專利名稱：自動音頻系統(tǒng)均衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于音頻系統(tǒng)的均衡系統(tǒng)，并更具體而言，涉及用于音頻系統(tǒng)的自動均衡系統(tǒng)。
本發(fā)明的重要目的是提供用于音頻系統(tǒng)的改進的均衡系統(tǒng)。
發(fā)明簡述依照本發(fā)明，音頻系統(tǒng)包括音頻信號源；被耦合于該源的信號處理電路，用于處理音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于處理音頻信號而輻射聲波；麥克風(fēng)單元，用于接收聲波并用于將聲波轉(zhuǎn)換為電信號；聲響測量電路，用于接收所轉(zhuǎn)換的聲波并提供頻率響應(yīng)信號；存儲器，被耦合于聲響測量電路，用于存儲揚聲器單元的揚聲器信號特征并進一步用于存儲頻率響應(yīng)信號；以及均衡確定電路，被耦合于存儲器，用于響應(yīng)于所存儲的揚聲器和頻率響應(yīng)信號而提供均衡圖形信號。
在本發(fā)明的另一方面中，音頻系統(tǒng)包括音頻信號源；被耦合于該源的信號處理電路，用于處理音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于處理音頻信號而輻射聲波；包括麥克風(fēng)的聲響測量電路，用于接收聲波并測量多個位置處的頻率響應(yīng)；存儲器，被耦合于聲響測量電路，用于存儲所述多個位置處的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)信號表示；以及均衡電路，響應(yīng)于所存儲的頻率響應(yīng)信號以提供涉及房間聲響特性的均衡。
在本發(fā)明的另一方面中，音頻系統(tǒng)包括音頻信號源；被耦合于該源的信號處理電路，用于處理音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于處理音頻信號而輻射聲波。用于音頻系統(tǒng)的均衡系統(tǒng)包括聲響測量電路，包括麥克風(fēng)，用于接收并轉(zhuǎn)換聲波并用于提供表示多個位置處的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)信號；存儲器，被耦合于聲響測量電路，用于存儲頻率響應(yīng)信號；以及均衡電路，響應(yīng)于所存儲的頻率響應(yīng)信號以提供涉及房間聲響特性的均衡。
在本發(fā)明的另一方面中，音頻系統(tǒng)包括用于存儲被數(shù)字地編碼的信息信號的存儲介質(zhì)；被耦合于存儲介質(zhì)以產(chǎn)生音頻信號的信號處理電路；多個揚聲器單元，被耦合于信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于處理音頻信號而輻射聲波；麥克風(fēng)單元，用于接收聲波并用于將聲波轉(zhuǎn)換為電信號；以及被電耦合于存儲介質(zhì)和麥克風(fēng)的微處理器，用于響應(yīng)于電信號而發(fā)展均衡圖形。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在具有第一麥克風(fēng)和揚聲器單元的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法包括通過音頻系統(tǒng)測試麥克風(fēng)以確定麥克風(fēng)是否在一個頻率范圍上運行；以及在麥克風(fēng)在該頻率范圍上沒運行的情況下，產(chǎn)生給用戶的消息。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在操作于具有環(huán)境噪聲水平的收聽區(qū)域內(nèi)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法包括以一個振幅將聲音輻射到收聽區(qū)域中；通過音頻系統(tǒng)測量收聽區(qū)域中的信噪比；以及在信噪比低于閾值比的情況下，增加信噪比。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在具有揚聲器裝置和麥克風(fēng)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法包括通過揚聲器裝置輻射聲波；通過麥克風(fēng)接收聲波；測量所接收聲波的振幅以確定振幅是否在振幅的預(yù)定范圍內(nèi)；以及在振幅不在振幅的預(yù)定范圍內(nèi)的情況下，改變振幅以使振幅在預(yù)定范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在操作于收聽空間內(nèi)、具有揚聲器裝置和麥克風(fēng)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法包括將麥克風(fēng)置于第一位置的第一定位；通過揚聲器裝置對聲波的第一輻射；通過麥克風(fēng)對聲波的第一接收；響應(yīng)于該接收，對音頻系統(tǒng)第一頻率響應(yīng)的第一測量；將麥克風(fēng)置于第二位置的第二定位；通過揚聲器裝置對聲波的第二輻射；通過麥克風(fēng)對聲波的第二接收；響應(yīng)于該接收，對音頻系統(tǒng)第二頻率響應(yīng)的第二測量；比較第一頻率響應(yīng)和第二頻率響應(yīng)以確定第一頻率響應(yīng)和第二頻率響應(yīng)之間的差；以及在所述差小于預(yù)定量的情況下，產(chǎn)生一消息。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在具有揚聲器裝置的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法包括在存儲器中存儲揚聲器裝置的操作極限；產(chǎn)生均衡圖形；比較均衡圖形與操作特征以確定均衡圖形的執(zhí)行是否能導(dǎo)致超過極限；以及在所述執(zhí)行將導(dǎo)致超過極限的情況下，修改均衡圖形。
