärkungskoeffizient für die Lautsprechermembranauslenkung 1118 gleich A3 ist, die Kurve 1201 die Charakteristiken an, wenn A1 = 1,0, A2 = 0,0 und A3 = 0,0 sind; die Kurve 1202 zeigt die Charakteristiken an, wenn A1 = 0,1, A2 = 0,9 und A3 = 0,0 sind; die Kurve 1203 zeigt die Charakteristiken an, wenn A1 = 0,0, A2 = 1,0 und A3 = 0,0 sind; die Kurve 1204 zeigt die Charakteristiken an, wenn A1 = 0,0, A2 = 0,1 und A3 = 0,9 sind; und die Kurve 1205 zeigt die Charakteristiken an, wenn A1 = 0,0, A2 = 0,0 und A3 = 1,0 sind. Dies zeigt an, dass unterschiedliche Niedrigfrequenz-Dämpfungscharakteristiken implementiert werden können von den vollständig flachen Charakteristiken (A1= 1,0, A2 = 0,0, A3 = 0,0) bis zu den Charakteristiken der vier Stufen der IIR-Filter zweiter Ordnung mit der Grenzfrequenz von 140 Hz (A1 = 0,0, A2 = 0,0, A3 = 1,0). Zusätzlich können für die Frequenzkomponenten, die nicht kleiner als die Grenzfrequenz sind, da die Komponenten mit derselben Phase bei den Verhältnissen von insgesamt 1 hinzugefügt werden, die flachen Charakteristiken ohne jegliche Schwankungen der Intensität aufrechterhalten werden.
Zusätzlich kann ein konkretes Verfahren des Berechnens derartiger drei Verstärkungskoeffizienten implementiert werden durch Erhalten von A1, A2 und A3, die dem folgenden Ausdruck (2) genügen, in welchem X1 die Lautsprechermembranauslenkung 1116 ist, X2 die Lautsprechermembranauslenkung 1117 ist, X3 die Lautsprechermembranauslenkung 1118 ist, A1 der Verstärkungskoeffizient für X1 ist, A2 der Verstärkungskoeffizient für X2 ist, A3 der Verstärkungskoeffizient für X3 ist und T der vorgeschriebene Schwellenwert ist. $T > ABS (X 1 * A 1 + X 2 * Y 2 + X 3 * A 3)$
$A 1 + A 2 + A 3 = 1$
worin ABS(x) den absoluten Wert von x bezeichnet.
Der so erhaltene Wert A1 wird als der Verstärkungskoeffizient 1119 zu dem ersten Multiplizierer 1113 geliefert. Zusätzlich wird der Wert A2 als der Verstärkungskoeffizient 1120 zu dem zweiten Multiplizierer 1114 geliefert, und der Wert A3 wird als der Verstärkungskoeffizient 1121 zu dem dritten Multiplizierer 1115 geliefert.
Der erste Multiplizierer 1113 multipliziert das eingegebene Signal 1110 mit dem Verstärkungskoeffizienten 1119 und liefert das sich ergebende Signal 1122 zu dem Addierer 713.
Der zweite Multiplizierer 1114 multipliziert das eingegebene Signal 1111 mit dem Verstärkungskoeffizienten 1120 und liefert das sich ergebende Signal 1123 zu dem Addierer 713.
Der dritte Multiplizierer 1115 multipliziert das eingegebene Signal 1112 mit dem Verstärkungskoeffizienten 1121 und liefert das sich ergebende Signal 1124 zu dem Addierer 713.
Der Addierer 713 addiert die drei eingegebenen Signale 1122, 1123 und 1124 und gibt das sich ergebende Signal als das Ausgangssignal 107 aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, bietet die Verarbeitungskonfiguration des Ausführungsbeispiels 6 den Vorteil, in der Lage zu sein, die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit mit den drei Phasenkorrektureinheiten und den drei HPF zu implementieren, und der Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit zu ermöglichen, die Charakteristiken zu erhalten, die einem gemeinsamen HPF näher sind als bei den Ausführungsbeispielen 4 oder 5.
Es ist selbstverständlich, dass das Erhöhen der Anzahl der Phasenkorrektureinheiten und der der HPF Charakteristiken implementieren kann, die einem gemeinsamen HPF noch näher sind. Zusätzlich ermöglicht für das digitale Audiosignal, das durch die Frequenzcharakteristikkorrektur mit stärkerer Korrektur in den Hochfrequenzkomponenten hindurchgeht, das Ersetzen der HPF der Konfiguration durch LPF, die Frequenzcharakteristiken des Signals so zu modifizieren, dass sie die maximale Amplitude des digitalen Signals nicht überschreiten.
