專利名稱：一種低音增效處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種音箱中音頻信號的處理方法，尤其是關(guān)于一種低音信號的處理方法。
背景技術(shù)：
音響系統(tǒng)的小型化是產(chǎn)品的一個重要方向，家庭用的音響系統(tǒng)為了得到優(yōu)秀的發(fā)聲效果目前大量采用分頻段發(fā)音的方法(如5.1聲道技術(shù)和系統(tǒng))，對不同的頻段用不同特性的音箱發(fā)聲，主要的原因在于目前不可能一個音箱能提供音頻全頻段的高保真放音效果，目前在低音段，普遍采用低音專用音箱(一般稱為“低音炮”)放音。一般而言，小型化的放音系統(tǒng)一般不要求全頻段的放音效果，但相對而言，在小型化設(shè)備中對低音效果的損害遠遠大于較大型設(shè)備中的低音效果，因此對于小型化設(shè)備中的低音放音效果的處理和提升顯得尤為重要。
低音效果的不理想的原因是物理性的，就物理原因而言，是電聲換能器(如揚聲器等)固有的低頻響應的問題。電聲換能器在低頻信號驅(qū)動時，其聲音響度和音質(zhì)會大大下降(低音質(zhì)、低效率)，造成我們無法聽到或僅僅聽到部分低頻聲音。低頻信號轉(zhuǎn)換成聲音的低效根源是揚聲器的尺寸遠小于聲頻信號的波長。頻率在20Hz-300Hz的聲頻信號的波長大約在1-10米范圍內(nèi)，而電聲換能器的物理尺寸遠小于該波長，甚至在某些情況下，換能器的尺寸大約是低頻信號波長的1/100。該先天性的缺陷導致了換能器在低頻信號時的轉(zhuǎn)換效率遠小于在高頻聲頻信號時的轉(zhuǎn)換效率，從而損害低頻的輸出效果。
進一步損害低頻生理聲學感觀效果的原因來源于人的聽覺系統(tǒng)的反映，從生理聲學原理中，我們知道，聲音頻率小于300Hz(和大于5000Hz)時，人耳對于該頻段的響應的生理曲線是非線性的，因此在復雜聲頻中(包括大范圍的頻率)，低頻、中頻、高頻的平衡與整個聲音信號的強度有關(guān)，從而構(gòu)成復雜的相互間關(guān)系(低頻、中頻和高頻)。當調(diào)低音樂信號整個聲壓級(SPL)時，中高頻的響度相應衰減，但低頻范圍響度的衰減因子將更高，造成低音效果的迅速下降，因此，控制聽覺的低頻生理聲學感知是非常困難的。
目前處理這種效應的方法主要是通過補償來改善該效應的低頻聲音信號，這樣做的效果同時引來其他無法解決的問題，即提升低頻信號的幅度補償會導致音頻聲波的失真，會帶來一些新的問題，如要求擴大音頻信號動態(tài)范圍和容易造成音響設(shè)備的過載，而且改善由于揚聲器造成的低頻聲波的衰減(其聲壓在其截止頻率以下以每倍頻程約40dB衰減)往往會增加器件和材料成本，在大量應用的場合(如多媒體音箱)，對于生產(chǎn)成本控制是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能完善音箱產(chǎn)品低音效果且成本較低的低音增效處理的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該一種低音增效處理的方法，其是將低頻段的基頻信號變換成諧波信號進行處理。
所述的低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理后產(chǎn)生多次諧波信號。
所述的基頻信號產(chǎn)生的響度和諧波信號產(chǎn)生的響度匹配。
所述的基頻的各次諧波分量是將基頻信號與各控制信號相乘運算得到。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點通過將低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理成較高頻率的多次諧波，從而利用諧波信號易于處理的優(yōu)點而達到同樣的低頻處理效果，而且由于僅僅是在處理方法上進行了改進，而不需要對設(shè)備進行改進，進而在保證低音效果的同時也降低了音箱產(chǎn)品的成本。

圖1是本發(fā)明一種低音增效處理的方法的原理圖。
具體實施方式本發(fā)明一種低音增效處理的方法是將低頻段的音頻(基頻)用其多次諧波信號代替，通過對該具有較高頻率的多次諧波信號進行處理，進而達到同樣的低頻效果。對于一個輸入信號為70HZ的低頻信號，經(jīng)過處理后產(chǎn)生包括了70HZ(基頻)、140HZ(二次諧波)、210HZ(三次諧波)、280HZ(四次諧波)......等各次諧波的輸出信號，這些諧波信號能夠組合出原來70HZ(基頻)信號的音調(diào)和音色，從而可以替代原來的基頻信號。一般的，輸入的低頻信號(基頻)經(jīng)過一系列的處理后，產(chǎn)生了多次諧波，通過對主要的2、3、4次諧波能量的控制就能較好的調(diào)整音頻的響度和音色，從而達到較佳的音頻處理效果。
在上述方式中，為了提高低音的聽覺效果，產(chǎn)生諧波信號是必須的，該產(chǎn)生諧波信號的辦法有許多，主要是將信號通過非線性器件或非線性運算(如全波整流，限幅器等)。另外，同樣能量條件下基頻信號產(chǎn)生的響度效果和諧波信號產(chǎn)生的響度效果是不一樣的，要使人耳在感覺上產(chǎn)生響度的一致性，必須控制多次諧波的能量分布，從而獲得滿意的音頻處理效果，所以，在用諧波提升音頻低音聲效過程中，必須要控制各諧波(或主要諧波)的能量，以使諧波的能量和基頻的能量相匹配，即需要基頻信號產(chǎn)生的響度和諧波信號產(chǎn)生的響度匹配。