在本發(fā)明的另一方面中，產(chǎn)生用于音頻系統(tǒng)的均衡圖形的自動化方法包括由音頻系統(tǒng)的用戶執(zhí)行的初始化步驟；通過音頻系統(tǒng)對初始化步驟的響應(yīng)，其中響應(yīng)步驟從預(yù)定的多個響應(yīng)中被選擇；以及通過音頻系統(tǒng)產(chǎn)生給用戶的消息，該消息指導(dǎo)用戶進行動作。
在本發(fā)明的仍另一個方面中，用于從音頻系統(tǒng)產(chǎn)生均衡圖形的方法包括通過用戶來指示用戶處于想要的收聽位置；通過音頻系統(tǒng)選擇接下來的步驟，其中接下來的步驟從多個可能的接下來的步驟中被選擇；以及通過音頻系統(tǒng)產(chǎn)生給用戶的消息，該消息包括待由用戶采取的接下來的步驟。
當(dāng)與附圖一起閱讀時，從以下詳述來看，其它特點、目的和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中，附圖簡述

圖1為依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的方塊圖；圖2為與本發(fā)明一起使用的頭戴送話器(headphone)的圖；圖3為與本發(fā)明一起使用的存儲器的圖；圖4為依照本發(fā)明生成均衡圖形的方法的流程圖；以及圖5為本發(fā)明另一實施的方塊圖。
優(yōu)選實施例詳述現(xiàn)在參照附圖并更具體而言參照圖1，所示為依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的方塊圖。音頻信號源10被耦合于音頻信號處理電路12，其可包含交叉(crossover)電路24。音頻信號處理電路被又耦合于揚聲器單元14-1-14-6。每個所述揚聲器單元14-1-14-6都包括一個或多個聲響驅(qū)動器單元，其將電信號(以模擬或數(shù)字形式被編碼)轉(zhuǎn)換為聲波。麥克風(fēng)裝置16被耦合于聲響測量電路19，其被依次耦合于均衡計算電路18和存儲器20。均衡計算電路18可包括微處理器26，并可被耦合于音頻信號處理電路12和信號源10。均衡計算電路亦可被耦合于存儲器20并可被耦合于任選遠程裝置22。
音頻信號源10可以是任何的各種模擬信號源如收音機，或者優(yōu)選為被數(shù)字地編碼的音頻信號的源如CD播放機、DVD或音頻DVD播放機，或者被數(shù)字地編碼的音頻信號的其它源如“網(wǎng)上收音機”傳輸或被存儲于存儲介質(zhì)如cd、隨機存取存儲器、計算機硬盤或其它的數(shù)字形式的音頻信號。音頻信號處理電路12可包括常規(guī)的音頻信號處理元件(其可包括數(shù)字和模擬部件以及數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器、放大器及其它)以處理被編碼的音頻信號，該信號然后由揚聲器單元14-1-14-6轉(zhuǎn)換為聲波。音頻信號處理電路12亦可包括將音頻信號解碼為多通道的電路并亦可包括電路元件如低等待時間無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)，其可通過實施由均衡計算電路18發(fā)展的均衡圖形來修改音頻系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。音頻信號處理電路12可進一步包括交叉電路24以使揚聲器單元之一可以是亞低音揚聲器單元，而其它揚聲器單元可以是高頻揚聲器單元?？蛇x地，揚聲器單元14-1-14-6可以是沒有交叉電路的全范圍揚聲器單元，或者可包括低頻和高頻聲響驅(qū)動器兩者，在此情況下，交叉電路可在揚聲器單元14-1-14-6中。在又一個可選中，音頻信號處理電路12和揚聲器單元14-1-14-6均可包括具有多于一個交叉頻率的交叉電路。為便于說明，本發(fā)明以亞低音揚聲器單元、多個高頻揚聲器單元以及具有單個交叉頻率的音頻處理電路12中的交叉電路被描述。揚聲器單元14-1-14-6可包括一個或多個聲響驅(qū)動器并亦可包括其它聲響元件如端口、波導(dǎo)、聲扭(acoustic mass)、無源輻射器、聲阻和其它聲響元件。麥克風(fēng)裝置16可以是適合于被安裝于頭帶或其它身體安裝裝置的常規(guī)麥克風(fēng)，如將在以下所述的。聲響測量電路可包含用于接收來自麥克風(fēng)16的輸入并從麥克風(fēng)輸入來測量頻率響應(yīng)的元件。均衡計算電路18可包括微處理器和其它數(shù)字信號處理元件以接收來自麥克風(fēng)裝置16的數(shù)字化信號并發(fā)展頻率響應(yīng)，如以后將描述的比較該頻率響應(yīng)與所需的頻率響應(yīng)和其它信息，并發(fā)展均衡圖形，其與由麥克風(fēng)裝置16檢測的頻率響應(yīng)組合而使揚聲器單元14-1-14-6輻射所需的頻率響應(yīng)。均衡圖形可由在微處理器26中運行的軟件程序來計算。軟件程序可被存儲于存儲器20，可從被實施為CD播放機的數(shù)字音頻信號源20上播放的CD來加載，或者可從遠程裝置22發(fā)射，該遠程裝置可以是互聯(lián)網(wǎng)鏈路、計算機、遠程數(shù)字存儲裝置、另一音頻裝置。可選地，任選遠程裝置22可以是運行軟件程序并傳輸信息給均衡計算電路18的計算機。存儲器20可以是常規(guī)的隨機存取存儲器。圖1的音頻系統(tǒng)可以是包括視頻裝置如電視或投影機和屏幕的家庭影院的部件。
