TWI778724B

TWI778724B - 等化第一輸入訊號以產生等化器輸出訊號的方法以及調平等化器

Info

Publication number: TWI778724B
Application number: TW110127361A
Authority: TW
Inventors: 張榮貴
Original assignee: 晶豪科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2022-09-21
Also published as: TW202306309A

Abstract

一種調平等化器包含有一圖形等化器電路、一第一乘法電路、一第二乘法電路、一加法電路以及一增益控制電路。圖形等化器電路處理一第一輸入訊號並且輸出一第一輸出訊號以及一第二輸出訊號。第一乘法電路將第一輸出訊號與一可調整增益值以及一固定增益值之其中一個相乘，以產生一第一調整輸出訊號。第二乘法電路將第二輸出訊號與可調整增益值以及固定增益值之另一個相乘，以產生一第二調整輸出訊號。加法電路將第一調整輸出訊號與第二調整輸出訊號結合，以產生一等化器輸出訊號。增益控制電路根據等化器輸出訊號來動態地調整可調整增益值。

Description

等化第一輸入訊號以產生等化器輸出訊號的方法以及調平等化器

本發明係有關於等化器設計，尤指一種用來動態地調整一可調整增益值以等化一輸入訊號，以產生一等化器輸出訊號的方法以及相關的調平等化器(leveling equalizer)。

隨著播放裝置(例如揚聲器或耳機)的音量逐漸地減小，人類的聽覺對於低頻帶(例如1千赫茲(kHz)以下)或高頻帶(例如7千赫茲以上)之敏感度會越來越低，因此，當使用者在深夜時透過播放裝置以低音量聆聽音樂時，使用者將無法清楚地區分低頻以及高頻的聲音成分，其降低了聆聽品質。為了允許使用者在可以感受到平坦頻率響應的情況下來聆聽各種音量級別的音樂，極需一種優化的調平等化器，其可以根據在低頻帶或高頻帶的音量來調整增益，並且具有平坦頻率響應。

因此，本發明的目的之一在於提供一種動態地調整一可調整增益值來等化一輸入訊號以產生一等化器輸出訊號的方法以及相關的調平等化器，以解決上述問題。

根據本發明之一實施例，揭露了一種調平等化器。該調平等化器可包含有一圖形等化器電路、一第一乘法電路、一第二乘法電路、一加法電路、以及一增益控制電路。圖形等化器電路可用以處理一第一輸入訊號並且輸出一第一輸出訊號以及一第二輸出訊號，第一乘法電路可耦接於圖形等化器電路，並且可用以將該第一輸出訊號與一可調整增益值以及一固定增益值之其中一個相乘，以產生一第一調整輸出訊號，第二乘法電路可耦接於圖形等化器電路，並且可用以將該第二輸出訊號與該可調整增益值以及該固定增益值之另一個相乘，以產生一第二調整輸出訊號，加法電路可耦接於該第一乘法電路以及該第二乘法電路，並且可用以將該第一調整輸出訊號與該第二調整輸出訊號結合，以產生一等化器輸出訊號，增益控制電路可耦接於該第一乘法電路以及該第二乘法電路之其中一個以及該加法電路，並且可用以根據該等化器輸出訊號來動態地調整該可調整增益值。

根據本發明之一實施例，揭露了一種用來動態地調整一可調整增益值以等化一第一輸入訊號，以產生一等化器輸出訊號的方法。該方法可包含有：對該第一輸入訊號進行圖形等化，以產生並且輸出一第一輸出訊號以及一第二輸出訊號；將該第一輸出訊號與一可調整增益值以及一固定增益值之其中一個相乘，以產生一第一調整輸出訊號；將該第二輸出訊號與該可調整增益值以及該固定增益值之另一個相乘，以產生一第二調整輸出訊號；將該第一調整輸出訊號與該第二調整輸出訊號結合，以產生該等化器輸出訊號；以及根據該等化器輸出訊號來動態地調整該可調整增益值。

隨著播放裝置(例如揚聲器或耳機)的音量逐漸地減小，人類的聽覺對於1千赫茲以下或7千赫茲以上的頻帶之敏感度會越來越低，然而，本發明的調平等化器可用以補償兩端(亦即1千赫茲以下或7千赫茲以上的頻帶)的聽覺特性，以改善上述問題，因此，即使人耳接收到的音量很小，藉由本發明的調平均衡器，人耳也能聽到平坦之頻率響應並且清晰地聽到低頻以及高頻的聲音成分。