Es ist darauf hinzuweisen, dass eine freie Kombination der individuellen Ausführungsbeispiele, Variationen jeglicher Komponenten der individuellen Ausführungsbeispiele oder das Entfernen jeglicher Komponenten der individuellen Ausführungsbeispiele innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung möglich sind.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben ist, kann eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Verzerrung oder das Knistergeräusch in der Audiosignal-Wiedergabe verbessern, und sie ist auf eine Audiowiedergabevorrichtung oder dergleichen anwendbar.
Bezugszeichenliste

101: Eingangssignal
102: Schätzeinheit für übermäßige Eingabe
103: Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit
104: Schätzergebnissignal
105: Steuervorrichtung
106: Parameter
107: Ausgangssignal
501: Schätzeinheit für Lautsprechermembranauslenkung
502: Informationen
503: variables Filter
602: Lautstärke
701: Phasenkorrektureinheit
702: HPF
705: erster Multiplizierer
706: zweiter Multiplizierer
713: Addierer
901: LPF
1101: erstes HPF
1102: zweites HPF
1103: drittes HPF
1107: erste Phasenkorrektureinheit
1108: zweite Phasenkorrektureinheit
1109: dritte Phasenkorrektureinheit
1113: erster Multiplizierer
1114: zweiter Multiplizierer
1115: dritter Multiplizierer

Claims

Signalverarbeitungsvorrichtung, welche aufweist: eine Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe, die eine übermäßige Eingabe eines Zielsignals schätzt; eine Steuervorrichtung (105), die Frequenzcharakteristiken berechnet, die die übermäßige Eingabe des Zielsignals gemäß Informationen über die übermäßige Eingabe, die von der Schätzeinheit (102) für die übermäßige Eingabe geschätzt wurden, verringern; und eine Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103), die Frequenzcharakteristiken des Zielsignals gemäß den von der Steuervorrichtung (105) berechneten Frequenzcharakteristiken modifiziert; wobei die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) aufweist: ein Hochpassfilter (702; 1101, 1102, 1103) oder ein Tiefpassfilter (901); eine Phasenkorrektureinheit (701; 1107, 1108, 1109), die die Phasencharakteristiken des Zielsignals so korrigiert, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken des Hochpassfilters (702; 1101, 1102, 1103) oder des Tiefpassfilters (901) gemacht werden; einen ersten Multiplizierer (705; 1113), der die Verstärkung eines von der Phasenkorrektureinheit (701; 1107, 1108, 1109) ausgegebenen Signals einstellt; einen zweiten Multiplizierer (706; 1114), der die Verstärkung eines von dem Hochpassfilter (702; 1101, 1102, 1103) oder dem Tiefpassfilter (901) ausgegebenen Signals einstellt; eine Koeffizientenbestimmungseinheit, die die Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers (705; 1113) und des zweiten Multiplizierers (706;1114) in einer Weise bestimmt, dass die Summe des Verstärkungskoeffizienten des ersten Multiplizierers (705; 1113) und des Verstärkungskoeffizienten des zweiten Multiplizierers (706; 1114) einen festen Wert hat; und einen Addierer (713), der von dem ersten Multiplizierer (705; 1113) und dem zweiten Multiplizierer (706; 1114) ausgegebene Signale addiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe eine Schätzeinheit (501) für Lautsprechermembranauslenkung aufweist, die eine Auslenkung von Vibrationen einer Membran eines Lautsprechers zur Wiedergabe des Zielsignals schätzt.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuervorrichtung (105) die Frequenzcharakteristiken berechnet, die die übermäßige Eingabe des Zielsignals durch Ändern einer Grenzfrequenz eines weiteren Hochpassfilters (503) verringert.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe eine Berechnungseinheit (601) für eine digitale Signalamplitude aufweist, die einen Sättigungszustand des Zielsignals nach der Steuerung der Lautstärke eines Lautsprechers zum Wiedergeben des Zielsignals schätzt.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, bei der die Steuervorrichtung (105) die Frequenzcharakteristiken berechnet, die die übermäßige Eingabe des Zielsignals durch Ändern einer Grenzfrequenz eines weiteren Tiefpassfilters (503) verringern.