在一個操作方法中，測試音頻信號可在音頻信號源10上播放；可選地，信號源可基于存儲器20中所存的信息。音頻信號處理電路12和揚聲器單元14-1-14-6將測試音頻信號轉(zhuǎn)換為聲波，其被輻射到揚聲器單元14-1-14-6被置于其圍繞的房間內(nèi)，特征在于由房間與揚聲器單元的相互作用產(chǎn)生的頻率響應(yīng)。聲波由麥克風(fēng)裝置16接收并被轉(zhuǎn)換為耦合于聲響測量電路19的電信號。聲響測量電路19測量頻率響應(yīng)，并將表示頻率響應(yīng)的信號存儲于存儲器20中。均衡計算電路18提供實現(xiàn)所需頻率響應(yīng)的適當(dāng)均衡圖形信號，并將均衡圖形信號存儲于存儲器20中。之后，當(dāng)音頻信號處理電路12接收來自音頻信號源10的音頻信號時，均衡圖形信號被傳輸?shù)揭纛l信號處理電路12中，該音頻信號處理電路依照均衡圖形提供音頻信號，該音頻信號被傳輸給揚聲器單元14-1-14-6以便于轉(zhuǎn)換為聲波。在一些實施例中，音頻信號處理電路12可包含一些元件如數(shù)字信號處理芯片，和均衡計算電路18和聲響測量電路19一樣。在另一個實施例中，音頻信號處理電路12、聲響測量電路12、聲響測量電路19和均衡計算電路18的部分可位于所謂的“頭部單元”(即，包含信號源的裝置，如調(diào)諧器或CD播放機，或者至外部信號源的連接，或兩者)中，并且控制如源選擇和音量被置于其上，而其它部分可位于揚聲器單元14-1-14-6之一如亞低音單元上，或者分布于揚聲器單元14-1-14-6中。這種實施可使得頭部單元便于與各種揚聲器系統(tǒng)一起使用，而為揚聲器系統(tǒng)所特有的音頻信號處理電路12和均衡計算電路18的部分位于揚聲器單元之一。
另外，圖1的音頻系統(tǒng)可被擴展以容納類似于揚聲器單元14-1-14-6的第二組揚聲器單元(未示出)，其被置于另一收聽空間，如另一個房間。在以上段落中所述的操作然后可在第二收聽空間中被進行。
除了上述操作方法，亦可采用其它操作方法。在一個操作方法中，測試信號不同時從所有揚聲器單元輻射，而是偶爾從一個揚聲器單元或從所選揚聲器單元組輻射以使能每個揚聲器單元或所選揚聲器單元組的單獨均衡。
在另一個可選操作方法中，均衡圖形以描述數(shù)字濾波的數(shù)據(jù)的形式被存儲，當(dāng)被應(yīng)用于音頻信號時，其產(chǎn)生所需的頻率響應(yīng)。該數(shù)據(jù)可以是濾波奇點(singularity)或濾波系數(shù)的形式。
現(xiàn)在參考圖2，所示為麥克風(fēng)16的安裝安排。頭帶28裝在用戶的頭上并可適合于支持用戶耳朵31附近的耳機30。麥克風(fēng)16可被安裝于耳機30上。類似的麥克風(fēng)可被安裝于被置于用戶的另一個耳機附近的第二耳機(未示出)上。麥克風(fēng)16可通過電導(dǎo)線32被連接于終端34。終端34插入插孔36，其可以是雙向插孔。雙向插孔36被又耦合于均衡計算電路18和聲響測量電路19，在該視圖中未示出。在其它實施中，常規(guī)頭戴受話器(headset)可被包括在耳機30中，因此除了從麥克風(fēng)聲響測量電路19傳輸信號外，終端34和電導(dǎo)線32亦可將音頻信號以一般形式從音頻信號處理電路12傳輸?shù)蕉鷻C30。在其它實施中，麥克風(fēng)組件可被實施為安裝在頭帶的一些其它部分上或者用戶身體上或架子(stand)上的一個或多個麥克風(fēng)。插孔可適合于裝到輔助或特殊用途的插孔中并且可以是單路輸入插孔。
參考圖3，所示為存儲器20的示意性表示。存儲器20的第一部分20-1中所存可以是表示揚聲器單元14-1-14-6的特征的數(shù)據(jù)信號。該數(shù)據(jù)信號可包括揚聲器單元在其主操作波帶中的額定靈敏度、揚聲器單元的帶寬和揚聲器單元的偏移極限及其它信息。存儲器20的第二部分20-2中所存可以是表示交叉電路24的特征的數(shù)據(jù)信號。該數(shù)據(jù)信號可包括截止頻率和額定下降(fall off)要求。存儲器的其它部分20-6到20-n中所存可以是來自不同收聽位置的數(shù)據(jù)信號，其原因?qū)⒃谝韵抡f明。存儲器20的其它部分20-3、20-4和20-5中所存可分別為均衡圖形信號1、均衡圖形信號2和均衡圖形信號3。均衡圖形信號1、均衡圖形信號2和均衡圖形信號3可表示不同的均衡圖形。這幾個均衡圖形可以是使用不同所需目標(biāo)頻率響應(yīng)而計算的均衡圖形。這幾個均衡圖形亦可表示不同的模式，例如“聚會模式”，在其中均衡圖形被配置以在整個收聽區(qū)域內(nèi)提供令人愉悅的頻率響應(yīng)，或者“最有效點”模式，在其中均衡圖形為特定的收聽位置而被最優(yōu)化。如以上在圖2的討論中所述，均衡圖形信號以描述數(shù)字濾波的數(shù)據(jù)信號的形式被存儲，當(dāng)被應(yīng)用于音頻信號時，其產(chǎn)生所需的頻率響應(yīng)。該數(shù)據(jù)信號可以是濾波奇點或濾波系數(shù)的形式。
存儲器的第一部分20-1中表示揚聲器單元的數(shù)據(jù)信號可由均衡計算電路18訪問。該數(shù)據(jù)信號對均衡計算電路18有用時的實例是當(dāng)所計算的均衡圖形可能被損壞聲響驅(qū)動單元或?qū)е率д婊蚣舨枚鴵p害聲響驅(qū)動單元的性能時。不是損害聲響驅(qū)動單元的性能，均衡圖形可被修改以使頻率響應(yīng)優(yōu)于未均衡的頻率響應(yīng)，但無需過度驅(qū)動聲響驅(qū)動單元。另外，揚聲器單元數(shù)據(jù)在評估測量的完整性中可能是有用的。如果頻率響應(yīng)的一部分低于閾值，揚聲器單元可能不適當(dāng)?shù)毓ぷ?。存儲器的第二部?0-2中表示交叉特征的數(shù)據(jù)亦可由均衡計算電路18訪問。使用表示交叉電路特征的數(shù)據(jù)信號的實例可以是當(dāng)在交叉波帶中需要均衡校正時。在包括交叉頻率區(qū)的給定頻率區(qū)中的均衡圖形可被計算以使均衡校正在由交叉波帶的低通部驅(qū)動的聲響驅(qū)動器中或在由高通部驅(qū)動的聲響驅(qū)動器中，或者兩者的一些組合，這依賴于驅(qū)動器的限制。均衡圖形信號1、2和3可被存儲用于以后的檢索，例如當(dāng)用戶想要均衡至不同的目標(biāo)頻率響應(yīng)或希望使用如上所述的不同模式時。
