JP5694324B2 - スピーカーの知覚されるラウドネスを増加させるためのシステム - Google Patents
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Description
ポータブルメディアデバイスの物理的なサイズ制限は、このようなデバイス中のラウドスピーカーのサイズをきわめて小さくさせることが多い。小型スピーカーのドライバは、低出力レベルに苦しみ、一般的に可聴周波数範囲全体を再生することができない。振幅が増加されると、歪みが発生し、より多くのバッテリー電力が消費される。これらのデバイスが典型的に使用されるノイズ環境は、この問題を助長させるだけである。
移動体電話機および他の類似したサイズのデバイスは、生成させるサウンドのボリュームが制限されている小型のスピーカーを有する傾向がある。それゆえ、バックグラウンドノイズが存在するときには、会話、音楽、および、他のオーディオを移動体電話機上で聞くのが難しいことがある。
図1は、オーディオ信号の知覚されるラウドネスを調節するためのラウドネス調節システム100の実施形態を示している。携帯電話機、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、音楽プレーヤー(例えば、MP3プレーヤー)、テレビのような、何らかのオーディオシステム中またはプロセッサベースのシステム中で、あるいは、ラップトップ、デスクトップ、タブレット、または、これらに類するもののような、何らかのコンピューティングデバイス中で、ラウドネス調節システム100を実現してもよい。有利なことに、ある実施形態では、ラウドネス調節システム100は、単にボリュームを増加させることにより達成できるよりも大きく、スピーカーにサウンドを出させることができる。
図2を参照すると、周波数抑制器210の例示的な実施形態が示されている。周波数抑制器210は、周波数抑制器110に関して上記で説明したすべての特徴を含んでいてもよい。周波数抑制器210は、ハードウェア中でおよび/またはソフトウェア中で実現してもよい。
周波数抑制器110または210により提供される追加のヘッドルームを使用して、オーディオ信号のラウドネスを増加させることができる。図5は、ラウドネス調節器520のさらに詳細な例を示しており、ラウドネス調節器520は、上記で説明したラウドネス調節器120の特徴をすべて有していてもよい。ハードウェア中でおよび/またはソフトウェア中で、ラウドネス調節器520を実現してもよい。有利なことに、ある実施形態では、ラウドネス調節器520は、リスナーに知覚される信号のラウドネスを増加させる1つ以上の利得をオーディオ信号に適用することができる。したがって、ある実施形態では、ラウドネス調節器520は、物理的なオーディオ信号を表すデータを、増加したラウドネスを持つ別の物理的なオーディオ信号を表すデータに変換する。
図9は、例示的な等化器930を示しており、例示的な等化器930は、上記で説明した等化器130の特徴のすべてを有していてもよい。ハードウェア中および/またはソフトウェア中で、等化器930を実現してもよい。有利なことに、ある実施形態では、等化器930は、スピーカーの周波数応答における不完全さを補償する、または、補償するように試みる1つ以上の利得を、オーディオ信号に適用することができる。代替的に、等化器930は、スピーカーの周波数応答中の谷をさらに減衰させる1つ以上の利得を適用することができる。
図10は、歪み制御モジュール1040のさらに詳細な実施形態を示しており、歪み制御モジュール1040は、上記で説明した歪み制御モジュール140の特徴のすべてを有していてもよい。ハードウェア中および/またはソフトウェア中で、歪み制御モジュール1040を実現してもよい。ある実施形態では、歪み制御モジュール1040は、選択された歪みをオーディオ信号中で引き起こして、信号エネルギーを、したがってラウドネスを増加させることができる。この選択された歪みは、完全に飽和している信号中に存在するよりも少ない高調波を追加する、制御された歪みであってもよい。
実施形態に依存して、ここで説明したアルゴリズムのうちの任意の、あるアクト、イベント、または機能を、異なるシーケンス中で実行することができ、ひとまとめにして追加したり、マージしたり、または、除外することができる(例えば、説明したアクトまたはイベントのすべてが、アルゴリズムの実施のために必要なわけではない)。さらに、ある実施形態では、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、あるいは、複数のプロセッサまたはプロセッサコアを通して、シーケンシャルにではなく、並行してアクトまたはイベントを実行してもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]オーディオ信号の知覚されるラウドネスを増加させる方法において、
電子オーディオ信号を受け取ることと、
