專(zhuān)利名稱：用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的調(diào)制器處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及參數(shù)揚(yáng)聲器，這種揚(yáng)聲器當(dāng)被高頻或超聲波激勵(lì)用于重放可聽(tīng)范圍的頻率時(shí)使用空氣的非線性。特別地，本發(fā)明涉及用于參數(shù)揚(yáng)聲器的信號(hào)處理和調(diào)制器。
先有技術(shù)空氣中的參數(shù)陣列是從向一空氣柱引入足夠強(qiáng)度的音頻調(diào)制超聲波信號(hào)的結(jié)果。自解調(diào)，或下變換，沿空氣柱發(fā)生，其結(jié)果是產(chǎn)生可聽(tīng)到的聲音信號(hào)。這一過(guò)程的發(fā)生是由于已知的物理原理，即當(dāng)不同頻率的兩個(gè)聲波在同一介質(zhì)中同時(shí)發(fā)出時(shí)，由兩個(gè)聲波的非線性相互作用(參數(shù)相互作用)而產(chǎn)生具有包含了兩個(gè)頻率的和與差的波形的聲波。于是，如果兩個(gè)原始的聲波是超聲波且它們之間的差選擇為音頻頻率，則通過(guò)參數(shù)相互作用可產(chǎn)生可聽(tīng)到的聲音。然而，由于空氣柱下變換過(guò)程中的非線性在聲音輸出中導(dǎo)入了失真。這種失真能夠相當(dāng)嚴(yán)重，對(duì)于適度的調(diào)制電平可能出現(xiàn)30％或更大的失真。
降低調(diào)制電平可降低失真，但這是以即降低輸出量和又降低功率效率為代價(jià)的。
1965年，Berktay以公式說(shuō)明了從參數(shù)揚(yáng)聲器二次組合輸出(可聽(tīng)到的聲音)正比于調(diào)制包絡(luò)平方的二次導(dǎo)數(shù)。Berktay證明，在遠(yuǎn)聲場(chǎng)被解調(diào)的信號(hào)p(t)正比于平方后調(diào)制包絡(luò)的二次導(dǎo)數(shù)。 這被稱為參數(shù)聲陣列的“Berktay遠(yuǎn)聲場(chǎng)解”。Berktay觀察了遠(yuǎn)聲場(chǎng)，因?yàn)樵谀抢锊辉儆谐曅盘?hào)(按定義)。近聲場(chǎng)解調(diào)產(chǎn)生相同的音頻信號(hào)，但是有超聲存在，這必然被導(dǎo)入一般的解中。由于近聲場(chǎng)的超聲是不可聽(tīng)到的，它能夠被忽略，并按此假設(shè)Berktay解在近聲場(chǎng)也是有效的。
這一關(guān)系對(duì)于空氣中參數(shù)揚(yáng)聲器最早的應(yīng)用是在1985年對(duì)于參數(shù)揚(yáng)聲器的調(diào)制器的設(shè)計(jì)。這一進(jìn)展包括平方根函數(shù)用于調(diào)制包絡(luò)。使用平方根函數(shù)對(duì)自然平方函數(shù)進(jìn)行了補(bǔ)償，自然平方函數(shù)使向空氣發(fā)出的被調(diào)制的邊帶信號(hào)的包絡(luò)失真。業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員也已證明，平方根雙邊帶信號(hào)在理論上能夠產(chǎn)生低失真的系統(tǒng)，但是以無(wú)限的系統(tǒng)和換能器帶寬為代價(jià)的。產(chǎn)生任何具有無(wú)限帶寬容量的裝置是不實(shí)際的。此外，任何重大帶寬的實(shí)現(xiàn)都意味著不可聽(tīng)到的超聲原頻率在低邊帶將向下延伸進(jìn)入可聞聽(tīng)范圍，并引起新的失真，這種失真至少與由無(wú)限帶寬平方根預(yù)處理系統(tǒng)所消除的失真同樣糟。
在典型的應(yīng)用中，所需的信號(hào)有30kHz到50kHz的超聲載波被調(diào)幅(AM)，然后被放大，并施加到超聲波換能器。如果超聲波強(qiáng)度有足夠的幅度，則空氣柱將在某種長(zhǎng)度(長(zhǎng)度一部分取決于載波頻率和柱形狀)上執(zhí)行解調(diào)或下轉(zhuǎn)換。諸如授予Tanaka等人的U.S.專(zhuān)利No.4,823,908稱，為從超聲波發(fā)射實(shí)現(xiàn)參數(shù)音頻輸出的調(diào)制方式使用帶有載波頻率和邊帶頻率的雙邊帶信號(hào)，邊帶頻率由對(duì)應(yīng)于所需的音頻頻率的頻率差在信號(hào)兩邊隔開(kāi)。
例如，如

圖1所示，當(dāng)把6kHz調(diào)幅到40kHz載波時(shí)，產(chǎn)生邊帶頻率。圖2示出載波頻率(40kHz)現(xiàn)在由34kHz低邊帶和46kHz高邊帶相伴?，F(xiàn)在出現(xiàn)三個(gè)成分34kHz，40kHz和46kHz，這給出真正的6kHz包絡(luò)。如前所述，在用作為如圖3所示的調(diào)制信號(hào)之前6kHz信號(hào)被求平方根。使用通過(guò)平方根函數(shù)對(duì)40kHz載波的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的頻譜生成圖4所示的頻譜成分。對(duì)6kHz施以平方根函數(shù)產(chǎn)生無(wú)限諧波，且AM頻譜具有上和下邊帶頻率，這些頻率也無(wú)限遠(yuǎn)離載波。因?yàn)閾Q能器邊帶的限制和類(lèi)似的問(wèn)題，不可能實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)。
實(shí)際上，五個(gè)或六個(gè)諧波足以給出理想平方根波的好的近似。然而，即使當(dāng)諧波數(shù)被限制時(shí)，低邊帶頻率仍然降低進(jìn)入音頻范圍而生成失真。在以上圖1到4的例子中，需要被發(fā)射的低邊帶頻率是34，28，16，10和4kHz。這就產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題，即可聞聽(tīng)頻率(16，10和4kHz)將要與超聲波頻率一同發(fā)射而構(gòu)成所需的調(diào)制包絡(luò)。
對(duì)原始信號(hào)施以平方根函數(shù)降低或消除了被調(diào)制的音頻中的失真，但是這生成了不希望有可聽(tīng)到的被發(fā)射的頻率。在先有技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)下，只能在高失真(避免平方根函數(shù))或具有較小失真的寬邊帶需求(使用平方根函數(shù))之間進(jìn)行選擇。
而且，對(duì)任何給定的超聲波頻率的求平方根信號(hào)只是對(duì)低電平信號(hào)是有效的。在超聲波功率電平增加以提供大的音頻輸出時(shí)，理想的包絡(luò)從信號(hào)的平方根向音頻信號(hào)本身(或1倍信號(hào))移動(dòng)。
參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)所展現(xiàn)的另一問(wèn)題是，在超聲波頻率和/或強(qiáng)度增加以允許較低邊帶有空間并達(dá)到音頻范圍內(nèi)合理的轉(zhuǎn)換電平時(shí)，空氣能夠被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入飽和。這意味著，基本的超聲波頻率受到限制，因?yàn)閺钠鋳Z去了能量提供給諧波。原始頻率每增加一個(gè)八度，飽和的問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)的電平降低6dB。換言之，在頻率增加時(shí)，飽和出現(xiàn)的功率閾值降低。與參數(shù)陣列一同使用的雙邊帶信號(hào)必須總是至少為任何可聽(tīng)到的頻率(假設(shè)為20kHz帶寬)之上的信號(hào)帶寬，而且即使使用降低甚至的平方根函數(shù)，這也要求無(wú)限的帶寬。
先有技術(shù)的參數(shù)揚(yáng)聲器的另一問(wèn)題是，內(nèi)置的高通濾波器的特性在于，對(duì)于頻率每降低八度二次信號(hào)(音頻輸出)的幅度降落12dB。因?yàn)楸仨毐３蛛p邊帶系統(tǒng)的較低的邊帶不產(chǎn)生可聽(tīng)到范圍的輸出，對(duì)于雙邊帶(DSB)必須保持載波頻率至少在可聞聽(tīng)頻率上限之上即20kHz，并對(duì)于求平方根的DSB量在最小為兩倍。這范圍迫使載波頻率上升相當(dāng)高。結(jié)果是，容易達(dá)到飽和極限，而系統(tǒng)的整體效率受到影響。
在高精度應(yīng)用中，這些超常的不希望有的失真類(lèi)型妨礙了未補(bǔ)償?shù)膮?shù)陣列或甚至平方根補(bǔ)償模式的實(shí)際或商業(yè)使用。于是，提供一種新的方法和系統(tǒng)用于預(yù)處理音頻信號(hào)，其結(jié)果將對(duì)于超聲波參數(shù)陣列輸出以降低的帶寬需求而降低失真，這將是對(duì)這種技術(shù)狀態(tài)的改進(jìn)。還希望使用仍然在了聽(tīng)到的范圍之上但較低的原始頻率，以產(chǎn)生較少的飽和衰減。
本發(fā)明的目的和概述本發(fā)明的目的是要提供一種方法和設(shè)備，以降低參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的原始頻率，從而使空氣飽和降低到最小，并增加轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該系統(tǒng)糾正了失真而不增加降低失真所需的帶寬。
本發(fā)明的另一目的是要提供用于預(yù)處理音頻信號(hào)的一種方法和系統(tǒng)，其結(jié)果是對(duì)于參數(shù)陣列輸出的聲學(xué)音頻信號(hào)較低的失真及更好的重放。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用具有截?cái)嗟南逻厧У碾p邊帶調(diào)制信號(hào)。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用帶有降低的帶寬需求的預(yù)處理信號(hào)邊帶調(diào)制。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，以消除與參數(shù)揚(yáng)聲器一同使用的雙邊帶調(diào)制模式的擴(kuò)展的低邊帶。
