TWI323975B - Equalizer bank with interference reduction - Google Patents

Description

1323975 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種等化器組（equalizer bank)，尤指一種 利用複數個補償器（compensator)及裝設複數個查詢表 (look-up table)之具干擾抑制之等化器組。 【先前技術】 在數位音效的處理中’等化器（equalizer)係用以獲得魔幻 身又之音響等化效果。在一等化器組（equalizer bank)中係包 含串接或並聯之複數個等化遽波器（eqUalizati〇n filter)，使 用者可以調整這些等化滤波器以加強（b〇ost)或減少（reduce) 特定頻帶的增益。目前最普遍的等化器系統可能就是使用 在大多數立體聲音響（stereo systems)中的音色控制（tone control)。音色控制可提供一快速且簡單的方法讓使用者可 以調整出適合使用者喜好的音色而且在某程度上可用以補 償房間中傢俱的擺設。使用者在音色控制中常可找到標示 有低音（bass)及高音（treble)之二旋鈕（knob)。該低音及高音 方疋紐均與一稱為斜坡渡波器（sheiving fiiter)之特殊型式的 滤波器相關’更精確言’其係分別控制一低通斜坡濾波器 (l〇w-pass shelving filter)及一高通斜坡濾波器（high_pass shelving filter)。圖1例示一習知之等化器組1，其包含一低 頻斜坡濾波器（即低通斜坡濾波器）10、三個峰值濾波器 (peak filter) 121〜123及一高頻斜坡濾波器（即高通斜坡濾波 器）13。一音訊係由該低頻斜坡濾波器1〇輸入後，經由該低 頻斜坡濾波器10、該三個峰值濾波器121〜123及該高頻斜坡 108395 .doc H39313 108395 00553U77 1323975 慮波器13的處理後輸出。 圖2(a)及2(b)係分別為圖1中該低頻斜坡濾波器1〇及該高 頻斜坡;慮波器13之頻率響應（freqUenCy response)之增益圖 (gain plot)»大部分的濾波器均具有隨頻率變化而改變的增 益’而增益圖即代表在濾波器的頻率響應中，在不同的頻 率下所具有的增益值（gain magnitude)。若在一頻率下，其 增益值大於1，則表示一訊號在該頻率下將被加強 (boost)(參圖2(a)及2(b)中位於增益為1之水平線上方之三 條曲線）。同理’若在一頻率下，其增益值小於1，則表示 一訊號在該頻率下將被減弱（cut)(參圖2(甸及2(b)中位於增 益為1之水平線下方之三條曲線）。對於斜坡濾波器丨〇或j 3 而言，使用者可以加強或減弱某一部分音頻（a p〇rti〇n 〇f audio spectrum)而保持其他部分音頻不變。在一濾波器的頻 率響應中’不同增益值的轉換頻率稱為截頻點（cm〇ff frequency)(參圖2(a)及2(b))。上述之音色控制除了可讓使用 者調整加強或減弱的程度’在理論上，可設計成讓使用者 調整截頻點的位置β然而實際應用時，截頻點的位置在該 慮波器设s十階段時即已被固定，而不允許使用者調整。除 了高音及低音旋鈕外，在立體聲音響中還設置一些「中間」 控制旋鈕，例如圖1中的三個峰值濾波器121〜123,而該「中 間」控制旋鈕通常可在混音器（mixer)上找到。該三個峰值 滤波器121〜1 23係用以調整位於高頻及低頻之間的頻率其 通常也被稱作帶通濾波器（band-pass filter)，係用以加強或 減弱某一小部分音頻而保持其他部分音頻不變。囷2(c)例示 108395 .doc 1323975 圖1中該峰值濾波器121、122或123之頻率響應之增益圖。 該峰值濾波器121、122或123係由兩個特性所定義。第一係 中央頻率（central frequency ; CF)，在中央頻率之下該濾波 益具有最大的增益值。第二係品質因數（quality fact〇r)，其 係用以表示該濾波器的形狀。通常’使用者被允許調整該 峰值濾波器121、122或123中訊號加強或減弱的程度，但是 其中央頻率及品質因數卻是固定不變的。 圖3(a)及3(b)分別表示在不同增益設定（gain setting)下， 圖1所示之習知等化器組1之整體頻率響應增益圖。參圖 3(a) ’三條曲線b、c及d係該三個峰值濾波器i2i〜123之頻率 響應增益圖，而曲線a及e則分別是該低頻斜坡濾波器丨〇及 該高頻斜坡濾波器13之頻率響應增益圖。曲線f則是五條曲 線a-e之疊加曲線（superposed curve)，其係表示圖1中之習知 等化器組1之整體頻率響應增益圖。然而，曲線『卻顯示出 習知等化器組1具有過度增益累積（excessjve gain accumulation)的問題。同理，在圖3(b)中，三條曲線b，、c， 及d'係該三個峰值濾波器121〜123之頻率響應增益圖，而曲 線a1及&則分別是該低頻斜坡濾波器1〇及該高頻斜坡遽波 器13之頻率響應增益圖。曲線f·則是五條曲線a’_e’之疊加曲 線，其係表示圖1中之習知等化器組1之整體頻率響應增益 圖。然而，曲線Γ卻顯示出習知等化器組1具有過度增益削 弱（excessive gain diminution)的問題。上述在習知等化器組 1中所產生的過度增益累積及過度增益削弱等問題係由圖1 中各遽波器間之干擾（interference)所造成的。 108395 .doc H39ai3、〇/ 108395 ^ 1323975 综上所述，實有必要發展-低成本及簡便操作之等化器 組，以抑制因濾波器間之干擾，進而減緩過度增益累積及 過度增益削弱之現象。 【發明内容】 本發明之主要目的係提供一種具干擾抑制之等化器組 (equalizer bank with interference reducti〇n)，藉由增加至少 一補償器（compensator)及調整該補償器之增益值，以減少 因濾波器間所引起的干擾。 本發明之另一目的係提供一種具干擾抑制之等化器組， 以提供使用者簡便的操作方式來等化聲音（equalize the sound)»