100:調平等化器

10,200:圖形等化器電路

12,14:乘法電路

16,24:加法電路

18,300:增益控制電路

AG:可調整增益值

FG:固定增益值

A_IN:第一輸入訊號

A_OUT_1:第一輸出訊號

A_OUT_2:第二輸出訊號

AD_OUT_1:第一調整輸出訊號

AD_OUT_2:第二調整輸出訊號

EQ_OUT:等化器輸出訊號

20,22:濾波器

26:減法電路

28:衰減器電路

AD_IN:第二輸入訊號

F_OUT_1:第一濾波訊號

F_OUT_2:第二濾波訊號

30:能量偵測電路

32:可調整增益值產生器

34:絕對值電路

36:阿爾發濾波器

AV:絕對值

PE:峰值能量

TH:門檻值

RTH:參考門檻值

AR:攻擊率設置

RR:釋放率設置

S60~S76:步驟

第1圖為依據本發明一實施例之調平等化器的示意圖。

第2圖為依據本發明一實施例之圖形等化器電路的示意圖。

第3圖為依據本發明一實施例之增益控制電路的示意圖。

第4圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之調平等化器之不同增益值設置在不同可調整增益值下的示意圖。

第5圖為依據本發明一實施例之一種用來動態地調整可調整增益值以等化輸入訊號的方法的流程圖。

第1圖為依據本發明一實施例之調平等化器100的示意圖。調平等化器100可包含有一圖形等化器電路10、複數個乘法電路12以及14、一加法電路16以及一增益控制電路18，圖形等化器電路10可用以使用圖形等化的方式來處理一第一輸入訊號A_IN，以將第一輸入訊號A_IN的頻帶分為2個頻帶(亦即一個高頻帶以及一個低頻帶)來提供各自的頻率響應補償，並且輸出一第一輸出訊號A_OUT_1以及一第二輸出訊號A_OUT_2，其中第一輸出訊號A_OUT_1的頻帶以及第二輸出訊號A_OUT_2的頻帶分別為低頻帶以及高頻帶。

乘法電路12可耦接於圖形等化器電路10，並且可用以將第一輸出訊號A_OUT_1與一可調整增益值AG以及一固定增益值FG的其中一個相乘，以產生一第一調整輸出訊號AD_OUT_1。乘法電路14可耦接於圖形等化器電路10，並且可用以將第二輸出訊號A_OUT_2與可調整增益值AG以及固定增益值FG的另一個相乘，以產生一第二調整輸出訊號AD_OUT_2，舉例來說，固定增益值係為1(亦即如果第二輸出訊號A_OUT_2與固定增益值相乘的話，第二調整輸出訊號AD_OUT_2的增益值保持不變)，在本實施例中，調平等化器100具有應用於乘法電路12的可調整增益值AG以及應用於乘法電路14的固定增益值FG，由於固定增益值FG，第二輸出訊號A_OUT_2的增益值係等於第二調整輸出訊號AD_OUT_2的增益值，另一方面，由於可調整增益值AG，第一輸出訊號A_OUT_1的增益值與第一調整輸出訊號AD_OUT_1的增益值則不一定相同。

加法電路16可耦接於乘法電路12以及乘法電路14，並且可用以將第一調整輸出訊號AD_OUT_1與第二調整輸出訊號AD_OUT_2結合，以產生一等化器輸出訊號EQ_OUT(亦即EQ_OUT=AD_OUT_1+AD_OUT_2)。增益控制電路18可耦接於乘法電路12與乘法電路14的其中一個以及加法電路16，並且可用以根據等化器輸出訊號EQ_OUT來動態地調整可調整增益值AG，在本實施例中，調平等化器100具有耦接於加法電路16以及乘法電路12的增益控制電路18。

為簡潔起見，以下假設第一輸出訊號A_OUT_1與可調整增益值AG相乘、第二輸出訊號A_OUT_2與固定增益值FG相乘以及增益控制電路18耦接於加法電路16以及乘法電路12，然而，此僅作為範例說明之用，本發明並不以此為限，在某些實施例中，調平等化器100可被調整成具有與固定增益值FG相乘的第一輸出訊號A_OUT_1、與可調整增益值AG相乘的第二輸出訊號A_OUT_2以及耦接於加法電路16以及乘法電路14的增益控制電路18，其中第一輸出訊號A_OUT_1的頻帶以及第二輸出訊號A_OUT_2的頻帶分別為低頻帶以及高頻帶。