本發(fā)明目前優(yōu)選的實(shí)施例是對(duì)于用于空氣中的參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一個(gè)信號(hào)處理器。該信號(hào)處理器具有一音頻信號(hào)輸入和產(chǎn)生載波頻率的載波頻率產(chǎn)生器。音頻信號(hào)與載波頻率通過(guò)調(diào)制器混合在一起，以產(chǎn)生帶有邊帶頻率的被調(diào)制的信號(hào)，邊帶頻率是從載波按音頻信號(hào)頻率值分離出的。包含有糾錯(cuò)電路，通過(guò)基本在所述調(diào)制信號(hào)的邊帶內(nèi)修改被調(diào)制的信號(hào)，對(duì)求平方函數(shù)固有的失真進(jìn)行補(bǔ)償，以便趨近理想的包絡(luò)信號(hào)。糾錯(cuò)電路比較被調(diào)制的信號(hào)的包絡(luò)與被計(jì)算的理想求平方根音頻信號(hào)，并產(chǎn)生一相反的誤差，然后該誤差加回到被調(diào)制的信號(hào)，以便校正參數(shù)揚(yáng)聲器的失真。在一個(gè)實(shí)施例中，糾錯(cuò)步驟添加了新的差錯(cuò)，但以大大降低的電平添加的。這種與原始信號(hào)比較和差錯(cuò)反向向添加能夠遞歸地實(shí)現(xiàn)，以便把差錯(cuò)降低到所需的電平。遞歸糾錯(cuò)的每一電平趨向于降低一半多的誤差，并應(yīng)當(dāng)使用足夠電平的遞歸校正以校正失真，而不必添加將會(huì)添加更多失真的許多電平。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，被調(diào)制的信號(hào)能夠使用包括但不限于雙邊帶信號(hào)，截?cái)嗟碾p邊帶信號(hào)或單邊帶信號(hào)的形式。
從考慮以下連同附圖詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員本發(fā)明的這些和其它目的，特征，優(yōu)點(diǎn)和其它方面將是顯而易見(jiàn)的。
附圖分說(shuō)明圖1示出6kHz的頻帶；圖2示出6kHz信號(hào)被調(diào)制到40kHz載波信號(hào)上；圖3示出在施加平方根函數(shù)之后6kHz信號(hào)的頻譜；圖4示出在施加平方根函數(shù)并調(diào)制到40kHz載波信號(hào)上之后的6kHz信號(hào)；圖5示出被調(diào)制到40kHz載波上的6kHz單邊帶信號(hào)的調(diào)制；圖6是被調(diào)制到40kHz載波上的5kHz和6kHz單邊帶信號(hào)；圖7是帶有所施加的平方根函數(shù)的理想的包絡(luò)形狀，這是從單邊帶頻譜獲得的結(jié)果；圖8示出人工邊帶頻率的插入，以便模仿圖7的理想包絡(luò)形；圖9A是用于空氣中參數(shù)陣列的非線性解調(diào)器模型；圖9B示出用于解調(diào)指數(shù)的阻尼函數(shù)的曲線圖；圖10是基于Hilbert變換的AM解調(diào)器；圖11單邊帶頻道模型；圖12是圖11中的單邊帶調(diào)制器更為詳細(xì)的圖示；圖13是調(diào)制側(cè)失真補(bǔ)償器；圖14一階基帶失真補(bǔ)償器；圖15第N階音頻失真補(bǔ)償器；圖16示出作為失真模型級(jí)聯(lián)的第N階音頻失真補(bǔ)償器；圖17是作為Hilbert變換輸入的平方量值而實(shí)現(xiàn)的SSB頻道模型；圖18是使用AM調(diào)制器的AM頻道模型。
優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明現(xiàn)在參照附圖，圖中對(duì)本發(fā)明的各個(gè)要素將給出數(shù)碼標(biāo)號(hào)，且其中將討論本發(fā)明以便使業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員能夠構(gòu)成并使用本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，以下的說(shuō)明僅是本發(fā)明一定的實(shí)施例的示例，而不得視為限制后面的權(quán)利要求。
本發(fā)明是以數(shù)字化或模擬方式實(shí)現(xiàn)的一種信號(hào)處理設(shè)備和方法，這種方法和系統(tǒng)大大降低了空氣中參數(shù)陣列的可聽(tīng)到的失真。在本發(fā)明中，執(zhí)行多個(gè)信號(hào)處理步驟。處理器的輸入側(cè)接收來(lái)自諸如CD播放器等音頻源的線路電平的信號(hào)。在數(shù)字化實(shí)現(xiàn)中，模擬音頻信號(hào)將首先被數(shù)字化，或可以直接接收數(shù)字輸入。本發(fā)明中的第一步驟使輸入的音頻信號(hào)乘以較高的超聲波載波頻率，以便生成調(diào)制信號(hào)。換言之，載波頻率被輸入信號(hào)調(diào)制而產(chǎn)生通常的單邊帶(SSB)或雙邊帶(DSB)信號(hào)。載波信號(hào)由本地振蕩器裝置按所需的頻率產(chǎn)生。注意，在多頻道系統(tǒng)中(例如立體聲)最后只使用一個(gè)振蕩器，使得所有頻道有完全相同的載波頻率。這種調(diào)制可以產(chǎn)生乘以載波信號(hào)的單邊帶(只是上邊帶)(SSB)，或者乘以載波信號(hào)的雙邊帶(DSB)。本發(fā)明中也可以產(chǎn)生截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)信號(hào)，其中雙邊帶(DSB)的下邊帶信號(hào)由濾波器陡然截?cái)?，使得通過(guò)的幾乎所有頻率在載波之上。
然后，比較計(jì)算出的調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)與按施加的平方根計(jì)算出的“理想”的音頻信號(hào)。這一比較使用了調(diào)制的載波包絡(luò)對(duì)按施以平方根的理想的音頻信號(hào)進(jìn)行比較。理想的信號(hào)是被偏移之后未調(diào)制的音頻信號(hào)，它由等于其最大負(fù)峰值但反向的正DC(直流)電壓偏移，并然后求平方根。如所述，這是由于在參數(shù)揚(yáng)聲器中解調(diào)的音頻信號(hào)正比于調(diào)制包絡(luò)的平方。因而，在介質(zhì)中解調(diào)時(shí)，正比于輸入音頻的平方根的包絡(luò)將被轉(zhuǎn)換回原始的音頻信號(hào)。
在比較中也考慮了所使用的超聲波換能器的頻率響應(yīng)。換言之，還添加了一種校正，這種校正是針對(duì)當(dāng)換能器發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)由換能器(即揚(yáng)聲器)所產(chǎn)生的失真。在對(duì)包絡(luò)比較之前，被調(diào)制的信號(hào)帶寬或頻譜乘以換能器-放大器組合的實(shí)際的頻率響應(yīng)曲線。這保證了理想的包絡(luò)與被調(diào)制信號(hào)包絡(luò)之間的比較是有效的，因?yàn)樵谄浔话l(fā)射時(shí)被調(diào)制的信號(hào)包絡(luò)將被換能器/放大器改變。使用截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)的實(shí)施例可以部分地由換能器的高通濾波器截?cái)啵蛘{(diào)制方式本身也可以在其達(dá)到換能器之前截?cái)郥DSB。這使得能夠使用簡(jiǎn)單的DSB乘法器裝置產(chǎn)生通常的DSB信號(hào)，以及濾波器和換能器把DSB信號(hào)轉(zhuǎn)換TDSB信號(hào)。
然后被調(diào)制的信號(hào)的包絡(luò)被比較或從理想的平方根信號(hào)減去。這給出代表誤差的新的信號(hào)。然后這新的信號(hào)被反向(按相位或符號(hào))并與調(diào)制步驟前夕原始輸入的音頻信號(hào)相加。這用于改變所得的包絡(luò)使其更緊密地匹配理想的包絡(luò)。本發(fā)明的重要特征在于，所計(jì)算的并然后被返回添加到音頻信號(hào)的誤差項(xiàng)總是在原始音頻信號(hào)的音頻帶寬之內(nèi)，而不需要額外的帶寬。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，最初的失真校正出現(xiàn)在音頻信號(hào)內(nèi)，但是如果添加的項(xiàng)不產(chǎn)生明顯的失真，則某些失真校正項(xiàng)可以在音頻信號(hào)之外。
添加計(jì)算的誤差校正不是在一個(gè)步驟校正包絡(luò)，因?yàn)榘j(luò)的頻譜不只是與輸入的音頻成正比。包絡(luò)與調(diào)制頻譜和按90度平移的調(diào)制頻譜的平方之和的平方根成正比。換言之，每一引入的校正頻率產(chǎn)生另外的較小但也必須被校正的誤差頻率。于是，誤差校正最好遞歸地進(jìn)行數(shù)次，直到SSB，DSB或TDSB包絡(luò)誤差對(duì)于理想信號(hào)處于所需的小量之內(nèi)。遞歸步驟的次數(shù)取決于所需的失真降低量，并取決于處理器的實(shí)際限制。然后被調(diào)制的信號(hào)輸出到放大器，并最后輸出到超聲波換能器，在這里它被發(fā)射到空氣中或某種其它介質(zhì)。然后根據(jù)Berktay的解法超聲波解調(diào)為原始音頻信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每一遞歸步驟降低總的諧波失真(THD)誤差百分比至少為一半，實(shí)際的誤差介質(zhì)百分比與輸入的頻譜和所選擇的調(diào)制方法有關(guān)。遞歸步驟的數(shù)目與可用的處理功率及所需的校正電平相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，六次或更少的遞歸過(guò)程可產(chǎn)生理想的失真校正。實(shí)際上對(duì)于這一校正電平所需的處理功率是低的，并能夠在不昂貴的DSP芯片或相當(dāng)?shù)挠布蠈?shí)現(xiàn)。如上所述，通過(guò)對(duì)音頻信號(hào)求平方根所調(diào)制的載波有無(wú)限的帶寬而不能由任何已知的方法精確地發(fā)射。使用這一方法使得能夠趨近理想的包絡(luò)，而無(wú)需大量增加按其它方式所需的帶寬。應(yīng)當(dāng)看到，如果需要能夠只使用一個(gè)誤差校正電平進(jìn)行誤差校正。也可以使用模擬電路，代替本發(fā)明數(shù)字的或軟件實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的數(shù)字式實(shí)施例中，作為超聲頻率的被調(diào)制的信號(hào)通常在放大之前被轉(zhuǎn)換返回模擬信號(hào)形式。對(duì)于在輸出階段準(zhǔn)確的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換需要高采樣率。例如，如果SSB載波頻率為35kHz，輸入音頻帶寬為20kHz(正常值)，輸出信號(hào)將具有從35kHz到55kHz的頻譜。96kHz或更高的采樣率是好的選擇。標(biāo)準(zhǔn)的44.1kHz對(duì)帶寬音頻似乎不足。反之，對(duì)于語(yǔ)音一定的應(yīng)用可使用較低的采樣率。進(jìn)而，對(duì)于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的輸出信號(hào)為線路電平。這種信號(hào)將輸入到超聲放大器，該放大器再驅(qū)動(dòng)換能器。又，解調(diào)的信號(hào)正比于調(diào)制包絡(luò)的平方。在開(kāi)始發(fā)生飽和的較高超聲波振幅下，解調(diào)的音頻開(kāi)始與包絡(luò)本身而不是其平方成正比。如果最終驅(qū)動(dòng)電平已知，在誤差校正補(bǔ)償器中可考慮這一點(diǎn)。例如，如果放大器和信號(hào)處理器被集成，則誤差校正模式可隨與放大器設(shè)置相關(guān)的功率輸出而變化。稍后將更為詳細(xì)說(shuō)明按功率輸出改變誤差校正。對(duì)于較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，包絡(luò)的平方可用作為結(jié)果良好的解調(diào)模型。
