專利名稱：一種低音增效處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音響系統(tǒng)中低頻信號的增效處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
人們一直把音響系統(tǒng)的低頻響應(yīng)特性作為衡量該產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，但許多產(chǎn)品受尺寸、成本和功率等因素限制，其低頻部分表現(xiàn)不盡如人意。一般傳統(tǒng)的低音增強(qiáng)方法是提升低頻部分的能量，但也帶來了很多問題，比如容易造成揚聲器和放大器的過載、非線性失真嚴(yán)重等，特別對于較低檔、小型化的音響系統(tǒng)更是如此，其低音表現(xiàn)渾濁，經(jīng)常出現(xiàn)出劈裂聲、爆破聲、嗡鳴聲等明顯的失真聲音，甚至造成揚聲器的物理損壞。
由心理聲學(xué)的原理我們得知如果音頻信號的頻譜中不包括某一基頻，但存在該基頻的有效諧波組合，我們也能清楚地確定該基頻音調(diào)的高低。根據(jù)該原理，現(xiàn)在已出現(xiàn)了把對音頻低頻部分的處理轉(zhuǎn)移到其諧波信號頻段的處理技術(shù)，該類技術(shù)利用諧波頻段相對低音部分更易于揚聲器重現(xiàn)的特點，來達(dá)到較好的低音增強(qiáng)效果。到目前為止，現(xiàn)有的多數(shù)技術(shù)都是基于認(rèn)為需要連續(xù)多次一般10次以上諧波來代替基頻信號，所以它們采用連續(xù)多次一般10次以上諧波信號的組合來代替基頻信號，連續(xù)多次諧波的產(chǎn)生大都采用反饋相乘和全波整流的方式，這種方式?jīng)Q定了其對各次諧波的能量控制比較困難，且精確度較差，因此最終的低音效果并不是非常理想。另外。有的方法在理論上可以實現(xiàn)低音增強(qiáng)的效果，但是通過硬件實現(xiàn)起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于針對現(xiàn)有的采用連續(xù)多次諧波組合來代替基頻信號的低音增效方法存在的上述問題，提供一種低音增強(qiáng)效果相對較好且硬件實現(xiàn)較為簡單的低音增效處理的方法。
本發(fā)明的第二個目的在于針對現(xiàn)有采用連續(xù)多次諧波組合來代替基頻信號的低音增效裝置存在著結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且低音增強(qiáng)效果不理想的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、低音增強(qiáng)效果相對較好的低音增效處理的裝置。
本發(fā)明的低音增效處理的方法是將低頻段的基頻信號變換成2、3、4次諧波信號的有效組合，在所述2、3、4次諧波信號的有效組合中，各次諧波信號產(chǎn)生的響度與基頻信號產(chǎn)生的響度匹配。
作為進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明中的2次諧波信號是將基頻信號自相乘而產(chǎn)生，在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的控制信號相乘實現(xiàn)時變增益控制，所述3次諧波信號是由完成時變增益控制的2次諧波信號與基頻信號相乘而產(chǎn)生，并在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的同一控制信號相乘完成時變增益控制，所述4次諧波信號是由完成時變增益控制的3次諧波信號與基頻信號相乘而產(chǎn)生，并在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的同一控制信號相乘完成時變增益控制，所述各次諧波信號在完成時變增益控制之后、在進(jìn)行組合之前分別進(jìn)行固定增益控制。
為了更精確的控制諧波信號的能量，本發(fā)明在把3次諧波信號、4次諧波信號與2次諧波信號進(jìn)行相加組合之前先濾除在諧波產(chǎn)生過程中引入的非3次諧波頻率成分和非4次諧波頻率成分。
為了達(dá)到響度匹配要求，精確地控制各次諧波信號的能量，本發(fā)明中各次諧波信號與基頻信號的能量以db為單位時的動態(tài)匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，其2次諧波信號的能量動態(tài)范圍變化是基頻信號的1～1.5倍，3次諧波信號是基頻信號的1.5～2倍，4次諧波信號是基頻信號的2～2.5倍，基頻信號和諧波信號之間的能量以db為單位時的固定增益匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，2次諧波信號的能量為基頻信號的0.5～0.75倍，3次諧波信號為基頻信號的0.3～0.5倍，4次諧波信號為基頻信號的0.2～0.3倍。各次諧波信號的固定增益可采用常量衰減器進(jìn)行控制。各次諧波信號的時變增益可由自動增益控制模塊輸出控制信號并通過乘法器控制。上述2、3、4次諧波信號與基頻信號的能量匹配關(guān)系是我們經(jīng)過理論分析結(jié)合大量的試驗后確定下來的，其中理論分析過程如下我們認(rèn)為諧波信號組合能夠代替基頻的音調(diào)，同時也需要和基頻信號的響度相匹配，才能達(dá)到替代音頻信號的低音(基頻)的目的。二者之間的響度匹配是根據(jù)人耳等響度特性來進(jìn)行的。
