DE112017007239T5

DE112017007239T5 - Audiosignal-verarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007239T5
Application number: DE112017007239.5T
Authority: DE
Inventors: Kosuke Hosoya; Masaru Kimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: US10771895B2; WO2018167834A1; DE112017007239B4; CN110431854A; JP6213701B1; CN110431854B; JPWO2018167834A1; US20200007982A1

Abstract

Eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung enthält ein Hochpassfilter zum Umwandeln eines Audioeingangssignals in ein erstes Audiosignal und zum Ausgeben des ersten Audiosignals, eine Auslenkungsschätzeinheit zum Schätzen der Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran, wenn das Audioeingangssignal eingegeben wird, eine Sättigungsverarbeitungseinheit zum Durchführen einer Sättigungsverarbeitung bei der in der Auslenkungsschätzeinheit geschätzten Auslenkungsamplitude oder bei einem Signal, das durch Korrigieren der Auslenkungsamplitude erhalten wurde, eine Audiosignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines zweiten Audiosignals durch Verwendung der Auslenkungsamplitude, die nach der Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit erhalten wurde, und eine Ausgabeerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Verwendung des ersten und des zweiten Audiosignals. Mit dieser Konfiguration werden Knackgeräusche eines Lautsprechers verringert, und einem Benutzer wird ermöglicht, niedrigfrequente Komponenten zu fühlen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung zum Durchführen einer Signalverarbeitung eines Audiosignals.
Stand der Technik
In einem Audiowiedergabesystem, in welchem ein Lautsprecher Tonsignale, wie Musik und einen Ankündigungston, wiedergibt, kann eine Tonverzerrung oder ein Knackgeräusch auftreten aufgrund des Eingangssignals, das eine Wiedergabegrenze des Lautsprechers überschreitet, und die Tonqualität kann verschlechtert werden. Dies wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Bei der Wiedergabe unter Verwendung eines Lautsprechers kann, da eine Membran des Lautsprechers innerhalb ihrer maximalen Auslenkungsamplitude vibrieren kann, wenn ein Signal, das bewirkt, dass die Membranauslenkung die maximale Auslenkungsamplitude überschreitet, die Lautsprechermembran nicht ordnungsgemäß vibrieren, so dass eine Tonverzerrung und Knackgeräusche auftreten. Die Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran hängt von der Frequenz eines Eingangssignals ab. Diese Beziehung ist in 8 gezeigt. 8 ist ein schematisches Diagramm, das die Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran zeigt, wenn ein Signal unter der Bedingung in einen Lautsprecher eingegeben wird, dass nur die Frequenz des Signals geändert wird, während die Spannung (V) konstant gehalten wird. In der Realität jedoch kann die Charakteristik des Lautsprechers um die minimale Resonanzfrequenz F0 herum etwas verschieden von der in 8 sein, abhängig von dem Q-Faktor usw., der das Ausmaß der Dämpfung des Lautsprechers anzeigt. Aber im Großen und Ganzen ist die Charakteristik die gleiche. Weiterhin ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung selbst bei einem Lautsprecher anwendbar ist, dessen Auslenkungsamplitudencharakteristik verschieden von der in 8 gezeigten ist. Jedoch wird zur Vereinfachung der Beschreibung die in 8 gezeigte Charakteristik als ein Beispiel verwendet.
Wie in 8 gezeigt ist, ist die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran bei Frequenzen unterhalb F0 im Wesentlichen konstant und nimmt bei Frequenzen oberhalb F0 mit einer Neigung von angenähert -12 dB/oct ab. Dies zeigt an, dass die Lautsprechermembran mit großer Auslenkungsamplitude vibriert, wenn eine Frequenz, die niedriger als um F0 herum ist, in den Lautsprecher eingegeben wird, im Vergleich zu einem Fall, in welchem eine höhere Frequenz in den Lautsprecher eingegeben wird. Somit wird, wenn ein Signal, das viele niedrige Frequenzkomponenten enthält, in den Lautsprecher eingegeben wird und die Spannung des Signals erhöht wird, die maximale Auslenkungsamplitude der Membran bei einer Spannung, die gleich einer oder größer als eine bestimmte Spannung ist, überschritten. Mit anderen Worten, die Wiedergabegrenze des Lautsprechers wird leichter überschritten, je mehr niedrige Frequenzen das Signal enthält und je höher die Spannung steigt. Diese Situation ist in 9 gezeigt.