使用SSB或TDSB系統(tǒng)，載波頻率和調(diào)制信號(hào)頻率能夠被降低，而無(wú)需擔(dān)心在其它情形下較低的邊帶會(huì)在可聞聽(tīng)范圍被發(fā)射(即可聽(tīng)到的失真)。載波頻率和調(diào)制信號(hào)頻率能夠被降低到使得它們接近可聞聽(tīng)范圍的上限。本發(fā)明中，接近定義為盡可能接近可聞聽(tīng)范圍上限而不產(chǎn)生明顯的失真，且其中載波信號(hào)和邊帶不可聽(tīng)到。
較低的載波頻率允許在三方面有較好的轉(zhuǎn)換效率。首先，超聲的衰減率較低，于是有效的超聲波束長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且可用的能量不會(huì)被介質(zhì)很快吸收。第二，對(duì)于給定的聲壓電平(SPL)增加了沖擊形成(飽和)長(zhǎng)度，于是能夠使用更高SPL。使用的SPL越高，轉(zhuǎn)換效率(超聲波和音頻之間)越大。實(shí)際上，所產(chǎn)生的音頻信號(hào)的振幅正比于超聲波SPL的平方。換言之，系統(tǒng)的增益隨驅(qū)動(dòng)電平的增加而增加，直到達(dá)到飽和極限。通過(guò)降低載波頻率而增加了飽和極限。第三，較低的載波頻率增加了系統(tǒng)可用的體積速度，因而增加了可聞聽(tīng)范圍的可用輸出。
例如，使用單邊帶(SSB)方法特別地盡可能降低了載波頻率，這最大增加了超聲波到音頻轉(zhuǎn)換的效率。使用較低頻率的飽和載波，能夠達(dá)到較高的飽和電平，因?yàn)槁暡ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng)則聲音飽和極限較高。只使用由音頻信號(hào)調(diào)制的載波的上邊帶即可生成理想的包絡(luò)。
使用單邊帶(SSB)調(diào)幅有幾個(gè)另外的優(yōu)點(diǎn)。這些好處包括不必對(duì)音頻使用平方根函數(shù)，降低了換能器帶寬需求，以及較大的超聲波轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)槭褂幂^低的載波頻率。為了使理想的包絡(luò)生成單音頻音調(diào)，沒(méi)有施加平方根的SSB給出了與偏移，施加平方根，再偏移，并使用雙邊帶(DSB)AM完全同樣的包絡(luò)。為了當(dāng)使用SSB時(shí)生成6kHz音調(diào)，需要如圖5所示以下頻譜。這比圖4和圖2的雙邊帶(DSB)簡(jiǎn)單得多。假如能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生圖4的所需的硬件，則從圖5的頻譜所得到的包絡(luò)和解調(diào)的音頻與圖4中由無(wú)限頻譜產(chǎn)生的完全相同。這樣，使用SSB方法能夠避免施加平方根和相關(guān)的偏移。這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榻档土耸д婧退璧倪壿嫛?br> 當(dāng)然，隨著音頻信號(hào)的復(fù)雜性增加，SSB方法代替全平方根方法優(yōu)點(diǎn)減少。然而，在信號(hào)帶寬內(nèi)通過(guò)人工添加額外的上邊帶成分，能夠使SSB很緊密地匹配理想的包絡(luò)。圖6示出5kHz和6kHz音調(diào)同時(shí)重放。這SSB頻譜通?？磥?lái)與圖6中所示的頻譜相同。施加平方根的理想的包絡(luò)形狀示于圖7，這是從圖6中的SSB頻譜所得的波形。很重要的是要注意到，SSB信號(hào)的振幅并不總是與所希望的包絡(luò)形狀匹配。然而，如果人工插入另一上邊帶成分，則能夠?qū)崿F(xiàn)好得多的適配。圖8示出對(duì)于這一例子在哪里插入新的成分，能使得SSB信號(hào)更接近表示出圖7理想的波形。這種情形下新的頻率成分是41kHz。以附加的頻率添加是以上所述的誤差校正的一個(gè)非常簡(jiǎn)化的方式。在添加附加頻率的每一種情形下，新的邊帶頻率等于載波加兩個(gè)上邊帶之間的差。在這例子中，載波是40kHz，而主邊帶頻率是5kHz和6kHz，于是人工邊帶是41kHz，并在插入這一新的成分時(shí)不需要額外的帶寬。實(shí)際上，帶有主量值的兩個(gè)頻率總能夠用來(lái)確定新的邊帶位置。
使用SBB或TDSB模式是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槟軌蚋硐氲仄ヅ涞湫偷某晸Q能器在其諧振頻率之上和之下的振幅輸出。例如，SBB或TDSB結(jié)構(gòu)中的載波對(duì)于最大揚(yáng)聲器輸出電平配置在換能器的基本諧振頻率處，而上邊帶頻率將落在換能器工作效率高的諧振峰的上側(cè)。很多換能器在諧振頻率上方工作很好，而在這峰頻率之下工作不良。
如以上所討論，實(shí)際的參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)沒(méi)有足夠的帶寬重放通過(guò)向輸入信號(hào)施加平方根函數(shù)所產(chǎn)生的無(wú)限校正項(xiàng)。對(duì)于本信號(hào)處理系統(tǒng)一個(gè)重要的變通的結(jié)構(gòu)是使用了一種組合的方式，即向偏移音頻信號(hào)施加平方根并然后在信號(hào)提供給換能器之前截?cái)嘈盘?hào)到預(yù)定的帶寬或頻率范圍。向偏移的輸入信號(hào)施加平方根函數(shù)，能夠在信號(hào)在空氣中解偶之后從超聲波系統(tǒng)提供正確的輸出。
在信號(hào)處理期間，首先向偏移的音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)，并然后調(diào)制信號(hào)的帶寬被截取為對(duì)應(yīng)于原始節(jié)目信號(hào)帶寬的帶寬。例如，在通常的音頻中，對(duì)每一邊帶截取帶寬達(dá)25kHz或更小是有用的。當(dāng)然，能夠基于由原始的節(jié)目資料源所要求的帶寬使用更大的帶寬。在任何情形下，信號(hào)被截取到的帶寬應(yīng)當(dāng)不至于狹窄到對(duì)特定的節(jié)目資料或應(yīng)用引起明顯的失真。使用帶通濾波器，高通濾波器或低通濾波器(數(shù)字式或模擬的)截?cái)嗨Ｍ母吆偷徒刂诡l率，能夠進(jìn)行這一帶寬降低。雖然使用這一方法不能獲得使用無(wú)限帶寬的全部理論優(yōu)點(diǎn)，但是求平方根的信號(hào)對(duì)實(shí)際的節(jié)目資料提供了最重要的頻率項(xiàng)。使用截?cái)嗟氖┘恿似椒礁男盘?hào)，允許平方根的信號(hào)有效的趨近以便不使用無(wú)限帶寬提供給換能器。對(duì)截?cái)嗟膸捠┘悠椒礁硪粌?yōu)點(diǎn)在于，對(duì)無(wú)限帶寬使用平方根函數(shù)生成了在可聞聽(tīng)范圍中的諧波。在施加平方根之后施加截?cái)鄬⒊ツ切┛陕?tīng)到的諧波。
以前在先有技術(shù)中認(rèn)為，當(dāng)施加平方根函數(shù)校正失真時(shí)，這時(shí)需要無(wú)限帶寬。這一要求假設(shè)對(duì)每一頻帶在整個(gè)音頻頻譜使用相等的能量。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于大多數(shù)節(jié)目資料的頻譜平衡，功率(或峰值能)集中在較低的頻率。在直到2kHz的較低的范圍，峰值能高，而對(duì)于這以上的頻率，在頻率增加時(shí)諧振開(kāi)始降低。結(jié)果是，在參數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中最高的頻率沒(méi)有那么大的失真。于是，不需要對(duì)高頻率強(qiáng)烈地施加失真校正，于是以平方根函數(shù)截?cái)嘈盘?hào)是有效的。失真校正的這一頻帶限制提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，諸如低功耗，及防止了諧振出現(xiàn)在較低范圍。最重要的是對(duì)于直到2-4kHz范圍的頻率提供了最大的校正。4kHz以上的音頻頻率具有較低的振幅而不需要那么大的失真校正。另一方面，本發(fā)明中所討論的任何失真校正模式，諸如求平方根或誤差校正，能夠用于限制更多的帶寬。例如，這些方法可只用于較低頻率，落入2-4kHz范圍的頻率，或另一低于標(biāo)準(zhǔn)的20kHz頻率范圍被限制的帶寬。一種類(lèi)型的失真校正可用于帶寬的第一部分，而第二類(lèi)型的失真校正可用于帶寬的第二部分。
本裝置的另一實(shí)施例是只對(duì)于包絡(luò)失真的校正，而不包含換能器及其它頻道特性。對(duì)包絡(luò)失真的校正有計(jì)算簡(jiǎn)單這樣的優(yōu)點(diǎn)。在換能器非線性中的誤差能夠通過(guò)均衡而被校正，這對(duì)于解調(diào)包絡(luò)校正是不行的。從Berktay方程式1能夠推斷出，非線性本來(lái)是由解調(diào)產(chǎn)生的求平方函數(shù)或env2(t)引起的。平方項(xiàng)在最后的輸出中引入了不希望有的二次諧波失真。這能夠通過(guò)向原始信號(hào)施加平方根而被克服。使用平方根產(chǎn)生了無(wú)限帶寬的問(wèn)題。這因?yàn)槠椒礁蛄惺前匆韵聛?lái)計(jì)算的Sqrt(1+x)＝1+x/2+x2/8-x3/16+...