為達到上述目的，本發明揭示具干擾抑制之等化器組， 係用於等化一音頻訊號，該等化器組包含一前斜坡濾波 器、至少一峰值濾波器、一後斜坡濾波器及至少一補償器。 該前斜坡濾波器將該音頻訊號轉換成一第一訊號，該峰值 遽波器將該第一訊號轉換成一第二訊號’該後斜坡攄波器 則將該第二訊號轉換成一第三訊號。該補償器係相應於該 峰值濾波器且用以補償該第三訊號。其中每一補償器與其 相應之峰值濾波器具相同之特徵頻率及相同之品質因數。 每一補償器之增益係由其相應之該峰值濾波器之複數個干 擾值所決定《該干擾值係由複數個查詢表（1〇〇k_up。^^直 接取得。任一之前斜坡濾波器、後斜坡濾波器、峰值渡波 器及補償器均可利用一二階無限脈衝響應滤波器 (two-order infinite impulse response filter ； two-order IIR H39ai3f R 108395 o〇55au77"^ 丄 /：) 咖〇來實現H無限脈衝響應遽波器所相應之一轉換 函數（transfer function)則根據其所給定之 之品質因數及其已接收或已決定之增益來決定頻二:: 以決定該轉換函數之複數個係數（c〇efficient)也可由查詢表 中取得》 所以，當使用者針對該峰值濾波器選定一增益值時，用 以決定該峰㈣波器及其相應之補償器之參數（pa_eter) 將可直接取得，同時免除複雜的計算。因此，使用本發明 之具干擾抑制之等化器組可用更有效率及更低成本之方式 將一音頻訊號加以等化。 【實施方式】 圖4係本發明一實施例之具干擾抑制之等化器組2之方塊 圓。§亥4化器組2包含一前斜坡濾波器2〇(其特徵係具截頻 點f〇、增益g0及品質因數q〇)、三個峰值濾波器2丨丨〜2丨3 (其 特徵係分別具中央頻率fl、h及&、增益gl、§2及§3、品質 因數Qi、Q2及Q3)、一後斜坡濾波器22(其特徵係具截頻點 匕、增益g4及品質因數q4)及三個補償器231〜233(其特徵係 分別具中央頻率G、匕及f5、增益g7 ' g6& g5、品質因數q7、 Q6及Qs)。一音頻訊號SG輸入該前斜坡濾波器2〇並且被轉換 成一第一訊號S!。之後，該三個峰值濾波器211〜213將該第 一訊號S!轉換成一第二訊號S2。接著，該後斜坡濾波器22 將該第二訊號S2轉換成一第三訊號S3。此時，該第三訊號 S3係一具有過度增益累積或過度增益削弱之訊號。之後， 該三個補償器231〜233用以補償該第三訊號S3以減少其過 108395 .<ioc • 9- 1323975 度增益累積或過度增益削弱，最後形成一第四訊號S4作為 一輸出訊號。