參考圖4，所示為在音頻系統(tǒng)中依照本發(fā)明生成一個或多個均衡圖形的過程的方塊圖，在該音頻系統(tǒng)中，音頻信號源適合于轉(zhuǎn)換被存儲于CD、DVD、音頻DVD或一些其它形式的非易失性存儲器中的信號。在步驟42處，過程被初始化。初始化步驟可包括初始化被存儲于一些非易失性存儲器中的軟件程序，該存儲器可以是相同的CD、DVD、音頻DVD或被包括在音頻信號源10中的非易失性存儲器。在一個實施中，通過用戶將盤插入音頻信號源10來初始化所述過程。該盤在其上存儲了軟件程序，包括給用戶的言語指令、視頻指令或音頻和視頻指令的一些組合。在將盤插入音頻信號源10之后，軟件程序由微處理器26或遠程裝置22執(zhí)行。在步驟43處，軟件程序重新配置音頻系統(tǒng)，包括控制音頻參數(shù)如音量，以及禁止音調(diào)控制，并且任何時候變化的，非線性的，或依賴信號的信號處理。在步驟44處，軟件程序使指令傳達給用戶。可從聽覺上(例如通過由揚聲器單元的至少一個或頭戴送話器廣播言語指令)、從視覺上(例如通過在未示出的所附著視頻監(jiān)視器上顯示單詞或者靜態(tài)或動畫圖形)，或者通過言語和可視方式兩者(其可以是同步的)，將指令傳達給用戶。所述指令可包括用戶將被指令以執(zhí)行的步驟的概括，以及將終端34插入雙向插孔36或一些其它輸入插孔和將其上安裝麥克風(fēng)16a和16b的頭帶28放置到位的指令。該指令亦可包括給用戶的、表明用戶什么時候準(zhǔn)備好繼續(xù)的指導(dǎo)，如通過按壓頭帶28上或遠程控制單元上的按鈕，未示出。在步驟46處，均衡電路進行初始聲響測試，例如通過確定是否有過量的環(huán)境噪聲，并輻射測試信號和分析結(jié)果以確保兩個麥克風(fēng)在興趣頻帶上均運行并且麥克風(fēng)在靈敏度的容限內(nèi)匹配。
如果環(huán)境噪聲過量，用戶可被指令減少環(huán)境噪聲。如果麥克風(fēng)不起作用或在容限內(nèi)不匹配，過程可能終止。在步驟47處，然后用戶可被指令移至第一理想收聽位置并發(fā)出用戶準(zhǔn)備好繼續(xù)的提示。在步驟48處，第一收聽位置處的傳遞函數(shù)(即，頻率響應(yīng))由聲響測量電路19測量，并且該測量結(jié)果被檢驗有效性，如在適當(dāng)振幅范圍內(nèi)，環(huán)境噪聲低于預(yù)定極限，且讀數(shù)處于相干性的一個范圍內(nèi)，時間上的穩(wěn)定性以及可重復(fù)性(表明麥克風(fēng)在測量期間未過多移動)?？杀挥糜跍y試這些條件的一個測試為線性測試。信號被輻射并且響應(yīng)被測量。然后信號被再次輻射，按比例縮小一些量如-3dB，并且響應(yīng)被測量并按比例放大+3dB。然后將對第二信號的按比例放大的響應(yīng)與對第一信號的響應(yīng)進行比較。顯著的差可表明振幅不在可接受的范圍內(nèi)，環(huán)境噪聲高于可接受的極限，或者讀數(shù)不相干、在時間上不穩(wěn)定或不可重復(fù)。如果在對第一信號的按比例放大響應(yīng)和對第一信號的響應(yīng)之間有顯著的差，則在步驟49，言語或可視指令或者兩者可被廣播給用戶以指令用戶移至聲音在振幅范圍內(nèi)的位置或通過消除環(huán)境噪聲源來降低環(huán)境噪聲水平，或者在進行測量時較安靜地(still)握住麥克風(fēng)。然而，如果信噪比過低，則系統(tǒng)可增加音量以使音量處于音量的一個范圍內(nèi)，從而使信噪比足夠，而使干擾用戶或?qū)е滤椛湫盘柺д婊蚣舨玫目赡苄宰钚?。盡管有可能測量揚聲器組合輸出的頻率響應(yīng)，通常較為理想的是測量每個揚聲器單元(之后計算均衡圖形)而不是所組合揚聲器單元的頻率響應(yīng)。
盡管可基于來自單個位置的數(shù)據(jù)來計算均衡圖形，但從多于一個的位置采集數(shù)據(jù)通常給出較好的結(jié)果。在步驟52處，步驟48的測量和測試然后對第二位置進行重復(fù)，優(yōu)選地對每個揚聲器單元重復(fù)。在第二位置處，可進行附加的測試以確定第二位置是否過于接近先前的位置。確定一位置是否過于接近先前位置的一種方法是比較第二位置處的頻率響應(yīng)與先前位置處的頻率響應(yīng)。如果包括“接近測試”的任何測試表明為無效測量，則在步驟53，用戶可被指令移動或進行校正，如在步驟49中。步驟50、52和(如果有必要)步驟53然后可對更多的位置被重復(fù)。如果需要，可指定位置的固定數(shù)量(如五個)或位置的最小數(shù)量(如四個)或位置的最大數(shù)量(如八個)。如果測量尚未在最小數(shù)量的位置處進行，則用戶可被指令移至另一位置。如果測量已在最大數(shù)量的位置處被進行(或者如果測量已在最小數(shù)量的位置處被進行且用戶表示測量已在所有需要的位置處被進行)，則過程前進到步驟54。在步驟54處，所有位置的數(shù)據(jù)信號可由聲響測量電路19組合(通過一些方法如能量平均)并且從該數(shù)據(jù)信號發(fā)展均衡圖形。在步驟55處，均衡圖形被計算。在步驟56處，均衡圖形可與被存儲于存儲器20的揚聲器單元特征進行比較以確定未超過極限(如校正的dB)，并且均衡圖形可被修改以使得不超過極限。在步驟58處，實現(xiàn)均衡圖形的適當(dāng)濾波器被計算并且代表性的信號被存儲以便由音頻信號處理電路12使用。如先前所述，濾波器能以濾波系數(shù)或濾波奇點被存儲。
適合于實施圖4步驟的軟件程序被包括為輔助盤A，其包含可由處理器如可在商業(yè)上從Analog Devices Inc.獲得的ADSP-21065處理器來執(zhí)行的計算機指令。
依照本發(fā)明生成均衡圖形的過程是有利的，這是因為非專家、未培訓(xùn)的用戶可進行聲響測量并生成均衡圖形，而無需使用昂貴的測量和計算設(shè)備。另外，用戶可容易使用所述設(shè)備和方法來確定均衡圖形以便于改變，如移動揚聲器、改型、更換部件等。