為了避免這一問(wèn)題，可這樣變換輸入波形x，使得env2(t)能夠作為x而不是x的冪的函數(shù)被計(jì)算。作為一個(gè)例子，對(duì)于雙邊帶(DSB)模式的包絡(luò)為(1+x)。項(xiàng)(1+x)表示Berktay解法中的DSB調(diào)制包絡(luò)(“env”)。如果輸入的音頻信號(hào)為“x”(其中0≤x≤1)，則DSB包絡(luò)將總是(1+x)。例如，如果載波為40kHz而x是1kHz的正弦波，則包絡(luò)將與以500kHz載波及對(duì)于“x”為1kHz正弦波所得到的相同。這是一個(gè)不同的頻譜。這種情形下，頻譜將由邊帶39kHz，載波40kHz及邊帶41kHz組成。在后者的情形下，頻譜將由邊帶499kHz，載波500kHz及邊帶501kHz組成。
應(yīng)當(dāng)注意，x表示波形而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)。作為失真的結(jié)果，得到1+2x+x2。為了消除這一失真，選擇y，即向調(diào)制器輸入的信號(hào)，如下1+2y+y2＝1+x(方程式2)或者實(shí)際上為
1+y＝sqrt(1+x)這就是說(shuō)，找到了滿足方程式2的線性方程式y(tǒng)。用作為y的函數(shù)計(jì)算頻譜或函數(shù)，該函數(shù)應(yīng)當(dāng)與原始信號(hào)結(jié)合以去除失真。DSB解法是簡(jiǎn)單的，因?yàn)樗恍枰?步即可求解多項(xiàng)式，但是所需的帶寬要加倍，且使用DSB不允許降低載波頻率。
由于求平方增加了帶寬達(dá)2倍，而求立方達(dá)3倍等，采取精確的測(cè)量以使不會(huì)發(fā)生混疊。對(duì)于6kHz信號(hào)，如果選擇采樣為48kHz，則直到四階冪沒(méi)有任何混疊的問(wèn)題。對(duì)于單邊帶(SSB)和截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)系統(tǒng)，能夠構(gòu)成相同的方法。在SSB系統(tǒng)中，方程式2形為1+2y+y2+yH2＝1+x(方程式3)其中yH是y的Hilbert變換。在一次計(jì)算Hilbert變換之后，能夠?qū)遞歸地求解方程式3。這允許計(jì)算上煩瑣的Hilbert變換作單一的計(jì)算。然后能夠以很短的時(shí)間遞歸求解二階方程式。當(dāng)使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器計(jì)算時(shí)，Hilbert變換能得益于通過(guò)快速付立葉變換技術(shù)，該技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員所熟知的。Hilbert變換實(shí)際上移動(dòng)了波形90度。這是與以下將陳述的遞歸誤差校正實(shí)施例相對(duì)的，該實(shí)施例必須遞歸地計(jì)算Hilbert變換以引入多誤差音調(diào)。在遞歸過(guò)程期間，要計(jì)算作為y的新的估計(jì)及其Hilbert變換，通過(guò)分段計(jì)算，即固定y的過(guò)去的值，并只有當(dāng)前值是變量，能夠節(jié)省計(jì)算。
現(xiàn)在將討論本發(fā)明使用遞歸誤差校正模式的更為詳細(xì)的實(shí)施例，并說(shuō)明本發(fā)明的框圖。雖然討論的是優(yōu)選的TDSB方法，但對(duì)SSB或DSB也要進(jìn)行全面說(shuō)明。本發(fā)明中，失真補(bǔ)償器位于調(diào)制器之后，以便消除一階失真產(chǎn)物。使用了一階基帶補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器也可遞歸地?cái)U(kuò)展到N階失真補(bǔ)償器?；鶐аa(bǔ)償器在調(diào)制前預(yù)失真音頻信號(hào)。當(dāng)施加一階失真校正時(shí)，它生成較小的失真項(xiàng)，然后這些項(xiàng)在下一個(gè)遞歸電平中被校正。使用帶有各種調(diào)制模式的第N階補(bǔ)償器已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的失真改進(jìn)。
本發(fā)明的第一成分對(duì)發(fā)生在參數(shù)揚(yáng)聲器的空氣柱中的非線性失真建模。必須對(duì)這一關(guān)系建模，以便提供失真的適當(dāng)近似，這對(duì)產(chǎn)生正確的聲學(xué)聲波是必須的。Berktay解法(方程式1)中的第二導(dǎo)函數(shù)提供了線性失真，使音頻信號(hào)通過(guò)在后繼的處理和調(diào)制之前的雙積分器可補(bǔ)償該失真。由于這里的焦點(diǎn)是控制非線性失真成分，通過(guò)簡(jiǎn)單的均衡技術(shù)即可掌握的導(dǎo)數(shù)將從這一討論中省略。圖9A示出非線性調(diào)制器的框圖表示，這不是對(duì)二階導(dǎo)數(shù)建模。超聲聲波30發(fā)射到空氣中，它執(zhí)行由AM解調(diào)器32建模的解調(diào)功能。由于音頻信號(hào)不能包含DC項(xiàng)，高通濾波器30已被添加到該模型，以便從平方器模塊32的輸出中除去DC成分。增益常數(shù)a包含在38用于定標(biāo)，然后產(chǎn)生聲學(xué)音頻輸出40。圖中的空氣柱解調(diào)器稱為非線性解調(diào)器或NLD。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，非線性解調(diào)器中的求平方函數(shù)使用了一指數(shù)，該指數(shù)在超聲波信號(hào)的強(qiáng)度增加時(shí)降低。本發(fā)明中的解調(diào)指數(shù)能夠以一個(gè)平滑曲線的方式從1/2增加到1，或者它能夠線性地從1/2到1被插入。增加指數(shù)，對(duì)在超聲波信號(hào)功率上升時(shí)發(fā)生的空氣飽和建模。圖9B表示解調(diào)指數(shù)對(duì)于超聲信號(hào)分貝強(qiáng)度的阻尼函數(shù)?；诒竟_(kāi)應(yīng)當(dāng)理解到，施加阻尼函數(shù)類(lèi)似于通過(guò)在低信號(hào)功率施加平方根，并然后在信號(hào)和飽和功率增加時(shí)增加平方根函數(shù)到1，這樣對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。插入直到一的平方根的函數(shù)可作為線性函數(shù)，二次(n2)函數(shù)或者三次(n3)函數(shù)被建模。
圖10擴(kuò)展了圖9A的帶有基于Hilbert變換器的理想瞬時(shí)AM解調(diào)器的AM解調(diào)器模塊。在輸入端42接收超聲信號(hào)并傳送給Hilbert變換器46。Hilbert變換器46是一線性濾波器，它簡(jiǎn)單地移動(dòng)任何輸入音調(diào)的相位90度而不影響其振幅。例如，bcos(ωt)的輸入被變換為bsin(ωt)的輸出。量值模塊48計(jì)算實(shí)的和虛的輸入平方之和的平方根，這樣抽取信號(hào)的瞬時(shí)振幅，提供被解調(diào)的輸出50。
現(xiàn)在將說(shuō)明SSB頻道模型60，該模型是對(duì)使用SSB調(diào)制器70的未補(bǔ)償?shù)膮?shù)陣列系統(tǒng)建模?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖11，信號(hào)邊帶(SSB)頻道模型60是通過(guò)在非線性空氣柱解調(diào)器(NLD)66之前添加SSB調(diào)制器70和超聲換能器響應(yīng)64構(gòu)成的。音頻輸入62進(jìn)入SSB頻道模型并產(chǎn)生聲學(xué)音頻輸出69模型。超聲換能器64(即揚(yáng)聲器)由線性濾波器h(t)建模，并一般是自然帶通。NLD的細(xì)節(jié)在圖9A的說(shuō)明中給出。
SSB調(diào)制器70在圖12中被擴(kuò)展，并特別地以載波饋通進(jìn)行上邊帶調(diào)制。假設(shè)在調(diào)制器72中沒(méi)有DC項(xiàng)出現(xiàn)。接收調(diào)制器輸入72，并在求和結(jié)點(diǎn)76之前使用Hilbert變換器74驅(qū)動(dòng)具有實(shí)RE和虛部IM的復(fù)分析信號(hào)。與實(shí)信號(hào)不同，由于帶有等于其正頻率共軛的負(fù)頻率成分，能夠表示出分析信號(hào)沒(méi)有負(fù)頻率成分。調(diào)制器78以 調(diào)制分析信號(hào)，并向右移動(dòng)其頻譜ω0。向在求和結(jié)點(diǎn)76的信號(hào)通路添加常數(shù)1，以便使某些載波信號(hào)通過(guò)。取實(shí)部80恢復(fù)信號(hào)的負(fù)頻率成分。實(shí)際上，信號(hào)邊帶調(diào)制器向右移動(dòng)音頻頻譜ω0并在ω0添加載波音調(diào)。
總結(jié)SSB方法，能夠通過(guò)本發(fā)明降低SSB調(diào)制器對(duì)離散音調(diào)輸入信號(hào)的失真。該失真產(chǎn)物具有等于原始輸入信號(hào)差的頻率。此外，如果調(diào)制指標(biāo)小于一(載波信號(hào)的振幅大于調(diào)制信號(hào)振幅的峰值)，則失真音調(diào)具有低于原始輸入音調(diào)的振幅。于是，如果附加的輸入音調(diào)以失真頻率被注入，則它完全消除了這些“一階”失真產(chǎn)物。其結(jié)果是，“二階”失真產(chǎn)物以附加的音調(diào)差頻被引入。然而，二階失真產(chǎn)物的振幅大大小于原始的失真振幅，結(jié)果得到失真特性的整體的改進(jìn)。以遞歸方式附加的刪除音調(diào)的應(yīng)用進(jìn)一步改進(jìn)了輸出失真。
在失真頻率處注入微弱音調(diào)改進(jìn)了整體的失真。通過(guò)觀察失真的振幅并注入相同振幅而反向的相位的音調(diào)進(jìn)行失真音調(diào)的注入。這可工作是由于SSB頻道模型使輸入音調(diào)通過(guò)而沒(méi)有明顯的振幅或相位的改變，且疊加(求和)施加在聲學(xué)輸出以便于抵消。這假設(shè)統(tǒng)一的增益換能器模型。
在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，希望補(bǔ)償?shù)氖菍拵盘?hào)的失真而不僅是音調(diào)，并必須估計(jì)一般的，寬帶輸入信號(hào)的失真補(bǔ)償?，F(xiàn)在將說(shuō)明估計(jì)寬帶調(diào)制信號(hào)中的失真。
本發(fā)明使用圖13所示的調(diào)制側(cè)失真補(bǔ)償器，這預(yù)示在SSB調(diào)制器之后刪除一階失真補(bǔ)償。通過(guò)實(shí)時(shí)分析SSB頻道模型，能夠如圖13所示估計(jì)失真成分。起始假設(shè)，h(t)單位或1。音頻輸入92是SSB被調(diào)制70，并然后以NLD 66和換能器模型64解調(diào)，以便驅(qū)動(dòng)對(duì)未補(bǔ)償?shù)膮?shù)陣列96的輸出的估計(jì)。或outd(t)＝x(t)+d(t)，其中x(t)是所需的輸入信號(hào)而d(t)是失真。通過(guò)在求和階段99從outd(t)減去輸入信號(hào)，留下了失真產(chǎn)物d(t)100。然后，使用SSB(抑制的載波)調(diào)制器90向上頻移失真產(chǎn)物，得到調(diào)制誤差信號(hào)e(t)102。誤差信號(hào)沒(méi)有載波出現(xiàn)，因?yàn)樗赟SB抑制的載波調(diào)制器90中被除去。在加法器104中從主調(diào)制器輸出106減去這誤差信號(hào)102，以減輕最終聲學(xué)輸出中的一階輸出產(chǎn)物。
這一補(bǔ)償器還對(duì)于h(t)大約為單位的情形起作用。通過(guò)包含換能器反向模型，該系統(tǒng)可被修改以處理任意換能器響應(yīng)。對(duì)此不再詳述，因?yàn)橐韵乱懻摰幕鶐д嫜a(bǔ)償器是最優(yōu)選的實(shí)施例。