本實施例中，斜坡濾波器20及22之截頻點f〇及匕以及該三 個峰值濾波器211〜213之中央頻率匕、。及G均可稱為特徵頻 率。需注意的是該前斜坡遽波器20、該三個峰值〉慮波器 211〜213及該後斜坡濾波器22之特徵頻率係固定不變且其 大小係依序排列。意即其特徵頻率滿足以下關係， f〇>fl>f2>f3>f4 或 f〇<fi<f2<f3〈f4。另，該前斜坡渡波器 2〇、每 一峰值濾波器211、212或213、該後斜坡濾波器22及每一補 償器231、232或233均由一二階無限脈衝響應濾波器所實 現。該二階無限脈衝響應濾波器相應之一轉換函數可由式 (1)表示’其包含了五個待定係數（即五個未知數）。 H(z) = b〇 + b'Z +b2Z 1 + α,Ζ'1 +α2Ζ'2 圖5係一 ζ轉換函數之直接型式（Direct F〇rm)表示圖，其 常用以表示式（1)之轉換函數，其中X(z)表示一輸入义⑴之

ζ-轉換（z-transform)，而a丨、a2、b〇、bi及b2為該五個待定係 數。若該峰值濾波器211、212或2 13被設計成一參數型等化 器（parametric equalizer)用以加強或減弱其增益值時，則用 以決定該轉換函數H(z)之該五個待定係數可在給定一已知 特徵頻率及一已知品質因數之條件下經由複雜計算過程求 得。 為簡化該複雜計算過程以求出該五個待定係數，首先將 每個滤波器（含該斜坡濾波器2〇或22及該三個峰值濾波器 108395 .doc -10·

1323975 211〜213)之增益值範圍劃分成複數個增益等級（gain level)，每一個增益等級相應於一組經由該複雜計算求出之 係數（即決定相應於某一特定增益值之該轉換函數H(z)之五 個係數）。之後將該複數個增益等級及其相應之複數組係數 儲存至一增益表（gain table)中。在操作等化器組時，當使 用者轉動一濾波器之旋鈕以選定一特定增益等級時，其相 應之五個係數即直接由該增益表中取出，同時相應於該濾 波器之轉換函數也立即確定》因此即可免除該複雜計算過 程並改善等化的效率。以下表一係例示該增益表之一實施 例。 表一 增益等級 _ b〇 b' K 12 A12-1 A12-2 Bl2"0 Bl2-1 Bl2-2 11 All-1 Aji-2 Bji-o B|l-1 Bh-2 .... • ·» ... -11 A-ll-1 A-ii-2 B-ii-o Β·ιι-2 •12 An A-12-2 B.12*0 B-12-1 B-12-2

表中所有的係數（八12-丨…Α·ΐ2.ι、Ai2-2…A-12.2、Βΐ2·〇…B.12-0、 8丨2.1 ... Β-丨2.丨及Β丨2·2…Β·丨2·2)均事先在設計階段利用該複雜計算 過程求出。表一所例示之增益表中，該濾波器之增益範圍 分成25個增益等級（自i2dB至-12dB)。舉例而言，當使用者 選定一增益等級（例12dB)時，則其相應之係數（例：自 H39213V Ο - 108395 〇〇552«77 现3975 至Bu.2)則直接由該增益表中取得，同時也確定了相應於該增 益等級之濾波器（即其相應之轉換函數被確定）。

以下詳述圖4中該三個補償器23 ^33之設計流程β參圖 4，假§又該前斜坡濾波器2〇、該三個峰值渡波器211〜213及 該後斜坡濾波器22之頻率響應增益圖分別以圖3(a)中之曲 線a、b、c、d及e表示。如上文所述，圖3(a)相應之等化器 組會產生過度增益累積之問題。因此，補償器233之中央頻 率G、增益gs及品質因數Qs將根據以下之式（2)、（3)及（4)來 Q5=Q3 · * - (3) g5= -(|〜⑺| + |开43⑺|)，其中 z=j(2 7Γ f3) · · · (4)