請參閱圖1，其為本發(fā)明的原理圖。低頻信號S1輸入到乘法器2與S7進行乘法運算后得到信號S2，通過適當?shù)目刂?，S2的諧波以2次諧波分量為主；乘法器4將經(jīng)過幅度調(diào)整的信號與低頻信號S1相乘后得到信號S3，S3的諧波以3次諧波分量為主；同理，S4以4次諧波分量為主。乘法器8、乘法器16、乘法器14用于進一步控制信號的諧波分量的幅度，從而影響信號S6的諧波各分量的能量分布；具體地，乘法器8主要控制S4的4次諧波分量，結(jié)果為信號S5，其能量由控制信號20決定，控制信號20是實時變化的量，由信號控制計19計算得到；同樣，乘法器16主要控制S3的3次諧波分量；乘法器14主要控制S2的2次諧波分量。乘法器12可以控制整個信號諧波能量的分布，進一步加強了對諧波信號能量的控制。圖中的常量衰減器3、5、7、11用于對于諧波的總體固定控制。固定控制和時變控制CS1、CS2、CS3及CS4相結(jié)合構(gòu)成了對于諧波信號能量分布的有效控制。通過計算仿真可選擇常量衰減器3、5、7、11中的參數(shù)g2、g3、g4、g1，可滿足一定動態(tài)范圍內(nèi)的信號的諧波能量的控制要求，進一步較精確的控制由時變控制CS1、CS2、CS3和CS4完成。所述的控制信號計算19是根據(jù)心理聲學的內(nèi)容，來確定基頻和諧波能量的關(guān)系、諧波的分量組成及能量分布。
上述實施方式中，S7是一個包含多次諧波的信號，因為各次諧波的能量分布基本預先確定，可通過S7信號的包絡提取出需要控制的諧波的能量，通過不同次數(shù)的諧波能量，即可產(chǎn)生該次諧波的控制信號，即圖中的控制信號20、21、22，通過乘法器8、16、14從而控制下一次諧波產(chǎn)生的能量分布，從而使不同次數(shù)的諧波能量在短時間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)?？刂菩盘?3是從S7信號的包絡計算得到的，它能根據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波信號的能量變化自動調(diào)節(jié)其參數(shù)，通過乘法器12相乘后使諧波的能量在短時間內(nèi)處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，并且使輸出諧波的能量的動態(tài)變化與輸入低頻信號的能量變化處于一種穩(wěn)定的關(guān)系。樣點延遲主要是數(shù)字電路實現(xiàn)需要決定的，因為系統(tǒng)的工作頻率遠大于低頻信號的最高頻率，其對諧波信號的產(chǎn)生可以忽略不計。
在本發(fā)明中，通過將低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理成較高頻率的多次諧波，從而利用諧波信號易于處理的優(yōu)點而達到同樣的低頻處理效果，而且由于僅僅是在處理方法上進行了改進，而不需要對設(shè)備進行改進，進而在保證低音效果的同時也降低了音箱產(chǎn)品的成本。
權(quán)利要求
1.一種低音增效處理的方法，其特征在于其是將低頻段的基頻信號變換成諧波信號進行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理后產(chǎn)生多次諧波信號。
3.如權(quán)利要求2所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的非線行處理是通過非線性器件或非線性運算得到。
4.如權(quán)利要求1-3任意項所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的基頻信號產(chǎn)生的響度和諧波信號產(chǎn)生的響度匹配。
5.如權(quán)利要求3所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的基頻的各次諧波分量是將基頻信號與各控制信號相乘運算得到。
6.如權(quán)利要求5所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的各次諧波的能量是通過乘法器控制。
7.如權(quán)利要求6所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的各次諧波之間還通過常量衰減器進行各次諧波能量的固定控制。
8.如權(quán)利要求7所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述的各次諧波還通過時變控制器控制各次諧波的能量。
9.如權(quán)利要求8所述的一種低音增效處理的方法，其特征在于所述固定控制器和時變控制器是通過控制信號計算模塊控制。
全文摘要
本發(fā)明一種低音增效處理的方法，其是將低頻段的基頻信號變換成諧波信號進行處理。所述的低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理后產(chǎn)生多次諧波信號。所述的基頻信號產(chǎn)生的響度和諧波信號產(chǎn)生的響度匹配。所述的基頻的各次諧波分量是將基頻信號與各控制信號相乘運算得到。通過將低頻段的基頻信號經(jīng)過非線性處理成較高頻率的多次諧波，從而利用諧波信號易于處理的優(yōu)點而達到同樣的低頻處理效果，而且由于僅僅是在處理方法上進行了改進，而不需要對設(shè)備進行改進，進而在保證低音效果的同時也降低了音箱產(chǎn)品的成本。
文檔編號H04R3/00GK1630427SQ20041002789
公開日2005年6月22日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者周耀良 申請人:深圳蘭光電子集團有限公司