In 9 stellt die vertikale Achse die Amplitude eines Signals dar, und die horizontale Achse stellt die Frequenz dar. Weiterhin stellt der Bereich des grauen Musters einen Bereich dar, in welchem die Knackgeräusche auftreten, da eine Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran überschritten wird, und die Grenze wird durch die ausgezogene Linie angezeigt. Hier sind die in 9 gezeigten Charakteristiken solche von Audiosignalen mit Bezug auf Amplitudenwerte, und anders als bei der in 9 gezeigten Charakteristik der Auslenkungsamplitude des Lautsprechers wird die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran durch die Neigung von +12 dB/oct dargestellt.
Zusätzlich stellen 901, 902 und 903 Frequenzcharakteristiken von Audiosignalen dar, die von dem Lautsprecher wiederzugeben sind, und insbesondere werden Fälle angenommen, in denen die Signale viele niedrige Frequenzkomponenten enthalten. Hier ist 901 die Charakteristik bei einem niedrigen Tonvolumenwert, 902 ist die Charakteristik bei einem mittleren Tonvolumenwert, und 903 ist die Frequenzcharakteristik bei einem hohen Tonvolumentwert. Wenn eine Wiedergabe bei dem niedrigen Tonvolumenwert wie in 901 durchgeführt wird, wird die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran selbst mit einem Audiosignal, das viele niedrige Frequenzkomponenten enthält, nicht überschritten, so dass die Knackgeräusche nicht auftreten und der Ton mit der ursprünglichen Qualität genossen werden kann. Bei einem erhöhten Tonvolumen wie in 902 und 903 treten jedoch Knackgeräusche auf, und die Tonqualität verschlechtert sich, da die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran überschritten wird.
Wie oben beschrieben ist, kann, wenn ein Signal eingegeben wird, das die maximale Auslenkungsamplitude der Membran überschreitet, die Lautsprechermembran nicht ordnungsgemäß vibrieren, und somit treten die Knackgeräusche auf.
Das Patentdokument 1 offenbart eine herkömmliche Technik zum Verringern der Knackgeräusche eines Lautsprechers. Im Patentdokument 1 sind eine Schätzeinheit für übermäßige Eingabe, eine Steuereinheit und eine Frequenzcharakteristik-Transformationseinheit angeordnet, und es wird geschätzt, dass ein Audiosignal für die Wiedergabe zu einer übermäßigen Eingabe führt, und dann wird ein variables Filter gemäß dem Schätzungsergebnis gesteuert, um die Knackgeräusche eines Lautsprechers zu verhindern.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 6038135
Kurzfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die im vorstehend erwähnten Patentdokument 1 offenbarte herkömmliche Technik erfordert einigen Rechenaufwand, da ein variables Filter verwendet wird. Zusätzlich tritt ein Problem dahingehend auf, dass, wenn das Audiosignal, das verarbeitet wird, um niedrigfrequente Komponenten zu reduzieren, von einem Lautsprecher wiedergegeben wird, dem Ton die Kräftigkeit fehlt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorbeschriebenen Probleme zu lösen und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Audiosignalverarbeitung anzugeben, durch die ein Benutzer niedrigfrequente Komponenten hörbar fühlt, während die Knackgeräusche eines Lautsprechers durch einen geringen Rechenaufwand reduziert werden.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält ein Hochpassfilter zum Umwandeln eines eingegebenen Audiosignals in ein erstes Audiosignal und zum Ausgeben des ersten Audiosignals, eine Auslenkungsschätzeinheit zum Schätzen der Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran, wenn das eingegebene Audiosignal eingegeben wird, eine Sättigungsverarbeitungseinheit zum Durchführen einer Sättigungsverarbeitung bei der in der Auslenkungsschätzeinheit geschätzten Auslenkungsamplitude oder bei einem durch Korrigieren der Auslenkungsamplitude erhaltenen Signal, eine Audiosignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines zweiten Audiosignals durch Verwendung der Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit und eine Ausgabeerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Verwendung des ersten und des zweiten Audiosignals.
Wirkungen der Erfindung
Die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann die Knackgeräusche eines Lautsprechers reduzieren, und gleichzeitig ist es für einen Benutzer möglich, im Vergleich zu der herkömmlichen Technik niedrigfrequente Komponenten zu fühlen.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsweise einer Sättigungsverarbeitungseinheit 107 nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsweise der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein H/W-Konfigurationsdiagramm der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein S/W-Konfigurationsdiagramm der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Auslenkungscharakteristik einer Lautsprechermembran zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Auslenkungsgrenze einer Lautsprechermembran und Frequenzcharakteristiken von Tonquellen zeigt.

Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsbeispiel 1
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, die ein von einem Lautsprecher wiederzugebendes Audiosignal erzeugt. Es ist zu beachten, dass in jeder der folgenden Figuren die gleichen Zahlen die gleichen oder äquivalente Komponenten anzeigen.
In einer Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird ein Audioeingangssignal 101, das eingegeben wird, verzweigt und sowohl an eine Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 als auch einen Hochpassfilter (HPF) 105 übertragen. Die Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 schätzt die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran, wenn das Audioeingangssignal 101 wiedergegeben wird, und gibt dann die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104 an eine Sättigungsverarbeitungseinheit 107 aus. Das HPF 105 ist ein Hochpassfilter zum Dämpfen von Eingangssignalkomponenten mit Frequenzen, die niedriger als eine Grenzfrequenz sind, mit einem Dämpfungsfaktor, der größer ist als der für Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz sind. Das HPF 105 gibt ein HPF-Audiosignal 106, das durch eine Filterverarbeitung des Audioeingangssignals 101 erhalten wurde, an eine Ausgabeerzeugungseinheit 112 aus.
Unter Verwendung von Informationen 103 über einen Volumenwert und eine minimale Resonanzfrequenz F0 eines Ziellautsprechers schätzt die Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 eine Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran, wenn das Audioeingangssignal 101 wiedergegeben wird, und gibt die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104 aus. Wie oben erwähnt ist, ist die Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran bei Frequenzen, die niedriger als F0 des Lautsprechers sind, im Wesentlichen konstant und nimmt bei Frequenzen, die höher als F0 des Lautsprechers sind, mit einer Neigung von angenähert -12 dB/oct ab. Daher wird, insbesondere für die Schätzung der Auslenkungsamplitude, ein LPF (Low Pass Filter, Tiefpassfilter) auf der Grundlage eines Filters für unbegrenztes Ansprechen auf einen Impuls (infinite impulse response, IIR) zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz F0 vorbereitet und für das Eingangssignal angewendet, und dann ergibt das Multiplizieren des Volumenwerts einen Wert, der im Wesentlichen proportional zu der Auslenkungsamplitude des Ziellautsprechers ist. Es ist zu beachten, dass die Versetzungscharakteristik der Ziellautsprechermembran durch ein anderes Mittel, wie ein Filter für begrenztes Ansprechen auf einen Impuls (finite impulse filter, FIR) geschätzt werden kann. Die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104, die durch ein derartiges Verfahren erhalten wird, wird an die Sättigungsverarbeitungseinheit 107 ausgegeben.
Das HPF 105 gibt das HPF-Audiosignal 106, das durch die Filterverarbeitung des Audioeingangssignals 101 erhalten wurde, an die Ausgabeerzeugungseinheit 112 aus. Die Frequenzcharakteristik des in dem HPF 105 verwendeten Filters ist in einer solchen Weise gestaltet, dass die resultierende Verstärkung, nachdem die Verstärkung in der Frequenzcharakteristik des in der Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 verwendeten LPF in der Frequenzdomäne miteinander addiert wird, einheitlich in dem gesamten Frequenzbereich ist. Genauer gesagt, wenn ein LPF auf der Grundlage eines IIR-Filters zweiter Ordnung, dessen Grenzfrequenz F0 ist, in der Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 verwendet wird, wird ein HPF auf der Grundlage eines IIR-Filters zweiter Ordnung, dessen Grenzfrequenz F0 ist, in dem HPF 105 verwendet. Weiterhin wird, wenn ein FIR-Filter in der Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 verwendet wird, ein HPF derselben Anzahl von Taps in dem HPF 105 verwendet.