其中|//23(z)|係峰值濾波器212(F2)對峰值濾波器213(f3)在 頻率為&時所形成的干優值，而丨心⑺丨係後斜坡濾波器22(1?4) 對峰值;慮波器213 (F3)在頻率為込時所形成的干優值。換言 之，補償器233(FS)之增益gs係用以補償其相應之峰值濾波 器（即Fa)之二干擾值（即|好23⑺|和’且該二干擾值係由 位於其相應峰值濾波器（即Fa)緊鄰兩側之二濾波器（即匕和 F4)所引起且該二干擾值即為該二濾波器（即匕和？*)在其相 應峰值濾波器（即F3)之特徵頻率（即f3)處所對應之增益值。 於本實施中’僅二緊鄰其相應峰值濾波器（即f3)之濾波器 (即Fa和F〇所產生之干擾值被考慮。然而，在其他實施例 中產生干援值之遽波器個數並無限制。意即，位於該補 償器（例F5)相應之峰值濾波器（即f3)前後之複數個濾波器 108395 .doc ^39313 10839s OOSS3J177 •12· (例F0、F!、F2及F〇所產生干擾值在設計該補償器（即時 均可考慮。為強化等化之效率，因此針對上述每個補償器 (F5、F6及 F7)t^ 計一個干擾值表（interference table)，用以儲 存複數個增益等級及其相應之複數個干擾值。於本實施例 中，每一干擾值表包含複數個增益等級以及複數個因緊鄰 該補償器（例Fs)相應之峰值濾波器（即f3)之一濾波器（即& 或F4)所引起之干擾值。該二干擾值表中所使用之增益等級 係特意設計成與表一（即增益表）之增益等級相同。以下表

In及I43係二干擾值表之一實施例，其係相關於補償器 233(F5)。 表1!3 表l43 增益等級 干擾值 增益等級 干擾值 (dB) (dB) 12 rv 12-23 12 IVi2-43 11 rVll-23 11 rVn-43 • · · -11 rV-11-23 -11 IV.1143 -12 fV-12-23 -12 Γν·12_43 1

表I23儲存25個增益等級（自12dB至-12dB)及其相應之複 數個干擾值（即自IV12.23至罠⑽）；該複數個干擾值係峰值濾 波器212(FZ)對峰值濾波器213(F3)在頻率為f3及不同增益等 108395 .doc H39ai3 108395 0055811 •13· 1323975

級時所形成的干優值。同理，表k儲存25個增益等級（自 12dB至-12dB)及其相應之複數個干擾值（即自w⑽至 ιν.^ο ;該複數個干擾值係後斜坡濾波器22(F4)對峰值濾波 器2 13(F3)在頻率為及不同增益等級時所形成的干優值。 該二干擾值表中之所有干擾值均係事先計算 (pre-calculated)。藉由干擾值表，當使用者針對一峰值濾波 器（例F0選擇一特定之增益等級時，其相應之補償器（即F5) 之增益等級和干擾值將同時被選定。 針對另兩個補償器232(Ι；δ)及231(F7)之設計，其中央頻 率、增益及品質因數係滿足以下式（5)至式（1〇)之關係。 f6=f2 Q6=Qz g6= -(|//12(Z)|+|"32(Z)|)，其中 z=j(2;r f2) • (5)• (6) •⑺ f7=f! • · (8)