第2圖為依據本發明一實施例之圖形等化器電路200的示意圖。第1圖所示之調平等化器100中的圖形等化器電路10可利用第2圖所示之圖形等化器電路200來實現，如第2圖所示，圖形等化器電路200可包含有複數個濾波器20以及22、一加法電路24、一減法電路26以及一衰減器電路28(為簡潔起見，標記為“Att”)，濾波器20可用以根據自第一輸入訊號A_IN取得的一第二輸入訊號AD_IN來產生一第一濾波訊號F_OUT_1，濾波器22可用以根據第二輸入訊號AD_IN來產生一第二濾波訊號F_OUT_2，加法電路24可耦接於濾波器20以及濾波器22，並且用以將第一濾波訊號F_OUT_1與第二濾波訊號F_OUT_2結合，其中第一輸出訊號A_OUT_1自加法電路24的一輸出所取得，以及第一輸出訊號A_OUT_1係為一低通濾波訊號。減法電路26可耦接於濾波器20以及濾波器22，並且用以自第一濾波訊號F_OUT_1減去第二濾波訊號F_OUT_2，其中第二輸出訊號A_OUT_2自減法電路26的一輸出所取得，以及第二輸出訊號A_OUT_2係為一高通濾波訊號。衰減器電路28可耦接於濾波器20以及濾波器22，並且可用以衰減第一輸入訊號A_IN(例如將第一輸入訊號A_IN衰減一半)，以產生第二輸入訊號AD_IN(亦即AD_IN=(1/2)* A_IN)。

在本實施例中，濾波器20以及濾波器22可以為全通濾波器(all pass filter)、林克維茲濾波器(linkwitz filter)或者其它可以進行分頻的濾波器，此外，第一輸入訊號A_IN被劃分為一低通濾波訊號(亦即第一輸出訊號A_OUT_1)以及一高通濾波訊號(亦即第二輸出訊號A_OUT_2)，舉例來說，低通濾波訊號係藉由加法電路24來將第一濾波訊號F_OUT_1與第二濾波訊號F_OUT_2結合，並且藉由衰減器電路28除以2來取得(亦即

)，而高通濾波訊號係藉由減法電路26來從第一濾波訊號F_OUT_1減去第二濾波訊號F_OUT_2，並且藉由衰減器電路28除以2來取得(亦即

)，但是本發明不以此為限，舉例來說，在某些實施例中，衰減器電路28可以被兩個分別耦接於加法電路24以及減法電路26之後的衰減器電路來代替，其中第二輸入訊號AD_IN與第一輸入訊號A_IN相同，以及修改後的圖形等化器電路(其在加法電路24以及減法電路26之後耦接兩個衰減器電路)所產生的等化結果(A_OUT_1以及A_OUT_2)與原始圖形等化器電路200(其在濾波器20以及濾波器22之前耦接單一衰減器電路28)所產生的等化結果大致上相同。這些替代設計均落入本發明的涵蓋範圍。

第3圖為依據本發明一實施例之增益控制電路300的示意圖。第1圖所示之調平等化器100中的增益控制電路18可利用第3圖所示之增益控制電路300來實現，如第3圖所示，增益控制電路300可包含有一能量偵測電路30以及一可調整增益值產生器32，能量偵測電路30可用以測量等化器輸出訊號EQ_OUT的一峰值能量PE，可調整增益值產生器32可耦接於能量偵測電路30，並且可用以根據等化器輸出訊號EQ_OUT的峰值能量PE來動態地調整可調整增益值AG。在本實施例中，能量偵測電路30可包含有一絕對值電路34以及一阿爾發濾波器(alpha filter)36，絕對值電路34可用以藉由對等化器輸出訊號EQ_OUT進行絕對值計算來產生等化器輸出訊號EQ_OUT的一絕對值AV，阿爾發濾波器36可耦接於絕對值電路34以及可調整增益值產生器32，並且可用以根據絕對值計算結果(亦即絕對值AV)來產生峰值能量PE，並且將峰值能量PE傳送至可調整增益值產生器 32，舉例來說，阿爾發濾波器36可以為一二階阿爾發濾波器，並且二階阿爾發濾波器的係數為2的次方(亦即

、

、

、...等等)，但是本發明不限於此。

對於藉由斜率調整來直接地控制可調整增益值AG以根據等化器輸出訊號EQ_OUT的峰值能量PE來動態地調整可調整增益值AG，在可調整增益值產生器32中採用了一攻擊(attack)控制以及一釋放(release)控制，其中當峰值能量PE小於一門檻值(threshold value)TH時，釋放控制可用以釋放等化器輸出訊號EQ_OUT，而當峰值能量PE不小於門檻值TH時，攻擊控制可用以壓抑(suppress)等化器輸出訊號EQ_OUT。因此，可調整增益值產生器32另可用以接收一參考門檻值RTH、一攻擊率設置AR以及一釋放率設置RR，其中可調整增益值產生器32內部使用的門檻值TH係藉由將參考門檻值RTH以及一預定係數相乘來取得(例如TH=RTH * 0.635，其中0.635係為預定係數)，並且攻擊率設置AR可大於釋放率設置RR。在從阿爾發濾波器36接收峰值能量PE之後，可調整增益值產生器32可將峰值能量PE與門檻值TH進行比較，如果峰值能量PE小於門檻值TH(亦即在釋放控制範圍內)，則可調整增益值產生器32可根據釋放率設置RR所指定的斜率調整來控制可調整增益值AG；以及如果峰值能量PE不小於門檻值TH(亦即在攻擊控制範圍內)，則可調整增益值產生器32可根據攻擊率設置AR所指定的斜率調整來控制可調整增益值AG。