Die Sättigungsverarbeitungseinheit 107 führt bei der geschätzten Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104 eine Begrenzungsverarbeitung mit einem Schwellenwert gleich einer Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran durch und gibt eine geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108 an eine Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 aus. Ein spezifisches Verarbeitungsflussdiagramm ist in 2 gezeigt. Hier bezeichnet ---X(n) die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104, und ---Xmax(n) bezeichnet eine Auslenkungsgrenze einer Lautsprechermembran. Wenn in S21 die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104: ---X(n) größer als die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran: ---Xmax(n) ist, dann sei ---X(n) = ---Xmax(n) (S22). Demgegenüber wird, wenn in S21 die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104: ---X(n) kleiner als die Auslenkungsgrenze der Lautsprechermembran: ---Xmax(n) ist und wenn in S23 ---X(n) kleiner als ---Xmax(n) ist, sei ---X(n) = ---Xmax(n) (S24). In dem anderen Fall ist die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104: ---X(n), die intakt gelassen ist, die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108. Durch die durchgeführte Sättigungsverarbeitung wird, wenn das Signal nach der Sättigungsverarbeitung durch den Ziellautsprecher wiedergegeben wird, die Auslenkungsgrenze nicht überschritten. Weiterhin wird als ein Ergebnis der Sättigungsverarbeitung die Wellenform verzerrt, und Harmonische werden erzeugt. Jedoch ermöglicht das Hören des Harmonische enthaltenden Tons einem Benutzer gehörmäßig, niedrigfrequente Komponenten zu fühlen. Mit anderen Worten, indem die Sättigungsverarbeitung durchgeführt wird, ist es, selbst wenn die niedrigfrequenten Komponenten reduziert sind, dem Benutzer möglich, die niedrigfrequenten Komponenten zu fühlen. Daher kann ermöglicht werden, dass sowohl dem Benutzer das Gefühl gegeben wird, die niedrigfrequenten Komponenten zu hören, als auch die Knackgeräusche eines Lautsprechers zu verringern.
Die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 verwandelt durch Verwendung der Informationen 103 über den Volumenwert und F0 des Ziellautsprechers die geschätzte Lautsprechermembran-Versetzungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108 in ein Audiosignal um und gibt ein umgewandeltes Audiosignal an die Ausgabeerzeugungseinheit 112 aus. Genauer gesagt, die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108 wird durch Volumenwert in den Informationen 103 über den Volumenwert und die F0 des Ziellautsprechers geteilt. Durch diese Verarbeitung kann die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108 in ein Audiosignal umgewandelt werden.
Die Ausgabeerzeugungseinheit 112 erzeugt ein endgültiges Ausgangssignal durch Verwendung des HPF-Audiosignals 106, das in dem HPF 105 erhalten wurde, und des umgewandelten Audiosignals 110, das in der Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 erhalten wurde, und gibt ein Audioausgangssignal 113 aus. Hier wird als ein konkretes Beispiel ein Fall beschrieben, in welchem die Ausgabeerzeugungseinheit 112 eine Audiosignal-Synthetisiereinheit 111 enthält. Die Audiosignal-Synthetisiereinheit 111, die in der Ausgabeerzeugungseinheit 112 angeordnet ist, addiert das HPF-Audiosignal 106 und das Audiosignal 110, um das endgültige Ausgangssignal zu erzeugen.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsfluss nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung führt in dem HPF 105 eine Hochpassfilterung des Audioeingangssignals 100 durch (S31). Unter der Verwendung der Informationen 103 über den Volumenwert und die minimale Resonanzfrequenz F0 des Ziellautsprechers schätzt die Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran, wenn das Audioeingangssignal 101 wiedergegeben wird, und gibt dann die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104 aus (S32). Wenn die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104 die Auslenkungsgrenze der Membran in S33 überschreitet, führt die Sättigungsverarbeitungseinheit 107 eine Sättigungsverarbeitung durch (S34). Weiterhin wandelt die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108 durch Verwendung der Informationen 103 über den Volumenwert und die F0 des Ziellautsprechers in das Audiosignal um (S35). Die Audiosignal-Synthetisiereinheit 111 synthetisiert das in dem HPF 105 erhaltene HPF-Audiosignal 106 mit dem umgewandelten Audiosignal 110, das in der Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 erhalten wurde, und gibt dann das Audiosignal 113 aus (S36)
Die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung kann entweder durch Hardware (H/W) durch Software (S/W) ermöglicht werden. Eine durch H/W implementierte Konfiguration hiervon ist in 4 gezeigt, und eine über S/W implementierte Konfiguration hiervon ist in 5 gezeigt. In der H/W-Konfiguration wird das Audiosignal von einem Medienspieler 401 eingegeben, und eine Verarbeitungsschaltung 402 verarbeitet das Audiosignal, und dann wandelt eine Digital/Analog-Umwandlungsschaltung (DAC-Schaltung, DAC = digital-to-analog conversion) 403 das verarbeitete Audiosignal in ein analoges Signal um, das über einen Verstärker 404 an einen Lautsprecher 405 übertragen wird. Der Medienspieler 401 entspricht hier einer Vorrichtung, die digitale Informationen von einem Medium, wie einer Compact Disc (CD), einer Digital Versatile Disc (DVD) oder einer Blu-ray Disc (BD), liest. In der S/W-Konfiguration liest ein Prozessor 502 in einer externen Speichervorrichtung 501 gespeicherte Daten aus und verarbeitet das Audiosignal auf der Grundlage eines in einem Speicher 503 gespeicherten Programms. Das verarbeitete Audiosignal wird wieder in der externen Speichervorrichtung 501 gespeichert. Es ist zu beachten, dass die externe Speichervorrichtung 501 einer Speichervorrichtung, wie einem Plattenlaufwerk (hard disk drive, HDD) oder einem Festkörperspeicher (solid state drive, SSD) entspricht, die direkt oder über ein Netzwerk mit der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 verbunden ist.