現(xiàn)在參考圖5，所示為本發(fā)明的另一實施例，特別適合于用于商業(yè)安裝如飯店、零售店等的音頻系統(tǒng)。幾個元件類似于圖1的相同標(biāo)號的元件。音頻系統(tǒng)60包括音頻信號源10。音頻信號源被耦合于音頻信號處理電路12，其可包含交叉電路24。音頻信號處理電路12被又耦合于揚聲器單元14-1-14-n。每個所述揚聲器單元14-1-14-n都包括一個或多個聲響驅(qū)動器單元，其將電信號或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為聲波。便攜計算機裝置62包括被耦合于聲響測量電路19的麥克風(fēng)設(shè)備16。聲響測量電路19可被耦合于均衡計算電路18，其可被耦合于微處理器26。微處理器26被又耦合于存儲器20。音頻系統(tǒng)60和便攜計算機裝置62可被適配以使由均衡計算電路18確定的均衡圖形可被下載到音頻信號處理電路12，如虛線64所示。
麥克風(fēng)裝置16可以是適合于被附著于或安裝于便攜計算機裝置的常規(guī)麥克風(fēng)。聲響測量電路可包括用于測量頻率響應(yīng)的裝置。均衡計算電路18可包括微處理器和處理元件以如隨后將描述的比較所測頻率響應(yīng)與所需頻率響應(yīng)和其它信息，并發(fā)展均衡圖形，其與由麥克風(fēng)裝置16檢測的頻率響應(yīng)組合而使揚聲器單元14-1-14-6輻射所需的頻率響應(yīng)。在一個實施例中，均衡計算電路18被實施為在微處理器26上運行的軟件程序。軟件程序可被存儲于存儲器20，其可以是常規(guī)的隨機存取存儲器或一些其它形式的計算機存儲器如閃存或ROM。
在操作中，測試音頻信號可在音頻信號源10上播放。在一個實施中，測試音調(diào)被記錄于CD上，該CD具有有50％占空度的無聲、被散布以測試音調(diào)的脈沖串的連續(xù)音軌。在其它實施中，測試音調(diào)可被存儲于存儲器20中或便攜計算機裝置的一些其它部件中。音頻信號處理電路12和揚聲器單元14-1-14-6將測試音頻信號轉(zhuǎn)換為聲波，其被輻射到揚聲器單元14-1-1 4-6圍繞其放置的房間內(nèi)，特征在于由房間與揚聲器單元的相互作用產(chǎn)生的頻率響應(yīng)。麥克風(fēng)16被移至房間中適當(dāng)?shù)奈恢貌⒈挥|發(fā)。麥克風(fēng)16轉(zhuǎn)換測試音調(diào)的接下來的脈沖串，并且聲響測量電路19確定那個位置的頻率響應(yīng)。然后麥克風(fēng)16被移至第二位置，并且重復(fù)轉(zhuǎn)換和頻率響應(yīng)確定。在適當(dāng)數(shù)量的測量之后，被加載到便攜計算機裝置62中或駐留在其上的軟件程序從位置響應(yīng)確定平均房間響應(yīng)，并確定實現(xiàn)所需頻率響應(yīng)的適當(dāng)均衡圖形，并將均衡圖形信號存儲于存儲器20中。之后，均衡圖形信號從便攜計算機裝置62被下載到音頻信號處理電路12，該音頻信號處理電路依照均衡圖形提供音頻信號，該音頻信號被傳輸給揚聲器單元14-1-14-6以便于轉(zhuǎn)換為聲波。
在另一實施中，代替在每個位置觸發(fā)便攜計算機裝置62，繞房間移動便攜計算機裝置，并且為每個移動脈沖串確定頻率響應(yīng)。對應(yīng)于每個移動脈沖串的頻率響應(yīng)被連續(xù)平均以確定房間頻率響應(yīng)。
在又一個實施中，計算機裝置62在其上存儲對應(yīng)于不同收聽條件的多個不同可選均衡目標(biāo)。不同收聽條件可包括前景音樂對背景音樂；不同類型的音樂；嘈雜對安靜環(huán)境；不同的環(huán)境。然后，由均衡電路18確定的均衡圖形將為房間頻率響應(yīng)和所選均衡目標(biāo)的差。
在音頻系統(tǒng)由專業(yè)音頻系統(tǒng)設(shè)計師來設(shè)計和安裝以用于商業(yè)機構(gòu)如飯店、休息室、零售店、商場等的情況下，依照圖5實施例的音頻系統(tǒng)是特別有利的。在這些情況下，音頻系統(tǒng)不需要麥克風(fēng)或任何均衡計算電路。均衡計算電路和麥克風(fēng)裝置可被包括在可用于許多不同安裝的便攜計算機裝置62中。
顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進行對在此所公開的特定設(shè)備和技術(shù)的大量修改并偏離它們，而不背離發(fā)明概念。因此，本發(fā)明將被說明為包含由在此所公開的設(shè)備和技術(shù)所擁有或在其中呈現(xiàn)的每個和所有新特點以及特點的新組合，并且僅由隨后的權(quán)利要求的精神和范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種音頻系統(tǒng)，包括音頻信號源；被耦合于所述源的信號處理電路，用于處理所述音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于所述信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于所述處理音頻信號而輻射聲波；麥克風(fēng)單元，用于接收所述聲波并用于將所述聲波轉(zhuǎn)換為電信號；聲響測量電路，用于接收所述電信號并提供頻率響應(yīng)信號；存儲器，被耦合于所述聲響測量電路，用于存儲所述揚聲器單元的特征數(shù)據(jù)信號并進一步用于存儲所述頻率響應(yīng)信號；以及均衡計算電路，被耦合于所述存儲器，用于響應(yīng)于所述頻率響應(yīng)信號和所述多個揚聲器單元的所述特征數(shù)據(jù)信號而提供均衡圖形信號。
2.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述信號處理電路和所述均衡計算電路共享電路元件。
3.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元和所述聲響測量電路之間的耦合通路包括沒有無線部分的電導(dǎo)線。
4.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元和所述均衡計算電路之間的耦合通路包括雙向插孔。