現(xiàn)在，將討論基帶失真補(bǔ)償器。另一種降低失真的方法是如圖14所示，從主調(diào)制器輸入減去失真產(chǎn)物。在本發(fā)明中這稱為一階失真補(bǔ)償器。這里，在SSB頻道模型110中忽略換能器響應(yīng)h(t)，因?yàn)槠淠嬖趯?shí)際的換能器之前被施加。h-1(t)和h(t)的級(jí)聯(lián)大約是單位(至少在所需的頻率范圍上)，于是tout(t)＝mod(t)。使用SSB頻道模型估計(jì)音頻失真。從音頻信號(hào)減去估計(jì)的失真信號(hào)部分，這樣降低了聲學(xué)輸出中的失真。
在系統(tǒng)的這一實(shí)施例中，SSB頻道模型110用于驅(qū)動(dòng)對(duì)一階失真產(chǎn)物dist(t)的估計(jì)。通過(guò)使用SSB頻道模型110估計(jì)失真以便估計(jì)失真114，并然后從估計(jì)的失真信號(hào)114減去原始的音頻輸入112留下失真dist(t)。這一失真由參數(shù)c(0＜c≤1)120定標(biāo)，并從原始音頻輸入信號(hào)112減去122，結(jié)果在124是一階預(yù)失真音頻信號(hào)x1(t)。抵消參數(shù)c控制被抵消的一階失真的百分比。
由于SSB頻道模型產(chǎn)生頻率等于輸入差的失真產(chǎn)物，在本系統(tǒng)中任何結(jié)點(diǎn)處沒(méi)有頻率擴(kuò)展發(fā)生。于是，如果輸入帶寬限制在20kHz，則失真dist(t)和預(yù)失真信號(hào)x1(t)的寬帶也限制在20kHz。信號(hào)邊帶調(diào)制器簡(jiǎn)單地右移(轉(zhuǎn)移)x1(t)的頻譜并加上載波。因而，mod(t)的帶寬也限制在20kHz(雖然頻率中心高)。主其主要含義是，實(shí)際的換能器帶寬只需要20kHz寬，且反向?yàn)V波器h-1(t)只需要在所需的20kHz帶上執(zhí)行反向。這種系統(tǒng)的好處之一在于，困難的換能器響應(yīng)可容易地被處理。
通過(guò)遞歸施加附加級(jí)圖14的一階補(bǔ)償器能夠易于擴(kuò)展為更高階補(bǔ)償器。N階失真補(bǔ)償器示于圖15中。這里，預(yù)失真信號(hào)x1(t)用作為向另一失真補(bǔ)償器的輸入等等，直到達(dá)到所需的階。圖15示出，使用SSB頻道模型遞歸地估計(jì)音頻失真。通過(guò)每一級(jí)遞歸從預(yù)失真輸入減去估計(jì)的失真信號(hào)的一部分，這樣降低聲學(xué)輸出中的失真。存在一縮減返回點(diǎn)，在該點(diǎn)當(dāng)補(bǔ)償器遞歸級(jí)增加時(shí)，特別對(duì)于高調(diào)制指數(shù)，不能獲得進(jìn)一步的改進(jìn)。
如圖16所示，N階失真補(bǔ)償器還可以看作是從音頻輸入減去的失真模型的級(jí)聯(lián)。能夠表示出，圖16的N階失真補(bǔ)償器另外的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖15的框圖，并給出對(duì)補(bǔ)償器操作的附加的洞悉。從圖15的框圖看出，預(yù)失真輸入信號(hào)是由以下給出的xi+1(t)＝xi(t)-ci(M(xi(t))-x0(t)) i＝0，1，2，...，N-1(方程式4)其中M(·)頻道模型而x0(t)定義為輸入；x0(t)＝x(t)。以下作為頻道模型輸出及其輸入之間的差定義失真產(chǎn)生器系統(tǒng)D(·)，D(xi(t))＝M(xi(t))-xi(t)， (方程式5)設(shè)對(duì)所有i抵消參數(shù)為單位ci＝1。注意D(xi(t))為由非線性設(shè)備產(chǎn)生的失真或誤差信號(hào)。只有當(dāng)設(shè)備無(wú)失真時(shí)它才是零。組合方程式(4)和(5)，得到預(yù)失真信號(hào)的另一表示式，xi+1(t)＝x0(t)-D(xi(t)) i＝0，1，2，...，N-1(方程式6)方程式(6)在圖16中描述，并表示N階失真補(bǔ)償器可被看作從原始音頻輸入減去的失真模型的級(jí)聯(lián)。
SSB頻道模型可被簡(jiǎn)化，這產(chǎn)生了對(duì)于失真補(bǔ)償器更有效的實(shí)現(xiàn)。圖17示出基于Hilbert變換的AM調(diào)制器對(duì)于任何載波頻率的工作情形，包括ω0＝0。進(jìn)行這一替換允許SSB頻道模型作為Hilbert變換輸入的平方量值而被實(shí)現(xiàn)。
由于SSB頻道模型用作為失真控制器的一部分，因而可以進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)。SSB頻道模型(排除換能器響應(yīng))在圖17的頂部150被擴(kuò)展。使用Hilbert變換AM解調(diào)器的性質(zhì)之一是，它獨(dú)立于調(diào)制器的載波頻率而工作。這包括ω0＝0。進(jìn)行這一替換免除了必須作一階Hilbert變換160，取決于硬件實(shí)現(xiàn)170，節(jié)省了相當(dāng)?shù)牧康碾娐坊駾SP(數(shù)字信號(hào)處理器)資源。
N階遞歸失真補(bǔ)償器的基本原理對(duì)于振幅調(diào)制器也是有效的。如圖18所示，頻道模型必須重新定義以便包含AM調(diào)制器。把AM頻道模型替換到基帶補(bǔ)償器，結(jié)果得到一有效的失真控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)避免了單邊帶調(diào)制器的復(fù)雜性。與SSB情形不同的是，帶寬擴(kuò)展是AM的情形下的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)锳M調(diào)制器有加倍信號(hào)帶寬的性質(zhì)。在AM的情形，通過(guò)在來(lái)自圖18的AM頻道模型中的替換以及AM調(diào)制器代替SSB調(diào)制器，圖15的N階失真補(bǔ)償器被修改。
超聲換能器一般將消去或衰減AM頻譜的下邊帶的一部分。因此，濾波器g(t)在AM頻道模型中被求平方以便仿真這一衰減。對(duì)這一濾波器最小的要求是，它應(yīng)當(dāng)是線性濾波器，并具有類(lèi)似于系統(tǒng)中所使用實(shí)際的換能器的帶通特性。該濾波器應(yīng)當(dāng)作為補(bǔ)償濾波器和換能器濾波器的級(jí)聯(lián)被建模，即g(t)＝hcomp(t)*h(t) (方程式7)其中“*”是卷積算子，hcomp(t)是補(bǔ)償濾波器，h(t)是換能器響應(yīng)。
有兩個(gè)可替代的方法設(shè)計(jì)補(bǔ)償濾波器。第一個(gè)選擇是選擇hcomp(t)作為換能器響應(yīng)h(t)的近似逆。這一選擇將展平級(jí)聯(lián)g(t)的振幅響應(yīng)，并使相位線性化。這種情形下，如圖15下面部分，g(t)是換能器的逆與換能器濾波器的級(jí)聯(lián)的模型。這是優(yōu)選的選擇，因?yàn)楹艿碗A(一階)的失真控制器是有效的。
第二個(gè)選擇是以hcomp(t)只對(duì)換能器模型的相位作補(bǔ)償。在級(jí)聯(lián)g(t)中將存在增益隨頻率的變化。例如在這一情形下，一對(duì)相等振幅的音調(diào)可能以不同振幅出現(xiàn)在輸出處。這一振幅誤差將作為失真對(duì)待。N階補(bǔ)償器的作用是使兩個(gè)音調(diào)之間的振幅差相等，并改進(jìn)失真。然而，當(dāng)與使用相位和振幅補(bǔ)償進(jìn)行比較時(shí)，性能受到影響。
例如，如果使用從40kHz到50kHz滾降40dB的換能器，以及1kHz和9kHz兩個(gè)相等振幅的音調(diào)輸入到未補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，結(jié)果是～35dB振幅失配。一個(gè)6階所補(bǔ)償器將僅降低振幅失配到3dB。既使用相位又使用振幅補(bǔ)償只要二階補(bǔ)償器即給出較好的整體結(jié)果。
如果在整個(gè)AM調(diào)制頻譜換能器響應(yīng)是一，或?qū)ι虾拖逻厧ьl率(40kHz帶寬)是一響應(yīng)，則可進(jìn)行AM頻道模型相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。一響應(yīng)一般不是這種情形，因?yàn)楹茈y構(gòu)成寬帶換能器。
另一有用的簡(jiǎn)化是降低AM頻道模型中的AM調(diào)制器的載波頻率，并下移濾波器g(t)的頻率響應(yīng)，使得它相對(duì)于載波處于正確的位置。最后的調(diào)制器保持在所需的載波頻率。只有AM頻道模型中的調(diào)制器的載波頻率被降低。這些變化保留了AM頻道模型的輸入/輸出關(guān)系，但是降低了最大信號(hào)頻率到兩倍系統(tǒng)帶寬(例如對(duì)于20kHz系統(tǒng)的40kHz的最大頻率)。通過(guò)降低采樣率這簡(jiǎn)化了基于DSP的實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)理解，上述配置只是本發(fā)明原理的應(yīng)用示例。業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員可設(shè)計(jì)出各種改型和替代配置而不背離本發(fā)明的精神和范圍。所附權(quán)利要求旨在函蓋這種改型和配置。
權(quán)利要求
1.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，以便產(chǎn)生載波頻率；一個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以便產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，其中至少一個(gè)音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換為邊帶頻率，它們按至少一個(gè)音頻信號(hào)的頻率值從載波頻率分離出來(lái)；與調(diào)制器連接的一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)通過(guò)修改調(diào)制信號(hào)，補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真，逼近應(yīng)當(dāng)由系統(tǒng)輸出的理想的音頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器通過(guò)比較調(diào)制信號(hào)與對(duì)參數(shù)解調(diào)失真建模的基準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)固有的參數(shù)解調(diào)失真，并從而產(chǎn)生反向的誤差差值，返回添加到基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的調(diào)制信號(hào)中，以校正失真。
3.如權(quán)利要求2中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括一個(gè)非線性解調(diào)器，仿真超聲信號(hào)的解調(diào)；與非線性解調(diào)器連接的一個(gè)換能器模型，仿真系統(tǒng)換能器；與換能器模型連接的一個(gè)差值處理器，計(jì)算原始音頻信號(hào)與與非線性解調(diào)器和換能器模型產(chǎn)生的仿真的失真音頻信號(hào)之間的失真差；以及一個(gè)求和結(jié)點(diǎn)，把從差值處理器接收的失真差加到原始音頻信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括遞歸地鏈接在一起的多個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，以便向調(diào)制信號(hào)施加迭代的失真校正。
5.如權(quán)利要求4中的信號(hào)處理器，其中遞歸地鏈接在一起的多個(gè)誤差校正補(bǔ)償器還包括小于8次遞歸地鏈接的誤差校正補(bǔ)償器。
6.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括對(duì)于參數(shù)揚(yáng)聲器解調(diào)的二次導(dǎo)函數(shù)的至少局部調(diào)制信號(hào)校正。