Wie insoweit beschrieben ist, kann die Verarbeitungskonfiguration nach dem Ausführungsbeispiel 1 verhindern, dass das wiedergegebene Ausgangssignal eine übermäßige Eingabe ist. Zusätzlich können Harmonische durch eine Sättigungsverarbeitung erzeugt werden. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine solche Wirkung erhalten, dass Knackgeräusche eines Lautsprechers verringert sind und einem Benutzer ermöglicht wird, Niedrigfrequenzkomponenten zu fühlen. Weiterhin sind sämtliche bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Filter feste Filter, und somit ist eine Wirkung derart, dass eine Verarbeitung mit einem kleinen Rechenaufwand ermöglicht wird.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, enthält die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 1 das HPF 105 zum Umwandeln des Audioeingangssignals 101 in das HPF-Audiosignal 106, das ein erstes Audiosignal ist, und zum Ausgeben des ersten Audiosignals, eine Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102, die eine Auslenkungsschätzeinheit zum Schätzen der Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran ist, wenn das Audioeingangssignal 101 eingegeben wird, die Sättigungsverarbeitungseinheit 107 zum Durchführen einer Sättigungsverarbeitung bei der in der Auslenkungsschätzeinheit 102 geschätzten Auslenkungsamplitude oder bei einem durch Korrigieren der geschätzten Amplitude erhaltenen Signal, die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 zum Erzeugen des Audiosignals 110, das ein zweites Audiosignal ist, durch Verwendung der Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit 107, und die Ausgabeerzeugungseinheit 112 zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Verwendung des ersten und des zweiten Audiosignals. Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Wirkung im Vergleich zu der herkömmlichen Technik derart, dass die Knackgeräusche eines Lautsprechers verringert sind und einem Benutzer ermöglicht wird, niedrigfrequente Komponenten zu fühlen. Weiterhin sind alle bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Filter feste Filter, und somit ist die Wirkung derart, dass eine Verarbeitung mit einem geringen Rechenaufwand möglich ist.
Weiterhin ist in der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 die Ausgabeerzeugungseinheit 112 dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Signal ausgibt, das durch Synthetisieren des ersten Audiosignals mit dem zweiten Audiosignal erhalten wurde. Mit dieser Verarbeitungskonfiguration können die Knackgeräusche eines Lautsprechers verringert werden, und das Audiosignal, das einem Benutzer ermöglicht, niedrigfrequente Komponenten zu fühlen, kann mit einem kleinen Rechenaufwand ausgegeben werden.
Zusätzlich ist in der Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 1 die Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 dadurch gekennzeichnet, dass sie die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran 102 durch Verwendung der Resonanzfrequenz des Lautsprechers, der das Audioeingangssignal wiedergibt, oder der Volumeninformationen schätzt. Mit dieser Verarbeitungskonfiguration kann die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran 102 mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, und die Knackgeräusche des Lautsprechers können zuverlässig herabgesetzt werden.
Ausführungsbeispiel 2
Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt als eine Variation des Ausführungsbeispiels 1, dass in der Sättigungsverarbeitungseinheit 107 erzeugte Harmonische gemäß der Bevorzugung durch einen Benutzer durch die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1, in der ein Benutzersetzwert 601, eine Harmonischen-Steuereinheit 602 und eine Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 weiterhin enthalten sind, eingestellt werden.
6 zeigt eine Gesamtkonfiguration einer Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Neue Komponenten, die den Benutzersetzwert 601, die Harmonischen-Steuereinheit 602, eine Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 nach der Harmonischen-Steuerung und ein korrigiertes HPF-Audiosignal 606 einschließen, sind als von 1 verschieden hinzugefügt. Alle anderen Komponenten sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel 1.