5.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，進一步包括耦合所述信號處理電路和所述多個揚聲器單元的交叉電路，其中所述存儲器進一步用于存儲表示所述交叉電路的特征數(shù)據(jù)信號，并且其中所述均衡計算電路進一步用于響應(yīng)于表示所述交叉電路的所述特征數(shù)據(jù)信號而提供均衡圖形信號。
6.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元被構(gòu)建和安排以在可安裝于用戶身體上的裝置上安裝。
7.依照權(quán)利要求6的音頻系統(tǒng)，其中所述身體可安裝的裝置為頭帶。
8.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元包括多個麥克風(fēng)。
9.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路被構(gòu)建和安排以確定基本上關(guān)于頻率連續(xù)的均衡圖形。
10.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路包括運行軟件程序的微處理器。
11.依照權(quán)利要求10的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路包括到用于存儲所述軟件程序的遠程存儲器的鏈路。
12.依照權(quán)利要求10的音頻系統(tǒng)，其中所述微處理器在物理上遠離所述均衡計算電路。
13.依照權(quán)利要求10的音頻系統(tǒng)，其中所述軟件程序包括用于為所述用戶產(chǎn)生待由所述多個揚聲器單元的至少一個輻射的可聽見指令的代碼。
14.依照權(quán)利要求10的音頻系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)進一步包括視頻裝置，其中所述軟件程序包括用于為所述用戶產(chǎn)生待由所述視頻裝置顯示的可視指令的代碼。
15.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元適合于圍繞房間被移至多個位置，轉(zhuǎn)換在所述多個位置處接收的所述聲波以產(chǎn)生相應(yīng)的多組頻率響應(yīng)測量信號；其中所述存儲器進一步用于存儲所述多組頻率響應(yīng)測量信號；并且其中所述均衡計算電路進一步用于響應(yīng)于所述多組頻率響應(yīng)測量信號而提供均衡圖形信號。
16.依照權(quán)利要求15的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡圖形信號表示所述頻率響應(yīng)測量的能量平均。
17.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述音頻處理電路包括低等待時間濾波器。
18.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述多個揚聲器單元的至少一個包括多個聲響驅(qū)動器單元，并且其中所述存儲器進一步用于存儲表示所述聲響驅(qū)動器單元的特征數(shù)據(jù)信號。
19.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路被構(gòu)建和安排以控制所述音頻系統(tǒng)的操作參數(shù)。
20.依照權(quán)利要求19的音頻系統(tǒng)，其中所述操作參數(shù)包括音量設(shè)置和音調(diào)設(shè)置的至少一個。
21.依照權(quán)利要求19的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路被構(gòu)建和安排以使所述均衡計算電路具有對所述操作參數(shù)的專有控制并使得對所述操作參數(shù)的用戶可訪問的控制被禁止。
22.依照權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其中所述音頻系統(tǒng)被構(gòu)建和安排以將用于操作所述音頻系統(tǒng)的言語指令廣播給用戶。
23.一種音頻系統(tǒng)，包括音頻信號源；被耦合于所述源的信號處理電路，用于處理所述音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于所述信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于所述處理音頻信號而輻射聲波；包括麥克風(fēng)的聲響測量電路，用于接收所述聲波并提供表示多個位置處頻率響應(yīng)的信號；存儲器，被耦合于所述聲響測量電路，用于存儲表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的所述信號；以及均衡計算電路，響應(yīng)于表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的所述信號以提供均衡圖形。
24.依照權(quán)利要求23的音頻系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路被構(gòu)建和安排以單獨為每個所述揚聲器單元提供表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的所述信號。
25.依照權(quán)利要求23的音頻系統(tǒng)，其中所述存儲器進一步用于存儲表示所述揚聲器單元的特征數(shù)據(jù)信號；并且其中所述均衡計算電路進一步用于響應(yīng)于表示所述多個揚聲器單元的所述特征數(shù)據(jù)信號而提供所述均衡圖形信號。
26.依照權(quán)利要求23的音頻系統(tǒng)，其中所述信號處理電路和所述均衡計算電路共享電路元件。