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) aufweist: mehrere Hochpassfilter (1101, 1102, 1103) mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen; Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109), die die Phasencharakteristiken des Zielsignals so korrigieren, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich Phasencharakteristiken der individuellen Hochpassfilter (1101, 1102, 1103) gemacht werden; mehrere Multiplizierer (1113, 1114, 1115), die Verstärkungen von von den Hochpassfiltern (1101, 1102, 1103) und den Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109) ausgegebenen Signalen einstellen; eine Koeffizientenbestimmungseinheit, die Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1113, 1114, 1115) in einer Weise bestimmt, dass die Summe der Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1113, 1114, 1115) einen festen Wert hat; und mehrere Addierer (713), die von den mehreren Multiplizierern (1113, 1114, 1115) ausgegebene Signale addieren, und wobei die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) mehrere Filterausgangssignale erzeugt durch Hindurchleiten des Zielsignals durch die mehreren Hochpassfilter (1101, 1102, 1103); die Phasencharakteristiken der erzeugten individuellen Filtersignale so korrigiert, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken der individuellen Filterausgangssignale gemacht werden, unter Verwendung der Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109) entsprechend den Phasencharakteristiken der anderen Hochpassfilter (1101, 1102, 1103); bewirkt, dass die Koeffizientenbestimmungseinheit die individuellen Verstärkungskoeffizienten in einer Weise bestimmt, dass die Summe der individuellen Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1113, 1114, 1115) einen festen Wert hat; und bewirkt, dass der Addierer (713) die individuellen Filterausgangssignale nach der Zuweisung von Wichtungen zu den individuellen Filterausgangssignalen, die durch die Phasenkorrektur gemäß den individuellen Verstärkungskoeffizienten, die die Koeffizientenbestimmungseinheit bestimmt, hindurchgehen, addiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) aufweist: mehrere Tiefpassfilter (901) mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen; Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109), die die Phasencharakteristiken des Zielsignals so korrigieren, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich Phasencharakteristiken der individuellen Tiefpassfilter (901) gemacht werden; mehrere Multiplizierer (1113, 1114, 1115), die Verstärkungen von von den Tiefpassfiltern (901) und den Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109) ausgegebenen Signale einstellen; eine Koeffizientenbestimmungseinheit, die Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1107, 1108, 1109) in einer Weise bestimmt, dass die Summe der Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1107, 1108, 1109) einen festen Wert hat; und mehrere Addierer (713), die von den mehreren Multiplizierern (1107, 1108, 1109) ausgegebene Signale addieren, und wobei die Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103) mehrere Filterausgangssignale durch Hindurchführen des Zielsignals durch die mehreren Tiefpassfilter (901) erzeugt; die Phasencharakteristiken der erzeugten individuellen Filtersignale so korrigiert, dass die Phasencharakteristiken nahezu gleich den Phasencharakteristiken der individuellen Filterausgangssignale gemacht werden, unter Verwendung der Phasenkorrektureinheiten (1107, 1108, 1109) entsprechend den Phasencharakteristiken der anderen Tiefpassfilter (901); bewirkt, dass die Koeffizientenbestimmungseinheit die individuellen Verstärkungskoeffizienten in einer Weise bestimmt, dass die Summe der individuellen Verstärkungskoeffizienten der mehreren Multiplizierer (1113, 1114, 1115) einen festen Wert hat; und bewirkt, dass der Addierer (713) die individuellen Filterausgangssignale nach der Zuteilung von Wichtungen zu den individuellen Filterausgangssignalen, die durch die Phasenkorrektur gemäß den von der Koeffizientenbestimmungseinheit bestimmten individuellen Verstärkungskoeffizienten hindurchgehen, addiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung, welche aufweist: eine Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe, die eine übermäßige Eingabe eines Zielsignals schätzt; eine Steuervorrichtung (105), die Frequenzcharakteristiken berechnet, die die übermäßige Eingabe des Zielsignals gemäß Informationen über die übermäßige Eingabe, die von der Schätzeinheit (102) für die übermäßige Eingabe geschätzt wurden, verringern; und eine Frequenzcharakteristik-Modifikationseinheit (103), die Frequenzcharakteristiken des Zielsignals gemäß den von der Steuervorrichtung (105) berechneten Frequenzcharakteristiken modifiziert; wobei die Schätzeinheit (102) für übermäßige Eingabe eine Schätzeinheit (501) für Lautsprechermembranauslenkung aufweist, die eine Auslenkung von Vibrationen einer Membran eines Lautsprechers zur Wiedergabe des Zielsignals schätzt; und wobei die Schätzeinheit (501) für Lautsprechermembranauslenkung, wenn sie die Auslenkung der Vibrationen der Membran des Lautsprechers schätzt, ein Filter konfiguriert, das die Auslenkung durch Verwendung von zumindest einer/einem von der Lautstärke des Lautsprechers, der Information über die minimale Resonanzfrequenz des Lautsprechers und einem Q-Wert des Lautsprechers simuliert, und ein durch Liefern des Zielsignals zu dem Filter erhaltenes, sich ergebendes Signal ausgibt.