Die Harmonischen-Steuereinheit 602 empfängt den Benutzersetzwert 601 und die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung 108, reduziert die höheren Komponenten der in der Sättigungsverarbeitungseinheit 107 erzeugten Harmonischen durch Änderung von Parametern in dem LPF gemäß dem Benutzersetzwert 601 und gibt geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplituden nach der Harmonischen-Steuerung 603 an die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 aus. Weiterhin werden LPF-Parameterinformationen 604 für die Harmonischen-Steuerung an die Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 ausgegeben. Hier enthalten die LPF-Parameterinformationen in dem Fall eines Filters vom IIR-Typ Informationen wie einen Q-Faktor, eine Grenzfrequenz und die Anzahl von Ordnungen, während sie in dem Fall eines Filters vom FIR-Typ Informationen wie eine Grenzfrequenz und die Anzahl von Taps enthalten. Zusätzlich kann die gemäß dem Benutzersetzwert 601 zu ändernde Frequenzcharakteristik des LPF entweder eine oder beide von der Grenzfrequenz und der Dämpfungscharakteristik sein.
Die Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 empfängt das HPF-Audiosignal 106 und die LPF-Parameterinformationen 604, die für die Harmonischen-Steuerung verwendet werden, führt eine Filterungsverarbeitung durch und gibt das Audiosignal 606 mit der eingestellten Frequenzcharakteristik an die Audiosignal-Additionseinheit 111 aus. Die Frequenzcharakteristik des Filters, das in der Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 verwendet wird, ist in einer solchen Weise gestaltet, dass die resultierende Verstärkung, nachdem die Verstärkung in der Frequenzcharakteristik des in der Harmonischen-Steuereinheit 602 verwendeten LPF in der Frequenzdomäne miteinander addiert sind, in dem gesamten Frequenzbereich einheitlich ist. Genauer gesagt, wenn ein LPF vom IIR-Typ zweiter Ordnung in der Harmonischen-Steuereinheit 602 verwendet wird, muss ein HPF vom IIR-Typ zweiter Ordnung mit derselben Grenzfrequenz und demselben Q-Faktor wie denjenigen in dem LPF in der Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 verwendet werden. Zusätzlich muss, wenn ein FIR-Filter in der Harmonischen-Steuereinheit 602 verwendet wird, ein HPF mit derselben Anzahl von Taps in der Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 verwendet werden.
Wie oben beschrieben ist, können bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die bei der Sättigungsverarbeitung erzeugten Harmonischen entsprechend dem Benutzersetzwert gesteuert werden, und somit ist eine Wirkung derart, dass die niedrigfrequenten Komponenten, die auditiv gefühlt werden, entsprechend der Präferenz eines Benutzers eingestellt werden können.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, enthält die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 2 weiterhin die Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605, um ein aus dem ersten Audiosignal korrigiertes Signal zu erzeugen, und die Harmonischen-Steuereinheit 602 zum Steuern der Frequenzcharakteristik der in der Auslenkungsamplitude enthaltenen Harmonischen, die durch die Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit 107 erhalten wurden, wobei die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 das Audiosignal 110, das das zweite Audiosignal ist, durch Verwendung des in der Harmonischen-Steuereinheit 602 gesteuerten Signals erzeugt und die Ausgabeerzeugungseinheit 112 ein Signal, das durch Synthetisieren des zweiten Audiosignals mit dem durch Einstellung des ersten Audiosignals erhaltenen Signal erhalten wurde, ausgibt. Mit dieser Verarbeitungskonfiguration ist die Wirkung derart, dass die niedrigfrequenten Komponenten, die auditiv gefühlt werden, entsprechend der Bevorzugung eines Benutzers eingestellt werden können.
Weiterhin ist die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus der Verstärkung in der Frequenzcharakteristik, die für die Einstellung in der Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit 605 zu verwenden ist, und der Verstärkung in der Frequenzcharakteristik, die für die Steuerung in der Harmonischen-Steuereinheit 602 in der Frequenzdomäne zu verwenden ist, in dem gesamten Frequenzbereich, in welchem das Audioeingangssignal 101 existiert, konstant oder einheitlich ist. Mit dieser Verarbeitungskonfiguration ist die Wirkung derart, dass die niedrigfrequenten Komponenten, die auditiv gefühlt werden, entsprechend der Präferenz eines Benutzers eingestellt werden können, während die Grundcharakteristik in der Frequenzcharakteristik des Audiosignals gehalten wird.
Ausführungsbeispiel 3
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind weiterhin eine Q-Faktor-Korrektureinheit 702 und eine inverse Q-Faktor-Korrektureinheit 705 zusätzlich zu der Konfiguration des Ausführungsbeispiels 2 enthalten, und somit kann die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran mit hoher Genauigkeit in einem Fall, in welchem der Q-Faktor des Ziellautsprechers bekannt ist, geschätzt werden.