27.依照權(quán)利要求23的音頻系統(tǒng)，進一步包括耦合所述信號處理電路和所述多個揚聲器單元的交叉電路，其中所述存儲器進一步用于存儲表示所述交叉電路的特征數(shù)據(jù)信號，并且其中所述均衡計算電路進一步用于響應(yīng)于表示所述交叉電路的所述特征數(shù)據(jù)信號而提供均衡圖形信號。
28.一種用于發(fā)展音頻系統(tǒng)的均衡圖形的均衡系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)包括音頻信號源；被耦合于所述源的信號處理電路，用于處理所述音頻信號以產(chǎn)生被處理的音頻信號；多個揚聲器單元，被耦合于所述信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于所述處理音頻信號而輻射聲波，所述均衡系統(tǒng)包括聲響測量電路，包括麥克風(fēng)，用于接收并轉(zhuǎn)換所述聲波并用于提供表示多個位置處頻率響應(yīng)的信號；存儲器，被耦合于所述聲響測量電路，用于存儲表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的所述信號；以及均衡計算電路，響應(yīng)于表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的所述信號以提供均衡圖形信號。
29.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述音頻系統(tǒng)包括耦合所述信號處理電路和所述多個揚聲器單元的交叉電路，并且其中所述存儲器進一步用于存儲表示所述交叉電路的特征數(shù)據(jù)信號，且其中所述均衡計算電路進一步用于響應(yīng)于表示所述交叉電路的特征數(shù)據(jù)的所述信號而提供均衡圖形信號。
30.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元被構(gòu)建和安排以在可安裝于用戶身體上的裝置上安裝。
31.依照權(quán)利要求30的均衡系統(tǒng)，其中所述裝置為頭帶。
32.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)單元包括多個麥克風(fēng)。
33.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路被構(gòu)建和安排以提供基本上關(guān)于頻率連續(xù)的均衡圖形信號。
34.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路包括運行軟件程序的微處理器。
35.依照權(quán)利要求34的均衡系統(tǒng)，其中所述均衡計算電路包括到用于存儲所述軟件程序的遠程存儲器的鏈路。
36.依照權(quán)利要求34的均衡系統(tǒng)，其中所述微處理器在物理上遠離所述均衡電路。
37.依照權(quán)利要求34的均衡系統(tǒng)，其中所述軟件程序包括用于為所述用戶產(chǎn)生待由所述多個揚聲器單元的至少一個輻射的可聽見指令的代碼。
38.依照權(quán)利要求28的均衡系統(tǒng)，其中所述均衡圖形信號表示所述多個位置處所述頻率響應(yīng)的能量平均。
39.一種音頻系統(tǒng)，包括用于存儲被數(shù)字地編碼的信息信號的存儲介質(zhì)；被耦合于所述存儲介質(zhì)以產(chǎn)生音頻信號的信號處理電路；多個揚聲器單元，被耦合于所述信號處理電路，被構(gòu)建并安排以圍繞房間布置，用于響應(yīng)于所述處理音頻信號而輻射聲波；麥克風(fēng)單元，用于接收所述聲波并將所述聲波轉(zhuǎn)換為電信號；以及被電耦合于所述存儲介質(zhì)和所述麥克風(fēng)的微處理器，用于響應(yīng)于所述電信號而提供均衡圖形信號。其中，所述數(shù)字編碼的信息信號包括代表到用戶的指令的數(shù)字編碼的信號。
40.依照權(quán)利要求39的音頻系統(tǒng)，其中所述存儲介質(zhì)為CD。
41.依照權(quán)利要求39的音頻系統(tǒng)，其中所述被數(shù)字地編碼的信息信號進一步包括用于產(chǎn)生均衡圖形信號的所編碼計算機程序。
42.依照權(quán)利要求41的音頻系統(tǒng)，其中所述計算機程序控制所述音頻系統(tǒng)的參數(shù)。
43.依照權(quán)利要求39的音頻系統(tǒng)，其中所述被數(shù)字地編碼的信息信號表示音頻信號，其表示用于所述用戶的可聽見指令。
44.依照權(quán)利要求39的音頻系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)進一步包括視頻顯示裝置，其中所述被數(shù)字地編碼的信息信號視頻信號，其表示用于所述用戶的指令，所述指令可顯示于所述視頻顯示裝置上。
45.一種用于在具有第一麥克風(fēng)和揚聲器單元的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形信號的方法，包括通過所述音頻系統(tǒng)測試所述麥克風(fēng)以確定所述麥克風(fēng)是否在一個頻率范圍上運行；以及在所述麥克風(fēng)在所述頻率范圍上沒運行的情況下，產(chǎn)生給用戶的消息。
46.依照權(quán)利要求45的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述消息從所述揚聲器單元被輻射為聲波。
47.依照權(quán)利要求45的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述音頻系統(tǒng)包括第二麥克風(fēng)，該方法進一步包括測試所述第二麥克風(fēng)和所述第一麥克風(fēng)是否在預(yù)定容限內(nèi)匹配；以及在所述第一麥克風(fēng)和所述第二麥克風(fēng)在所述預(yù)定容限內(nèi)不匹配的情況下，向用戶產(chǎn)生所述第一麥克風(fēng)和所述第二麥克風(fēng)不匹配的消息。