1つ以上のプロセッサを使用して、周波数抑制器により、前記電子オーディオ信号を処理し、前記周波数抑制器は、前記電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数のうちの1つまたは双方をフィルタリングして、フィルタリングされたオーディオ信号を生成させ、前記フィルタリングされたオーディオ信号が増加したヘッドルームを有するように構成されていることと、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記フィルタリングされたオーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記フィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを推定して、前記オーディオ信号の推定されたラウドネスを生成させることと、
前記推定されたラウドネスに少なくとも部分的に基づいて、前記フィルタリングされたオーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算することと、
前記フィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用することにより、前記フィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを増加させることとを含む方法。
[2]前記周波数抑制器により前記電子オーディオ信号を処理することは、所定のスピーカーにより再生可能であることが少ない周波数をフィルタリングすることを含む[1]に記載の方法。
[3]前記電子オーディオ信号に等化フィルタを適用することにより、前記電子オーディオ信号に付加的なヘッドルームを提供することをさらに含み、前記等化フィルタは、前記電子オーディオ信号の通過帯域エリアを減衰させるように動作可能である[1]に記載の方法。
[4]前記1つ以上のラウドネスフィルタは、1つ以上のガンマトーンフィルタを近似する[1]に記載の方法。
[5]オーディオ信号のラウドネスを増加させるシステムにおいて、
電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数のうちの1つまたは双方をフィルタリングすることにより、前記電子オーディオ信号中のヘッドルームを増加させて、前記電子オーディオ信号よりも大きなヘッドルームを有するフィルタリングされたオーディオ信号を生成させるように構成されている1つ以上のフィルタを含む周波数抑制器と、
ラウドネス調節器とを具備し、
前記ラウドネス調節器は、
1つ以上のプロセッサにより、前記フィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを推定するようにと、前記算出したラウドネスとラウドネス基準レベルとを比較するように構成されているラウドネス解析器と、
前記算出したラウドネスと前記ラウドネス基準レベルとの間の差に少なくとも部分的に基づいて、1つ以上の利得を計算するようにと、前記フィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させることにより、前記フィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを増加させるように動作可能である利得制御モジュールとを備えるシステム。
[6]スピーカーにより再生可能であることが少ない、スピーカーの周波数応答の通過帯域エリアを減衰させるように動作可能である等化器をさらに具備する[5]に記載のシステム。
[7]前記フィルタリングされたオーディオ信号中で、選択された歪みを引き起こすことにより、前記フィルタリングされたオーディオ信号における前記ラウドネスをさらに増加させるように構成されている歪み制御モジュールをさらに具備する[6]に記載のシステム。
[8]前記歪み制御モジュールは、前記フィルタリングされたオーディオ信号中に、選択された高調波を導入することにより、前記選択された歪みを引き起こす[7]に記載のシステム。
[9]オーディオ信号の知覚されるラウドネスを増加させる方法を1つ以上のプロセッサに実行させる命令をその上に記憶させているコンピュータ読取可能記憶媒体において、
前記方法は、
電子オーディオ信号を受け取ることと、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記電子オーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記電子オーディオ信号のラウドネスを推定して、前記オーディオ信号の推定されたラウドネスを生成させることと、
前記推定されたラウドネスに少なくとも部分的に基づいて、前記電子オーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算することと、
前記電子オーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させることにより、前記電子オーディオ信号の知覚されるラウドネスを増加させることと、
前記増幅されたオーディオ信号中で部分的な飽和を引き起こすことにより、信号エネルギーを増加させることとを含み、
前記引き起こすことは、高調波の組み合わせから導出した非線形変換を前記増幅されたオーディオ信号に適用することを含むコンピュータ読取可能記憶媒体。