7 zeigt eine Gesamtkonfiguration einer Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Neue Komponenten, die einen Lautsprecher-Q-Faktor 701, eine Q-Faktor-Korrektureinheit 702, eine geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Q-Faktor-Korrektur 703, eine inverse Q-Faktor-Korrektureinheit 704 und eine geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der inversen Q-Faktor-Korrektur 705 einschließen, sind als von 6 verschieden hinzugefügt. Alle anderen Komponenten sind die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel 2.
Die Q-Faktor-Korrektureinheit 702 empfängt den Q-Faktor 701 des Lautsprechers und die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude 104, führt eine Korrekturverarbeitung bei der Differenz zwischen dem Q-Faktor des Filters, der in der Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 verwendet wird, und dem Q-Faktor des Lautsprechers durch und gibt die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Q-Faktor-Korrektur 703 an die Sättigungsverarbeitungseinheit 107 aus. Hinsichtlich eines konkreten Q-Faktor-Korrekturverfahrens kann beispielsweise in dem Fall eines wenig gedämpften Lautsprechers, dessen Q-Faktor höher als der kritische Wert 1/V2 als die Q-Faktor-Korrektur ist, der Amplitudenpegel bei der Frequenz um F0 herum erhöht werden durch Verwendung einer Spitzenwert-Ausgleichsvorrichtung vom IIR-Typ zweiter Ordnung oder dergleichen.
Die inverse Q-Faktor-Korrektureinheit 704 empfängt den Q-Faktor 701 des Lautsprechers und die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Harmonischen-Steuerung 603, führt eine Korrektur durch Verwendung eines Filters mit einer Frequenzcharakteristik, die invers zu der der Q-Faktor-Korrektureinheit ist, durch und gibt die geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der inversen Q-Faktor-Korrektur 705 an die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 aus. Genauer gesagt, hinsichtlich eines durchführbaren Verfahrens wird beispielsweise in dem Fall, in welchem eine Spitzenwert-Ausgleichsvorrichtung vom IIR-Typ zweiter Ordnung, die den Amplitudenpegel um 6 dB mit F0 als der Mittenfrequenz verstärkt, in der Q-Faktor-Korrektureinheit 702 verwendet wird, eine Spitzenwert-Ausgleichsvorrichtung vom IIR-Typ zweiter Ordnung, die den Amplitudenpegel um 6 dB mit F0 als der Mittenfrequenz dämpft, in der inversen Q-Faktor-Korrektur 704 verwendet.
Wie oben insoweit beschrieben ist, kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran mit einer höheren Genauigkeit durch Korrigieren des Q-Faktors geschätzt werden.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, enthält die Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel 3 weiterhin die Q-Faktor-Korrektureinheit 702, die eine Korrektureinheit zum Korrigieren der in der Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit 102 als der Auslenkungsschätzeinheit geschätzten Auslenkungsamplitude durch Verwendung eines Q-Faktors des Lautsprechers, der das Audioeingangssignal wiedergibt, ist, wodurch ein Signal, das durch Korrigieren der Auslenkungsamplitude erhalten wurde, erzeugt wird; und die inverse Q-Faktor-Korrektureinheit 704 zum Korrigieren des in der Harmonischen-Steuereinheit 602 gesteuerten Signals durch Verwendung der Frequenzcharakteristik, die invers zu der für die in der Q-Faktor-Korrektureinheit 702 durchgeführten Korrektur ist, wobei die Audiosignal-Erzeugungseinheit 109 das Audiosignal 110, das das zweite Audiosignal ist, durch Verwendung des in der inversen Q-Faktor-Korrektureinheit 704 korrigierten Signals erzeugt. Mit dieser Verarbeitungskonfiguration ist die erhaltene Wirkung derart, dass die Auslenkung der Lautsprechermembran mit höherer Genauigkeit geschätzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1:: Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung
101:: Audioeingangssignal
102:: Lautsprechermembran-Auslenkungsschätzeinheit
103:: Informationen über den Volumenwert und die F0 des Ziellautsprechers
104:: geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude
105:: HPF
106:: HPF-Audiosignal
107:: Sättigungsverarbeitungseinheit
108:: geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Sättigungsverarbeitung
109:: Audiosignal-Erzeugungseinheit
110:: umgewandeltes Audiosignal
111:: Audiosignal-Synthetisiereinheit
112:: Ausgabeerzeugungseinheit
113:: Audioausgangssignal
401:: Medienspieler
402:: Verarbeitungsschaltung