Q7-Q1 參 g7= -(1 〜⑷|+|//21(z)|)，其中 z=j(2 7Γ q) · 其中丨4⑺丨係峰值濾波器21 lRJ對峰值遽波 • (9)• (10) 器 212(F2)在 頻率為6時所形成的干優值，而|//32⑺丨係峰值濾波器2i3(h) 對峰值濾波器212(F：〇在頻率為&時所形成的干優值；此⑷1 係則斜坡濾波器20(F〇)對峰值濾波器2110,)在頻率為時 所形成的干優值，而阢f⑺丨係峰值濾波器DVD對峰值濾 波器211(F!)在頻率為匕時所形成的干優值。 因此，圖4中任一個補償器231、 無限脈衝響應濾波器來實現，而該 232或233均可以一二階 二階無限脈衝響應濾波 108395 .doc H39«13 IO8395 〇〇552U77 • 14 * 1323975 器相應之轉換函數則可由式（2)至式（10)決定之特徵頻率、 質因數及增益來加以確定。因為該補償器m、戋 與其相應之峰值遽波器211、212或213具有相同的特徵頻率 及相同的品質因數，因此補償器23卜232或233與其相應之 峰值濾波器211、212或213可共用一增益表（例如表一）來取 付五個待定係數。 截至目前為止’針對解決過度增益累積之情形（參圖 3(a))，如何設計圖4中三個補償器之特徵頻率、品質因數及 增益已於上文詳細說明。針對過度增益削弱之情形，相同 的設計方法也同樣可行。所有的干擾值係在設計階段即事 先計算，之後即被儲存在與每個補償器相關的干擾值表 中。因為補償器（例F5)相關之二干擾值表（例^及〗43)中之增 益等級係特意設計成與其相應之峰值濾波器（即f3)相關之 增益表（即表一）中之增益等級相同。故當使用者可單單針對 一峰值濾波器選擇一特定的增益等級，而所有相關的資訊 (例如用以決定該峰值濾波器之轉換函數之五個係數及相 應之補償器）將立即被取得以等化聲音。此外，本發明之且 干擾抑制之等化器組中之每個濾波器均可以軟體（例程式 語言）或硬體（例包含記憶體之實際硬體線路）的方式來實 現。 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 108395 .doc •15- H39913 108395 005591177 ⑸3975 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1例示一習知之等化器組； 圖2(a)及2(b)係分別為圖1低頻斜坡濾波器及高頻斜坡濾 波器之頻率響應增益囷； 圖2(c)係圖1峰值渡波器之頻率響應增益圖； 圖3(a)及3(b)係圖1之習知等化器組於不同增益設定下之 • 整體頻率響應增益圖； * 圖4係本發明一實施例之具干擾抑制之等化器組方塊圖 以及 圖5係一 ζ轉換函數之直接型式表示圖。 【主要元件符號說明】 1等化器組 2具干擾抑制之等化器組 10低頻斜坡濾波器 13高頻斜坡濾波器 20前斜坡濾波器 22後斜坡濾波器 • 121、122、123、211、212、213 峰值濾波器 231、232、233 補償器 108395 .doc • 16 ·

Claims (1)

1323975 第〇951烈245號專利申請素 申請專利範面替換本(98年9月） %年9月岬曰修正本 ·» 十、申請專利範園： 一種具干擾抑制之等化器組，係用於等化一音頻訊號 該等化器組包含： 一前斜坡濾波器，係將該音頻訊號轉換成一第一訊號； 至少一峰值遽波器’係將該第一訊號轉換成一第二气 號； 一後斜坡濾波器，係將該第二訊號轉換成—第三訊 號；以及 至少一補償器，係相應於該峰值濾波器且用以補償該 第三訊號； 其中該補償器與其相應之該峰值濾波器具相同之特徵 頻率及品質因數’且該補償器之一增益值係由其相應之該 峰值濾波器之二個干擾值所決定； 其中該補償器之該增益值係用以補償其相應之該峰值 渡波器之該二個干擾值’該二干擾值係由位於其相應之該 峰值濾波器緊鄰兩側之二遽波器所引起，且該二干擾值係 該二濾波器在其相應之該峰值濾波器之特徵頻率處所對 應之增益值。 2·根據請求項1之等化器組，其中該前斜坡濾波器、後斜坡 濾、波器、該峰值渡波器及該補償器均由一二階無限脈衝 響應渡波器所實現。 3.根據請求項2之等化器組，其中用以決定該二階無限脈衝 響應濾波器相應之一轉換函數之複數個係數係由一增益 表中取得。 4·根據請求項3之望 望你》 等化器組，其中該增益表包含複數個增益 ’相應之該轉換#數之複數組係數。 -1,求項1之等化器組其中該補償器之該增益值係該 二m在其特徵頻率所對應之增益值之和之相反數。 6.根據請求項 表且_ 〈导化器組，其中該補償器包含二干擾值 且每該干擾值表包含複數個增益等級及複數個因緊 鄰，、相應峰值據波器之一濾波器所引起之干擾值。 根據°月求項6之等化器組，其中該補償器及其相應峰值滤 波器係共用該增益表用以決定其轉換函數。 8. 根據請求項1之等化 哥化裔組，其係以軟體方式實現。 9. 根據凊求項1之等化器組，其係以硬體方式實現。 根據二求項1之等化器組，其中該前斜坡滤波器該峰值 慮波器及該後斜坡據波器之特徵頻率大小係依序排列。 根據請求項1之等化. 匕器上，其中當該峰值濾波器之一增益 等級被選定時，該峰值濟虫 值愿波器及其相應之補償器同時被 決定。