應注意的是，增益控制電路300僅作為在調平等化器100中之增益控制電路18的一實現範例，實際上，任何能夠根據等化器輸出訊號EQ_OUT來動態地調整可調整增益值AG的電路架構均可被增益控制電路18所採用，這些替代設計均落入本發明的涵蓋範圍。

第4圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之調平等化器100之不同增益值設置在不同可調整增益值AG下的示意圖。假設第1圖所示之調平等化器100中的圖形等化器電路10係利用第2圖所示之圖形等化器電路200來實現，濾波器20以及濾波器22分別配置為一階全通濾波器以及二階全通濾波器，此外，第一輸出訊號A_OUT_1(例如低通濾波訊號)係與可調整增益值AG相乘(亦即藉由可調整增益值AG來動態地調整第一輸出訊號A_OUT_1的增益值)，以及第二輸出訊號A_OUT_2(例如高通濾波訊號)係與固定增益值FG相乘(亦即第二輸出訊號A_OUT_2的增益值被固定為1)。

如第4圖所示，藉由斜率調整來直接地控制可調整增益值AG以取得64條頻率響應曲線，頻率響應曲線的數量可以根據精準度來決定，在本實施例中，64條頻率響應曲線僅作為範例說明之用，本發明並不以此為限。本發明的增益控制範圍基本上無限制，也就是說，第一輸出訊號A_OUT_1之增益值的增益控制範圍不會被複數個濾波器20以及22的選擇所限制。

在本實施例中，第4圖中的所有響應曲線均為平滑，其在使用調平等化器100時有著較少的訊號變化以及較少的功率變化，此外，本發明的調平等化器100所涵蓋的頻率範圍很廣(頻率範圍大約從0赫茲(hertz,Hz)至8000赫茲)，當播放裝置(例如揚聲器或耳機)的音量逐漸地減小時，人類的聽覺對於1千赫茲以下或7千赫茲以上的頻帶之敏感度會越來越低，此時可以利用本發明的調平等化器100來補償兩端(亦即1千赫茲以下或7千赫茲以上的頻帶)的聽覺特性，因此，即使人耳接收到的音量很小，藉由本發明的調平均衡器100，人耳也能聽到平坦之頻率響應並且清晰地聽到低頻以及高頻的聲音成分，然而，當第一輸入訊號A_IN係為調平等化器100的一帶外訊號(out-of-band signal)時(例如第一輸入訊號A_IN的頻率係為9000赫茲)，則等化器輸出訊號EQ_OUT與第一輸入訊號A_IN相同(亦即本發明的調平均衡器100不會動態地調整可調整增益值AG以等化第一輸入訊號A_IN)。

第5圖為依據本發明一實施例之一種用來動態地調整可調整增益值AG以等化輸入訊號的方法的流程圖。假若可以得到相同的結果，則步驟不一定要完全遵照第5圖所示的流程來依序執行，舉例來說，第5圖所示之方法可由第1圖所示之調平等化器100來加以實現。

在步驟S60中，第一輸入訊號A_IN被衰減以產生第二輸入訊號AD_IN。

在步驟S62中，根據第二輸入訊號AD_IN來產生第一濾波訊號F_OUT_1。

在步驟S64中，根據第二輸入訊號AD_IN來產生第二濾波訊號F_OUT_2。

在步驟S66中，將第一濾波訊號F_OUT_1與第二濾波訊號F_OUT_2結合以取得第一輸出訊號A_OUT_1。

在步驟S68中，自第一濾波訊號F_OUT_1減去第二濾波訊號F_OUT_2來取得第二輸出訊號A_OUT_2。

在步驟S70中，將第一輸出訊號A_OUT_1與可調整增益值AG以及固定增益值FG的其中一個相乘，以產生第一調整輸出訊號AD_OUT_1。

在步驟S72中，將第二輸出訊號A_OUT_2與可調整增益值AG以及固定增益值FG的另一個相乘，以產生第二調整輸出訊號AD_OUT_2。

在步驟S74中，將第一調整輸出訊號AD_OUT_1與第二調整輸出訊號AD_OUT_2結合以產生等化器輸出訊號EQ_OUT。

在步驟S76中，根據等化器輸出訊號EQ_OUT來動態地調整可調整增益值AG。

由於熟習技藝者可透過有關第1圖所示之調平等化器100的說明書內容而輕易瞭解第5圖所示各步驟的操作，為了簡明起見，於本實施例中類似的內容在此不重複贅述。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。