403:: DAC-Schaltung
404:: Verstärker
405:: Lautsprecher
501:: externe Speichervorrichtung
502:: Prozessor
503:: Speicher
601:: Benutzersetzwert
602:: Harmonischen-Steuereinheit
603:: geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Harmonischen-Steuerung
604:: für Harmonischen-Steuerung verwendete LPF-Parameterinformationen
605:: Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit
606:: Audiosignal mit eingestellter Frequenzcharakteristik
701:: Q-Faktor des Lautsprechers
702:: Q-Faktor-Korrektureinheit
703:: geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der Q-Faktor-Korrektur
704:: inverse Q-Faktor-Korrektureinheit
705:: geschätzte Lautsprechermembran-Auslenkungsamplitude nach der inversen Q-Faktor-Korrektur
901:: Frequenzcharakteristik von Tonquelle bei geringem Tonvolumen
902:: Frequenzcharakteristik von Tonquelle bei mittlerem Tonvolumen
903:: Frequenzcharakteristik von Tonquelle bei hohem Tonvolumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6038135 [0009]

Claims

Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche aufweist: ein Hochpassfilter zum Umwandeln eines Audioeingangssignals in ein erstes Audiosignal und zum Ausgeben des ersten Audiosignals; eine Auslenkungsschätzeinheit zum Schätzen der Auslenkungsamplitude einer Lautsprechermembran, wenn das Audioeingangssignal eingegeben wird; eine Sättigungsverarbeitungseinheit zum Durchführen einer Sättigungsverarbeitung bei der in der Auslenkungsschätzeinheit geschätzten Auslenkungsamplitude oder einem durch Korrigieren der Auslenkungsamplitude erhaltenen Signal; eine Audiosignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines zweiten Audiosignals durch Verwendung einer nach der Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit erhaltenen Auslenkungsamplitude; und eine Ausgabeerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Verwendung des ersten und des zweiten Audiosignals.
Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausgabeerzeugungseinheit ein Signal ausgibt, das durch Synthetisieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals erhalten wurde.
Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Auslenkungsschätzeinheit die Auslenkungsamplitude der Lautsprechermembran durch Verwendung einer Resonanzfrequenz oder von Volumeninformationen des Lautsprechers, der das Audioeingangssignal wiedergibt, schätzt.
Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, weiterhin aufweisend: eine Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit zum Erzeugen eines Signals, das durch Einstellen des ersten Audiosignals erhalten wurde; und eine Harmonischen-Steuereinheit zum Steuern einer Frequenzcharakteristik von in der Versetzungsamplitude, die durch die Sättigungsverarbeitung in der Sättigungsverarbeitungseinheit erhalten wurde, enthaltenen Harmonischen, wobei die Audiosignal-Erzeugungseinheit das zweite Audiosignal erzeugt durch Verwendung eines in der Harmonischen-Steuereinheit gesteuerten Signals und die Ausgabeerzeugungseinheit ein Signal ausgibt, das durch Synthetisieren des zweiten Audiosignals und eines Signals, das durch Einstellen des ersten Audiosignals erhalten wurde, erhalten wird.
Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Summe aus der Verstärkung in einer Frequenzcharakteristik, die für die Einstellung in der Frequenzcharakteristik-Einstelleinheit zu verwenden ist, und einer Verstärkung in einer Frequenzcharakteristik, die für die Steuerung in der Harmonischen-Steuereinheit in einer Frequenzdomäne zu verwenden ist, in einem gesamten Frequenzbereich, in welchem ein Audioeingangssignal existiert, konstant ist.
Audiosignal-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin aufweisend: eine Korrektureinheit zum Korrigieren der in der Auslenkungsschätzeinheit geschätzten Auslenkungsamplitude durch Verwendung eines Q-Faktors des Lautsprechers, der das Audioeingangssignal wiedergibt, wodurch ein Signal erzeugt wird, das durch die Korrektur der Auslenkungsamplitude erhalten wird; und eine inverse Korrektureinheit zum Korrigieren des in der Harmonischen-Steuereinheit gesteuerten Signals unter Verwendung einer Umkehrung einer Frequenzcharakteristik mit Bezug auf eine Frequenzcharakteristik für eine in der Korrektureinheit durchgeführte Korrektur, wobei die Audiosignal-Erzeugungseinheit das zweite Audiosignal durch Verwendung des in der inversen Korrektureinheit korrigierten Signals erzeugt.