[10]前記部分的な飽和を引き起こすことは、前記増幅されたオーディオ信号のサンプルをサインの和のテーブル中にインデックス付けすることを含む[9]に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
[11]前記高調波は奇数次高調波を含む[9]に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
[12]前記高調波は、1次高調波と、3次高調波と、5次高調波と、7次高調波と、9次高調波とを含む[11]に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
[13]オーディオ信号中のクリッピングを減少させる方法において、
前記方法は、
入力オーディオ信号を受け取ることと、
より低い次数の高調波の和から発生された値を含むサインの和のデータ構造を提供することと、
1つ以上のプロセッサにより前記サインの和のデータ構造を使用して、前記より低い次数の高調波のうちの少なくともいくつかを前記入力オーディオ信号に追加するように、前記入力オーディオ信号を出力オーディオ信号にマッピングすることとを含み、
前記出力オーディオ信号のうちの少なくとも一部分は、前記入力オーディオ信号より大きなエネルギーを有している方法。
[14]完全に飽和している信号中に存在するよりも少ない高調波から前記サインの和のデータ構造を発生させることをさらに含む[13]に記載の方法。
[15]前記高調波は奇数次高調波を含む[13]に記載の方法。
[16]前記高調波は偶数次高調波を含む[13]に記載の方法。
[17]第1のデータ構造にサイン波の1つの周期を格納することと、第2のデータ構造にサイン波の複数の周期を格納することと、前記第1のデータ構造中の値と前記第2のデータ構造中の値とを組み合わせることとに少なくとも部分的によって、前記サインの和のデータ構造を発生させることをさらに含む[13]に記載の方法。
[18]前記サインの和のデータ構造は、サインの和の複合波の4分の1を含む[13]に記載の方法。
[19]ラウドスピーカーにより生成されるオーディオ信号のラウドネスを増加させて、前記ラウドスピーカーにより本来生成されるラウドネスよりも大きな知覚されるラウドネスをリスナーに提示するシステムにおいて、
前記システムは、
前記スピーカーにより実質的に再生不可能である、電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数をフィルタリングすることにより、前記電子オーディオ信号中のヘッドルームを増加させて、第1のフィルタリングされたオーディオ信号を生成させるように構成されている1つ以上のフィルタを備える周波数抑制器と、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを、1つ以上のプロセッサにより算出するように構成され、前記算出したラウドネスとラウドネス基準レベルとを比較するようにさらに構成されているラウドネス解析器と、
前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算し、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させるように動作可能であり、前記1つ以上の利得を計算することは、前記算出したラウドネスと前記ラウドネス基準レベルとの間の差に少なくとも部分的に基づいている利得制御モジュールと
を備えるラウドネス調節器と、
より低い次数の高調波の和から発生されたサインの和のテーブル中に記憶されている1つ以上の値に、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号の1つ以上のサンプルを少なくともマッピングすることにより、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号中で、部分的な高調波歪みを引き起こすように構成されている歪み制御モジュールとを具備するシステム。
[20]前記電子オーディオ信号中のヘッドルームをさらに増加させるように構成されている等化フィルタをさらに具備し、前記等化フィルタは、前記電子オーディオ信号の通過帯域エリアを減衰させるように動作可能である[19]に記載のシステム。
[21]前記周波数抑制器は、ラウドスピーカーの特性に少なくとも部分的に依存するカットオフ周波数をそれぞれ有しているハイパスフィルタおよびローパスフィルタを備える[19]に記載のシステム。
[22]前記より低い次数の高調波は、1次高調波、3次高調波、5次高調波、7次高調波、および、9次高調波を含む[21]に記載のシステム。
[23]オーディオ信号のラウドネスを増加させる方法において、
前記方法は、
電子オーディオ信号を受け取ることと、
1つ以上のプロセッサを使用して、周波数抑制器により、前記電子オーディオ信号を処理し、前記周波数抑制器は、前記電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数のうちの1つまたは双方をフィルタリングして、フィルタリングされたオーディオ信号を生成させ、前記フィルタリングされたオーディオ信号が、前記電子オーディオ信号に対して増加したヘッドルームを有するように構成され、ここで、前記周波数抑制器はクロスオーバーフィルタではないことと、