7.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)還包括一高頻參數(shù)換能器，以便發(fā)射調(diào)制的信號(hào)，其中換能器具有高通濾波器特性，把參數(shù)換能器在可聞聽(tīng)范圍以內(nèi)或稍微以上的頻率處的邊帶輸出降低到最小。
8.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括高通濾波器，以便把參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)在可聞聽(tīng)范圍內(nèi)或附近的邊帶頻率降低到最小。
9.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中調(diào)制器只產(chǎn)生載波頻率之上的邊帶頻率，以允許載波頻率處于較低的頻率，同時(shí)避免在載波頻率和邊帶頻率中的可聞聽(tīng)失真。
10.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括非線性解調(diào)器，以便產(chǎn)生失真的信號(hào)，該信號(hào)仿真超聲調(diào)制輸入到聲學(xué)音頻輸出的轉(zhuǎn)換。
11.如權(quán)利要求10中的信號(hào)處理器，其中非線性解調(diào)器還包括一個(gè)AM解調(diào)器，去除來(lái)自超聲聲學(xué)輸入的載波頻率；與AM解調(diào)器連接的求平方函數(shù)處理器，對(duì)來(lái)自參數(shù)揚(yáng)聲器與調(diào)制包絡(luò)的平方成正比的二次結(jié)果輸出建模；與求平方函數(shù)連接的高通濾波器，去除來(lái)自求平方函數(shù)處理器的直流(DC)輸出成分；以及與高通濾波器連接的增益模塊，定標(biāo)所仿真聲學(xué)音頻輸出。
12.如權(quán)利要求11中的信號(hào)處理器，其中AM解調(diào)器還包括一個(gè)Hilbert變換器，移動(dòng)輸入音調(diào)相位；以及與Hilbert變換器連接的量值處理器，計(jì)算瞬時(shí)信號(hào)振幅。
13.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括單邊帶頻道模塊。
14.如權(quán)利要求13中的信號(hào)處理器，其中單邊帶頻道模塊還包括單邊帶調(diào)制器，接收音頻信號(hào)并以載波信號(hào)調(diào)制音頻信號(hào)；換能器響應(yīng)，接收來(lái)自單邊帶調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)，其中換能器響應(yīng)對(duì)未補(bǔ)償?shù)膮?shù)換能器建模；以及與換能器響應(yīng)連接的非線性解調(diào)器，其中調(diào)制器接收調(diào)制的信號(hào)，并對(duì)來(lái)自參數(shù)揚(yáng)聲器與調(diào)制包絡(luò)平方成正比的二次結(jié)果輸出建模。
15.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中通過(guò)向理想的音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)生成理想的音頻信號(hào)，且其中理想的信號(hào)用作為基準(zhǔn)，以便修改調(diào)制的信號(hào)，并校正固有的參數(shù)解調(diào)失真。
16.如權(quán)利要求1中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)器失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
17.如權(quán)利要求16中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
18.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，產(chǎn)生載波頻率，其中載波頻率包含在單邊帶(SSB)信號(hào)中；一個(gè)調(diào)制器，用于(i)接收可聞聽(tīng)范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，并把該音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率上，以便產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，以及(ii)用于把調(diào)制的信號(hào)的載波頻率降低到接近可聞聽(tīng)范圍上限的值，其中音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換到邊帶頻率，這些頻率是從載波頻率按音頻信號(hào)的頻率值分離出來(lái)的。
19.如權(quán)利要求18中的信號(hào)處理器，其中單邊帶信號(hào)(SSB)還包括失真補(bǔ)償器，校正參數(shù)解調(diào)失真。
20.如權(quán)利要求19中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償器使用通過(guò)向理想音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)而生成的理想音頻信號(hào)，其中理想信號(hào)用作為修改調(diào)制信號(hào)并校正固有參數(shù)解調(diào)失真的基準(zhǔn)。
21.如權(quán)利要求19中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償器補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)器失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
22.如權(quán)利要求21中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
23.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，產(chǎn)生載波頻率，其中載波頻率包含在具有截?cái)嗟牟糠值慕財(cái)嗟碾p邊帶(TDSB)信號(hào)中；一個(gè)調(diào)制器，用于接收(i)可聞聽(tīng)范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，并把該音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率上，以便產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，以及(ii)用于把調(diào)制的信號(hào)的載波頻率和截?cái)嗖糠诸l率降低到接近可聞聽(tīng)范圍上限的值，其中音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換到邊帶頻率，這些頻率是從載波頻率按音頻信號(hào)的頻率值分離出來(lái)的。
24.如權(quán)利要求23中的信號(hào)處理器，其中截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)信號(hào)還包括失真補(bǔ)償器，校正參數(shù)解調(diào)失真。
25.如權(quán)利要求24中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償器使用通過(guò)向理想音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)而生成的理想音頻信號(hào)，其中理想信號(hào)用作為修改調(diào)制信號(hào)并校正固有參數(shù)解調(diào)失真的基準(zhǔn)。
26.如權(quán)利要求24中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償器補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
27.如權(quán)利要求26中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
28.用于在空氣中使用的參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的信號(hào)處理器，包括一個(gè)單邊帶(SSB)調(diào)制器，接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并以音頻信號(hào)調(diào)制單邊帶載波信號(hào)，生成具有信號(hào)包絡(luò)和帶寬的調(diào)制信號(hào)；一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，被連接以便從SSB調(diào)制器接收調(diào)制信號(hào)，并使單邊帶(SSB)調(diào)制信號(hào)的信號(hào)包絡(luò)基本上與已經(jīng)被預(yù)處理的理想信號(hào)匹配，以便校正參數(shù)調(diào)制失真，其中音頻信號(hào)包含基本上在音頻信號(hào)帶寬內(nèi)相加的校正頻率。
29.如權(quán)利要求28中的信號(hào)處理器，其中單邊帶調(diào)制信號(hào)由頻率降低的調(diào)制信號(hào)組成，該頻率略為在可聞聽(tīng)范圍之上。
30.如權(quán)利要求28中的信號(hào)處理器，其中單邊帶(SSB)調(diào)制器還包括接收音頻信號(hào)的Hilbert變換器；與Hilbert變換器連接的求和結(jié)點(diǎn)，允許載波信號(hào)一部分通過(guò)；與求和結(jié)點(diǎn)連接的調(diào)制器，以單邊帶(SSB)載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)；以及與調(diào)制器連接的實(shí)信號(hào)處理器，接收調(diào)制信號(hào)并恢復(fù)信號(hào)的負(fù)頻率成分。
31.如權(quán)利要求28中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括非線性解調(diào)器，其中解調(diào)器仿真介質(zhì)非線性失真。
32.如權(quán)利要求31中的信號(hào)處理器，其中非線性解調(diào)器還包括一個(gè)AM解調(diào)器，去除來(lái)自超聲聲學(xué)輸入的超聲載波信號(hào)；連接的求平方函數(shù)處理器，接收來(lái)自AM解調(diào)器的輸出，對(duì)來(lái)自參數(shù)揚(yáng)聲器與調(diào)制包絡(luò)的平方成正比的二次結(jié)果輸出建模；高通濾波器，去除求平方函數(shù)處理器輸出的直流(DC)成分；以及與高通濾波器連接的增益模塊，定標(biāo)聲學(xué)音頻輸出。
33.如權(quán)利要求32中的信號(hào)處理器，其中AM解調(diào)器還包括一個(gè)Hilbert變換器，移動(dòng)輸入音調(diào)相位；以及與Hilbert變換器連接的量值處理器，計(jì)算信號(hào)的瞬時(shí)信號(hào)振幅。
34.用于在空氣中使用的參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括雙邊帶(DSB)調(diào)制器，接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并以音頻信號(hào)調(diào)制雙邊帶載波信號(hào)，生成具有上邊帶頻率，下邊帶頻率，信號(hào)包絡(luò)和帶寬的調(diào)制信號(hào)；一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，接收調(diào)制信號(hào)，并通過(guò)基本在DSB調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的校正頻率信號(hào)相加使調(diào)制信號(hào)的信號(hào)包絡(luò)與理想信號(hào)基本匹配，其中當(dāng)音頻信號(hào)包含多頻率時(shí)理想信號(hào)已經(jīng)以平方根函數(shù)預(yù)處理。