48.一種用于在操作于收聽區(qū)域內(nèi)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，所述收聽區(qū)域具有環(huán)境噪聲水平，所述方法包括以一個振幅將聲音輻射到所述收聽區(qū)域中；通過所述音頻系統(tǒng)測量所述收聽區(qū)域中的信噪比；以及在信噪比低于預(yù)定閾值比的情況下，增加所述信噪比。
49.依照權(quán)利要求48的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述增加信噪比包括指令用戶降低所述環(huán)境噪聲的步驟。
50.依照權(quán)利要求48的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述增加信噪比包括增加所述輻射聲音的所述振幅的步驟。
51.一種用于在具有揚聲器裝置和麥克風(fēng)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，包括通過所述揚聲器裝置輻射聲波；通過所述麥克風(fēng)接收所述聲波；測量所述所接收的聲波的振幅以確定所述振幅是否在振幅的預(yù)定范圍內(nèi)；以及在所述振幅不在振幅的所述預(yù)定范圍內(nèi)的情況下，改變所述振幅以使所述振幅在所述預(yù)定范圍內(nèi)。
52.依照權(quán)利要求51的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述振幅可通過均衡計算電路增加而不能由用戶增加。
53.一種用于在具有揚聲器裝置和麥克風(fēng)的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，所述音頻系統(tǒng)操作于收聽空間內(nèi)，所述方法包括將所述麥克風(fēng)置于第一位置的第一定位；通過所述揚聲器裝置對聲波的第一輻射；通過所述麥克風(fēng)對所述聲波的第一接收；響應(yīng)于所述接收，對所述音頻系統(tǒng)第一頻率響應(yīng)的第一測量；將所述麥克風(fēng)置于第二位置的第二定位；通過所述揚聲器裝置對聲波的第二輻射；通過所述麥克風(fēng)對所述聲波的第二接收；響應(yīng)于所述接收，對所述音頻系統(tǒng)第二頻率響應(yīng)的第二測量；比較所述第一頻率響應(yīng)和所述第二頻率響應(yīng)以確定所述第一頻率響應(yīng)和所述第二頻率響應(yīng)之間的差；以及在所述差小于預(yù)定量的情況下，產(chǎn)生一消息。
54.依照權(quán)利要求53的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述消息從所述揚聲器單元被輻射為聲波。
55.依照權(quán)利要求53的用于在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，其中所述消息指導(dǎo)用戶移至不同位置。
56.一種用于在具有揚聲器裝置的音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生均衡圖形的方法，包括在存儲器中存儲所述揚聲器裝置的工作極限；產(chǎn)生均衡圖形信號；比較所述均衡圖形信號與工作極限以確定所述均衡圖形信號的執(zhí)行是否能導(dǎo)致超過所述工作極限；以及在所述執(zhí)行將導(dǎo)致超過所述極限的情況下，修改所述均衡圖形信號。
57.一種產(chǎn)生用于音頻系統(tǒng)的均衡圖形信號的自動方法，包括由所述音頻系統(tǒng)的用戶執(zhí)行的初始化步驟；通過所述音頻系統(tǒng)對所述初始化步驟的響應(yīng)，其中所述響應(yīng)步驟從預(yù)定的多個響應(yīng)中被選擇；以及通過所述音頻系統(tǒng)產(chǎn)生給所述用戶的消息，所述消息指導(dǎo)用戶進行動作。
58.依照權(quán)利要求57的產(chǎn)生用于音頻系統(tǒng)的均衡圖形信號的自動化方法，其中所述產(chǎn)生包括通過所述揚聲器單元向所述用戶輻射消息。
59.依照權(quán)利要求57的產(chǎn)生用于音頻系統(tǒng)的均衡圖形信號的自動化方法，其中所述初始化步驟包括將CD置于CD播放機中。
60.依照權(quán)利要求57的產(chǎn)生用于音頻系統(tǒng)的均衡圖形信號的自動化方法，其中其中所述初始化步驟使所述音頻系統(tǒng)被重新配置。
61.一種用于從音頻系統(tǒng)產(chǎn)生均衡圖形的方法，包括通過用戶來指示用戶處于想要的收聽位置；通過所述音頻系統(tǒng)選擇接下來的步驟，其中所述接下來的步驟從多個可能的接下來的步驟中被選擇；以及通過所述音頻系統(tǒng)產(chǎn)生給所述用戶的消息，所述消息包括待由所述用戶采取的接下來的步驟。
全文摘要
一種用于均衡音頻系統(tǒng)的自動化方法和一種用于實施該方法的設(shè)備。音頻系統(tǒng)包括麥克風(fēng)單元，用于接收從多個揚聲器輻射的聲波；聲響測量電路，用于提供頻率響應(yīng)測量信號；存儲器，用于存儲表示揚聲器單元的特征數(shù)據(jù)信號并進一步用于存儲頻率響應(yīng)測量信號；以及均衡計算電路，用于響應(yīng)于頻率響應(yīng)測量信號并響應(yīng)于表示多個揚聲器單元的特征數(shù)據(jù)信號而提供均衡圖形信號。亦描述了自動均衡系統(tǒng)，包括聲響測量電路，包括麥克風(fēng)，用于提供表示多個位置處的響應(yīng)的頻率信號；存儲器，用于存儲表示所述多個位置處頻率響應(yīng)的信號；以及均衡計算電路，響應(yīng)于表示頻率響應(yīng)的信號以提供均衡圖形信號。
文檔編號G10K15/00GK1447624SQ0310793
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
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