前記増加したヘッドルームに少なくとも部分的に基づいて、前記フィルタリングされたオーディオ信号に適用するための1つ以上の利得を導出することと、
前記フィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、前記オーディオ信号のラウドネスを増加させることとを含む方法。
[24]前記周波数抑制器により前記電子オーディオ信号を処理することは、所定のスピーカーにより再生可能であることが少ない周波数をフィルタリングすることを含む[23]に記載の方法。
[25]前記1つ以上の利得を導出することは、前記フィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを推定することと、前記推定したラウドネスと基準レベルとを比較することとを含む[23]に記載の方法。
[26]オーディオ信号のラウドネスを増加させる方法において、
前記方法は、
電子オーディオ信号を受け取ることと、
ラウドスピーカーにより再生可能であることが少ない、スピーカーの周波数応答のエリアに対応している、前記電子オーディオ信号の通過帯域エリアを減衰させるように構成されている周波数応答を含む等化フィルタを提供することと、
1つ以上のプロセッサを使用して、前記電子オーディオ信号に前記等化フィルタを適用して、前記電子オーディオ信号中のヘッドルームを増加させることと、
前記電子オーディオ信号中の増加したヘッドルームを使用して、前記電子オーディオ信号のラウドネスを増加させることとを含む方法。
[27]周波数抑制器により前記電子オーディオ信号を処理することをさらに含み、前記周波数抑制器は、前記電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数のうちの1つまたは双方をフィルタリングして、フィルタリングされたオーディオ信号を生成させ、前記フィルタリングされたオーディオ信号が追加のヘッドルームを有するように構成されている[26]に記載の方法。
[28]前記電子オーディオ信号中の増加したヘッドルームを使用して、前記電子オーディオ信号のラウドネスを増加させることは、前記電子オーディオ信号に1つ以上の利得を適用することを含む[26]に記載の方法。
[29]前記電子オーディオ信号の推定されたラウドネスに少なくとも部分的に基づいて、前記1つ以上の利得を算出することをさらに含む[28]に記載の方法。
[30]前記電子オーディオ信号中で、部分的な高調波歪みを引き起こして、前記電子オーディオ信号のラウドネスをさらに増加させることをさらに含む[29]に記載の方法。
Claims (14)
- ラウドスピーカーにより生成されるオーディオ信号のラウドネスを増加させて、前記ラウドスピーカーにより本来生成されるラウドネスよりも大きな知覚されるラウドネスをリスナーに提示するシステムにおいて、
前記システムは、
前記スピーカーにより実質的に再生不可能である、電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数をフィルタリングすることにより、前記電子オーディオ信号中のヘッドルームを増加させて、第1のフィルタリングされたオーディオ信号を生成させるように構成されている1つ以上のフィルタを備える周波数抑制器と、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを、1つ以上のプロセッサにより算出するように構成され、前記算出したラウドネスとラウドネス基準レベルとを比較するようにさらに構成されているラウドネス解析器と、
前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算し、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させるように動作可能であり、前記1つ以上の利得を計算することは、前記算出したラウドネスと前記ラウドネス基準レベルとの間の差に少なくとも部分的に基づいている利得制御モジュールと
を備えるラウドネス調節器と、
前記増幅されたオーディオ信号を等化して、等化されたオーディオ信号を生成させるように構成されている等化フィルタと、
より低い次数の高調波の和から発生されたサインの和のテーブル中に記憶されている1つ以上の値に、前記等化されたオーディオ信号の1つ以上のサンプルを少なくともマッピングすることにより、前記等化されたオーディオ信号中で、部分的な高調波歪みを引き起こすように構成されている歪み制御モジュールとを具備し、
前記等化フィルタは、前記スピーカーの周波数応答の通過帯域中の山および谷を補償して、前記増幅されたオーディオ信号中の前記ヘッドルームを増加させるように構成されているマルチバンド利得を有し、前記マルチバンド利得の値は前記山および谷の振幅の反転であるシステム。 - 前記周波数抑制器は、ラウドスピーカーの特性に少なくとも部分的に依存するカットオフ周波数をそれぞれ有しているハイパスフィルタおよびローパスフィルタを備える請求項1記載のシステム。