35.如權(quán)利要求34中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
36.如權(quán)利要求35中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
37.用于在空氣中使用的參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)調(diào)制器，接收至少一個(gè)音頻信號(hào)，并以音頻信號(hào)調(diào)制截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)載波信號(hào)，生成調(diào)制的信號(hào)，該信號(hào)具有(i)上邊帶頻率，以及(ii)以高通特性截?cái)嗟南逻厧ьl率，其中調(diào)制的信號(hào)這時(shí)能夠由參數(shù)揚(yáng)聲器重放。
38.如權(quán)利要求37中的信號(hào)處理器，還包括一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，接收來(lái)自調(diào)制器的截?cái)嚯p邊帶調(diào)制(TDSB)信號(hào)，并使TDSB調(diào)制信號(hào)的信號(hào)包絡(luò)與一理想信號(hào)匹配，當(dāng)音頻信號(hào)包含多個(gè)頻率時(shí)該理想信號(hào)已經(jīng)以參數(shù)解調(diào)函數(shù)預(yù)處理。
39.如權(quán)利要求38中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還通過(guò)使基本在TDSB調(diào)制信號(hào)的帶寬內(nèi)的頻率信號(hào)相加校正截?cái)嗟碾p邊帶(TDSB)調(diào)制信號(hào)。
40.如權(quán)利要求37中的信號(hào)處理器，其中截?cái)嚯p邊帶調(diào)制(TDSB)信號(hào)具有由高通濾波器按預(yù)定濾波范圍截?cái)嗟南逻厧А?br> 41.如權(quán)利要求38中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還包括非線性解調(diào)器，其中解調(diào)器提供在實(shí)際參數(shù)解調(diào)中生成的估計(jì)的失真。
42.如權(quán)利要求41中的信號(hào)處理器，其中非線性解調(diào)器還包括一個(gè)AM解調(diào)器，提供解調(diào)輸出；與AM解調(diào)器連接的求平方函數(shù)處理器，對(duì)來(lái)自參數(shù)揚(yáng)聲器與調(diào)制包絡(luò)的平方成正比的二次結(jié)果輸出建模；高通濾波器，去除求平方函數(shù)處理器的輸出的直流(DC)成分；以及增益模塊，定標(biāo)從高通濾波器接收的聲學(xué)音頻輸出。
43.如權(quán)利要求38中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器使用通過(guò)向理想音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)而生成的理想音頻信號(hào)，其中理想信號(hào)用作為修改調(diào)制信號(hào)并校正固有參數(shù)解調(diào)失真的基準(zhǔn)。
44.如權(quán)利要求38中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
45.如權(quán)利要求44中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
46.用于產(chǎn)生降低了失真的音頻信號(hào)的一種方法，該音頻信號(hào)用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該方法包括步驟(a)接收至少一個(gè)音頻信號(hào)；(b)產(chǎn)生載波頻率，該載波頻率以至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生帶有邊帶頻率的調(diào)制的信號(hào)；(c)通過(guò)以相加的基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的頻率修改調(diào)制信號(hào)，補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器解調(diào)中固有的參數(shù)解調(diào)失真，以便逼近理想的調(diào)制包絡(luò)。
47.如權(quán)利要求46中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器使用通過(guò)向理想音頻信號(hào)施加平方根函數(shù)而生成的理想音頻信號(hào)，其中理想信號(hào)用作為修改調(diào)制信號(hào)并校正固有參數(shù)解調(diào)失真的基準(zhǔn)。
48.如權(quán)利要求46中的方法，其中補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真被用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
49.如權(quán)利要求48中的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
50.權(quán)利要求46的方法，其中步驟(c)還包括以下步驟比較調(diào)制信號(hào)與理想音頻信號(hào)，理想信號(hào)已被施加參數(shù)解調(diào)失真，從而產(chǎn)生反向的誤差信號(hào)；把反向的誤差信號(hào)返回加到調(diào)制信號(hào)，以產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制信號(hào)，提供給換能器用于音頻重放。
51.權(quán)利要求50的方法，其中比較調(diào)制信號(hào)與理想音頻信號(hào)，并然后把反向的誤差信號(hào)返回加到調(diào)制信號(hào)的步驟還包括至少兩次遞歸反復(fù)比較并求和的步驟。
52.權(quán)利要求51的方法，其中遞歸反復(fù)比較并求和的步驟還包括遞歸反復(fù)比較并求和直到誤差校正處于選擇的誤差量?jī)?nèi)的步驟。
53.權(quán)利要求51的方法，其中遞歸反復(fù)比較并求和的步驟還包括遞歸反復(fù)比較并求和小于8次的步驟。
54.權(quán)利要求51的方法，其中遞歸反復(fù)比較并求和的步驟還包括遞歸反復(fù)比較并求和直到失真項(xiàng)處于最低可能值的步驟。
55.權(quán)利要求46的方法，其中步驟(b)還包括產(chǎn)生具有截?cái)嗟南逻厧У妮d波頻率的步驟，然后該載波頻率以至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制以產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)。
56.權(quán)利要求46的方法，其中步驟(b)還包括產(chǎn)生以至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制的載波頻率的步驟，以產(chǎn)生只有載波頻率以上的單邊帶的調(diào)制信號(hào)。
57.權(quán)利要求46的方法，其中步驟(c)還包括包含補(bǔ)償至少一個(gè)音頻信號(hào)的失真的步驟，該失真是由于在高信號(hào)電平下傳輸介質(zhì)的飽和所至。
58.權(quán)利要求46的方法，其中步驟(c)還包括對(duì)載波頻率進(jìn)行與音頻信號(hào)電平相關(guān)的調(diào)頻的步驟。
59.產(chǎn)生降低了失真的音頻信號(hào)的一種方法，該音頻信號(hào)用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該方法包括步驟(a)接收至少一個(gè)音頻信號(hào)；(b)產(chǎn)生載波頻率，該載波頻率以至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生帶有邊帶頻率的調(diào)制的信號(hào)；(c)通過(guò)對(duì)音頻信號(hào)施加校正，補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器解調(diào)中固有的參數(shù)解調(diào)失真，其中向調(diào)制信號(hào)施加1/2的校正指數(shù)，并在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)校正指數(shù)增加并接近一。
60.如權(quán)利要求59的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
61.如權(quán)利要求59中的方法，其中補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器解調(diào)中固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即當(dāng)對(duì)于40Khz基準(zhǔn)頻率信號(hào)功率低于大約135dB時(shí)向調(diào)制信號(hào)施加平方根，并然后對(duì)于40kHz的信號(hào)在調(diào)制信號(hào)功率接近140dB時(shí)增加平方根校正到一。
62.如權(quán)利要求59中的方法，其中補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器解調(diào)中固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即當(dāng)對(duì)于30Khz基準(zhǔn)頻率信號(hào)功率低于大約138dB時(shí)向調(diào)制信號(hào)施加平方根，并然后對(duì)于30kHz的信號(hào)在調(diào)制信號(hào)功率接近143dB時(shí)增加到一。
63.如權(quán)利要求59中的方法，其中補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)，線性增加施加給信號(hào)的1/2校正指數(shù)到接近一的指數(shù)。
64.如權(quán)利要求59中的方法，其中補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)，根據(jù)一個(gè)二次方程式，增加施加給信號(hào)的1/2校正指數(shù)到接近一的指數(shù)。
65.如權(quán)利要求59中的方法，其中補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟還包括這樣的步驟，即在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)，根據(jù)一個(gè)三次方程式，增加施加給信號(hào)的1/2校正指數(shù)到接近一的指數(shù)。
66.用于產(chǎn)生降低了失真的音頻信號(hào)的一種方法，該音頻信號(hào)用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該方法包括步驟(a)接收至少一個(gè)音頻信號(hào)；(b)產(chǎn)生載波頻率，該載波頻率以至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生帶有邊帶頻率的調(diào)制的信號(hào)；(c)補(bǔ)償參數(shù)揚(yáng)聲器中固有的參數(shù)解調(diào)失真，使用1/2解調(diào)指數(shù)確定調(diào)制的信號(hào)失真，然后該信號(hào)失真用來(lái)校正信號(hào)，其中在調(diào)制信號(hào)功率增加時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
67.如權(quán)利要求66的信號(hào)處理器，其中在調(diào)制信號(hào)接近飽和時(shí)解調(diào)指數(shù)增加并接近一。
68.如權(quán)利要求66的信號(hào)處理器，其中調(diào)制信號(hào)是雙邊帶調(diào)制信號(hào)。