- 前記より低い次数の高調波は奇数次高調波を含む請求項1記載のシステム。
- 前記より低い次数の高調波は、1次高調波、3次高調波、5次高調波、7次高調波、および、9次高調波を含む請求項1記載のシステム。
- 前記1つ以上のラウドネスフィルタは、1つ以上のガンマトーンフィルタを近似する請求項1記載のシステム。
- ラウドスピーカーにより生成されるオーディオ信号のラウドネスを増加させて、前記ラウドスピーカーにより本来生成されるラウドネスよりも大きな知覚されるラウドネスをリスナーに提示する方法において、
前記方法は、
前記スピーカーにより実質的に再生不可能である、電子オーディオ信号の低い周波数および高い周波数をフィルタリングすることにより、前記電子オーディオ信号中のヘッドルームを増加させて、第1のフィルタリングされたオーディオ信号を生成させることと、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号のラウドネスを、1つ以上のプロセッサにより算出することと、
前記算出したラウドネスとラウドネス基準レベルとを比較することと、
前記算出したラウドネスと前記ラウドネス基準レベルとの間の差に少なくとも部分的に基づいて、前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算することと、
前記第1のフィルタリングされたオーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させることと、
前記増幅されたオーディオ信号を等化フィルタにより等化して、等化されたオーディオ信号を生成させることと、
より低い次数の高調波の和から発生されたサインの和のテーブル中に記憶されている1つ以上の値に、前記等化されたオーディオ信号の1つ以上のサンプルを少なくともマッピングすることにより、前記等化されたオーディオ信号中で、部分的な高調波歪みを引き起こすこととを含み、
前記等化フィルタは、前記スピーカーの周波数応答の通過帯域中の山および谷を補償して、前記増幅されたオーディオ信号中の前記ヘッドルームを増加させるマルチバンド利得を有し、前記マルチバンド利得は前記山および谷の振幅の反転である方法。 - 完全に飽和している信号中に存在するよりも少ない高調波から前記サインの和のデータ構造を発生させることをさらに含む請求項6記載の方法。
- 第1のデータ構造にサイン波の1つの周期を格納することと、第2のデータ構造に前記サイン波の複数の周期を格納することと、前記第1のデータ構造中の値と前記第2のデータ構造中の値とを組み合わせることとに少なくとも部分的によって、前記サインの和のデータ構造を発生させることをさらに含む請求項7記載の方法。
- 前記サインの和のデータ構造は、サインの和の複合波の4分の1を含む請求項8記載の方法。
- 前記高調波は奇数次高調波を含む請求項6記載の方法。
- 前記1つ以上のラウドネスフィルタは、1つ以上のガンマトーンフィルタを近似する請求項6記載の方法。
- オーディオ信号の知覚されるラウドネスを増加させる方法を1つ以上のプロセッサに実行させる命令をその上に記憶させているコンピュータ読取可能記憶媒体において、
前記方法は、
電子オーディオ信号を受け取ることと、
人間のヒアリング系を近似するように構成されている1つ以上のラウドネスフィルタにより、前記電子オーディオ信号を処理することに少なくとも部分的によって、前記電子オーディオ信号のラウドネスを推定して、前記オーディオ信号の推定されたラウドネスを生成させることと、
前記推定されたラウドネスに少なくとも部分的に基づいて、前記電子オーディオ信号に適用されることになる1つ以上の利得を計算することと、
前記電子オーディオ信号に前記1つ以上の利得を適用して、増幅されたオーディオ信号を生成させることにより、前記電子オーディオ信号の知覚されるラウドネスを増加させることと、
前記増幅されたオーディオ信号を等化フィルタにより等化して、等化されたオーディオ信号を生成させることと、
前記等化されたオーディオ信号中で部分的な飽和を引き起こすことにより、信号エネルギーを増加させることとを含み、
前記等化フィルタは、前記スピーカーの周波数応答の通過帯域中の山および谷を補償して、前記増幅されたオーディオ信号中の前記ヘッドルームを増加させるマルチバンド利得を有し、前記マルチバンド利得は前記山および谷の振幅の反転であり、
前記引き起こすことは、高調波の組み合わせから導出した非線形変換を前記等化されたオーディオ信号に適用することを含むコンピュータ読取可能記憶媒体。 - 前記信号エネルギーを増加させることは、前記増幅されたオーディオ信号の1つ以上のサンプルをサインの和のテーブル中に記憶されている1つ以上の値にマッピングすることを含む請求項12記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
- 前記サインの和のテーブルは、前記高調波の組み合わせから発生される請求項13記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
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