69.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，以便產(chǎn)生載波頻率；一個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以便產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，其中至少一個(gè)音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換為邊帶頻率，它們按至少一個(gè)音頻信號(hào)的頻率值從載波頻率分離出來(lái)；與調(diào)制器連接的一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，通過(guò)基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)修改調(diào)制信號(hào)，補(bǔ)償換能器的失真，逼近應(yīng)當(dāng)由系統(tǒng)輸出的理想的音頻信號(hào)。
70.如權(quán)利要求69中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器還通過(guò)基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)修改調(diào)制信號(hào)，校正固有的參數(shù)解調(diào)失真，逼近應(yīng)當(dāng)由系統(tǒng)輸出的理想的音頻信號(hào)。
71.如權(quán)利要求69中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器通過(guò)比較調(diào)制信號(hào)與對(duì)參數(shù)調(diào)制失真建模的基準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)換能器失真，并從而產(chǎn)生反向的誤差差值，返回添加到基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的調(diào)制信號(hào)中，以校正失真。
72.如權(quán)利要求70中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器通過(guò)比較調(diào)制信號(hào)與對(duì)參數(shù)調(diào)制失真建模的基準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)固有的參數(shù)解調(diào)失真，并從而產(chǎn)生反向的誤差差值，返回添加到基本在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的調(diào)制信號(hào)中，以校正失真。
73.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，以便產(chǎn)生載波頻率；一個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以便產(chǎn)生具有帶寬的調(diào)制的信號(hào)，其中至少一個(gè)音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換為邊帶頻率，它們按至少一個(gè)音頻信號(hào)的頻率值從載波頻率分離出來(lái)；與調(diào)制器連接的一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，通過(guò)向至少一個(gè)音頻信號(hào)施加平方根并截?cái)嗾{(diào)制信號(hào)帶寬，補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真。
74.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償基本在截?cái)嗟恼{(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)施加。
75.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中失真補(bǔ)償基本在節(jié)目資料內(nèi)施加。
76.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中使用低通濾波器截?cái)噙x擇的高頻而截?cái)鄮挕?br> 77.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中使用高通濾波器截?cái)噙x擇的低頻而截?cái)鄮挕?br> 78.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中使用通帶濾波器截?cái)噙x擇的高頻以上和選擇的低頻以下的頻率而截?cái)鄮挕?br> 79.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中帶寬被截?cái)酁橛邢薜膸?，這一帶寬在可聞聽(tīng)范圍內(nèi)不產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)上可覺(jué)察的校正項(xiàng)。
80.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于至少一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?5kHz或更小。
81.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于每一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?5kHz或更小。
82.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于至少一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?5kHz或更小。
83.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于每一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?5kHz或更小。
84.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于至少一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?kHz或更小。
85.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于每一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?kHz或更小。
86.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于至少一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?0kHz或更小。
87.如權(quán)利要求73中的信號(hào)處理器，其中對(duì)于每一組邊帶頻率帶寬被截?cái)酁?0kHz或更小。
88.用于參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一種信號(hào)處理器，包括至少一個(gè)載波頻率產(chǎn)生器，以便產(chǎn)生載波頻率；一個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器接收至少一個(gè)音頻信號(hào)并把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以便產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，其中至少一個(gè)音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換為邊帶頻率，它們按至少一個(gè)音頻信號(hào)的頻率值從載波頻率分離出來(lái)；與調(diào)制器連接的一個(gè)誤差校正補(bǔ)償器，補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)的失真，這是通過(guò)作為線性函數(shù)計(jì)算包絡(luò)解調(diào)函數(shù)，于是能夠確定線性函數(shù)的校正，其與原始信號(hào)結(jié)合，以便去除失真。
89.如權(quán)利要求88中的信號(hào)處理器，其中誤差校正補(bǔ)償器選擇一線性函數(shù)校正y與輸入信號(hào)x組合，通過(guò)滿足方程式1+2y+y2＝1+x消除失真。
90.用于在參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)中失真校正的方法，包括步驟產(chǎn)生載波頻率；把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以便產(chǎn)生具有帶寬和邊帶的調(diào)制信號(hào)；通過(guò)向至少一個(gè)音頻信號(hào)施加平方根并截?cái)嗾{(diào)制信號(hào)帶寬而補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真。
91.如權(quán)利要求90中的信號(hào)處理器，還包括基本在截?cái)嗟恼{(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟。
92.如權(quán)利要求90中的信號(hào)處理器，還包括基本在節(jié)目資料內(nèi)補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟。
93.用于在參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)中失真校正的方法，包括步驟產(chǎn)生載波頻率；把至少一個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率，以產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)；補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)的失真，這是通過(guò)作為線性函數(shù)計(jì)算包絡(luò)解調(diào)函數(shù)，于是能夠確定線性函數(shù)的校正，其與原始信號(hào)結(jié)合，以便去除失真。
94.如權(quán)利要求93中的信號(hào)處理器，還包括補(bǔ)償固有的參數(shù)解調(diào)失真的步驟，這是通過(guò)選擇一線性函數(shù)校正y與輸入信號(hào)x組合，通過(guò)滿足方程式1+2y+y2＝1+x消除失真。
全文摘要
當(dāng)以飽和電平及低于飽和電平驅(qū)動(dòng)空氣時(shí),參數(shù)揚(yáng)聲器系統(tǒng)使用改進(jìn)的調(diào)制器,以補(bǔ)償在空氣中參數(shù)處理的非線性(NLD)。參數(shù)揚(yáng)聲器使用預(yù)處理的單邊帶(SSB)調(diào)制器,該調(diào)制器提供理想的線性,其特征是平方根預(yù)處理雙邊帶調(diào)制器,但具有低載波頻率且沒(méi)有寬的帶寬需求。通過(guò)去除某些或全部低邊帶,能夠降低載波頻率而不會(huì)產(chǎn)生可聞聽(tīng)范圍的邊帶頻率。低的工作頻率的結(jié)果是,在達(dá)到空氣的飽和極限之前有較大的轉(zhuǎn)換效率和較大的輸出能力。預(yù)處理器把對(duì)于雙邊帶、截?cái)嗟碾p邊帶或單邊帶處理的飽和極限的效應(yīng)降低到最小,以實(shí)現(xiàn)較高的輸出。
文檔編號(hào)H04R3/00GK1378764SQ00814170
公開(kāi)日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月26日
發(fā)明者邁克爾·E·斯潘塞, 詹姆斯·J·克羅夫特三世, 約瑟夫·O·諾里斯, 西努·瑞迪 申請(qǐng)人:美國(guó)技術(shù)公司