通過參考一些經(jīng)典的人耳等響度特性曲線，我們發(fā)現(xiàn)，在低頻范圍內(nèi)(如800HZ內(nèi))人耳的等響度特性曲線存在兩個特點一是在一定的強(qiáng)度范圍內(nèi)，要使各聲音的響度保持一致，那么頻率越低其所需要的聲壓級(即能量)也就越高；二是在一定強(qiáng)度范圍內(nèi)，從一個響度級變化到另外一個響度級時，頻率越低其聲壓級變化越小。
上述兩個特點即是我們關(guān)于諧波能量控制匹配的參考依據(jù)。我們用固定增益和時變增益來對這兩個特性進(jìn)行描述。
考慮到我們的應(yīng)用場合是在低頻部分，即基頻信號一般在200HZ以下，那么其4次諧波信號最高頻率也只是800HZ左右。參考經(jīng)典的人耳等響度特性曲線，在一定頻率范圍(如30～800HZ)，其等響度曲線基本呈一定斜率的直線。如設(shè)基頻的頻率為100HZ，其聲壓級為40db左右，那么其二次諧波信號(200HZ)要和基頻信號的響度保持一致，其聲壓級需要20db左右，而3次諧波信號(300HZ)則只需要12db左右，4次諧波為8db左右。為了達(dá)到響度匹配的要求，我們對不同次數(shù)的諧波都乘以固定的增益。
另外一個關(guān)于諧波與基頻之間能量匹配的重要部分是二者之間動態(tài)匹配的關(guān)系。我們都知道，音頻是動態(tài)變化的，也就是說音頻中的各頻率的能量可能隨時間變化而變化，相應(yīng)的，用來替代基頻的各次諧波信號的能量也需要動態(tài)的變化，以保持和基頻信號的響度級在同一水平。參考人耳等響度曲線，當(dāng)100HZ的信號其聲壓級提升10db時，其響度級相應(yīng)的會有所提高，那么對于二次諧波200HZ來說，為了使響度級的提高量保持與基頻一致，那么它的聲壓級就大致需要提高15db左右，依此類推，3次諧波大致需要提高20db，而4次諧波則為25db左右。
為達(dá)到比較自然和柔和的低音增強(qiáng)效果，需要對一些過渡帶頻段進(jìn)行處理。比如，我們認(rèn)為某音箱設(shè)備的截止頻率為100HZ，它對100HZ以下頻率的重現(xiàn)能力比較差，那么該部分的頻率可以用有效諧波組合信號來代替。在實際硬件實現(xiàn)時，低頻信號是從音頻信號濾波得到的，如果通帶點設(shè)在100HZ，那么100HZ以上頻段是經(jīng)過緩慢衰減的，也就是說低頻信號中會包含經(jīng)過衰減后的100HZ以上的頻率成分，而且這些頻率成分并不是可以忽略不計的，它的處理會影響到整個低頻增強(qiáng)的效果對過渡帶信號的處理，本發(fā)明采用自動增益控制方法對過渡帶頻段進(jìn)行處理。
本發(fā)明的低音增效處理的裝置包括(a)一個第一帶通濾波器，用于從包含有所需的低頻信號的輸入信號中通過帶通濾波獲得所需要的低頻信號；(b)一個能量檢測器，用于將第一帶通濾波器的輸出信號進(jìn)行能量檢測；(c)一個自動增益控制模塊，用于根據(jù)能量檢測器的輸出信號按照一定的公式計算得到其輸出控制信號，該控制信號一是作為時變增益實現(xiàn)對2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍匹配，二是實現(xiàn)對過渡頻帶信號的能量控制；(d)一個第五乘法器，用于將第一帶通濾波器輸出的低頻信號自相乘，輸出信號包含2次諧波信號和直流成分；(e)一個第六乘法器，用于將第五乘法器的輸出信號和自動增益控制模塊的控制信號相乘，控制2次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(f)一個第七常量衰減器g2，作為2次諧波信號的固定增益控制，用于將第六乘法器的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的2次諧波信號；
(g)一個第八乘法器，用于將第六乘法器輸出的信號與輸入基頻信號再次相乘，輸出信號主要包含基頻信號和3次諧波信號；(h)一個第九乘法器，用于將第八乘法器的輸出信號和自動增益控制模塊輸出的控制信號相乘，控制3次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(i)一個第十常量衰減器g3，作為3次諧波信號的固定增益控制，用于將第九乘法器的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的3次諧波信號；(j)一個第十一乘法器，用于將第九乘法器的輸出信號與輸入基頻信號再次相乘，輸出信號主要包含直流信號、2次諧波和4次諧波信號；(k)一個第十二乘法器，用于將第十一乘法器的輸出和自動增益控制模塊輸出的控制信號相乘，控制4次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(l)一個第十三常量衰減器g4，作為4次諧波信號的固定增益控制，用于將第十二乘法器的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的4次諧波信號；(m)一個第十四加法器，用于將第十常量衰減器g3和第十三常量衰減器g4的輸出信號相加，其輸出信號包括直流分量、基頻信號、2次諧波、3次諧波、4次諧波；(n)一個第十五高通濾波器，用于將第十四加法器的輸出信號中的直流分量、基頻信號、2次諧波濾除；(o)一個第十六加法器，用于將第七常量衰減器g2和第十五高通濾波器的輸出信號相加，其輸出信號主要包括經(jīng)過能量匹配后的2、3、4次諧波組合信號，另外還含有直流信號；(p)一個第十八帶通濾波器，用于將第十六加法器的輸出信號進(jìn)行帶通濾波，部分濾除系統(tǒng)截止頻率以下的低頻頻率、濾除常量衰減器g2(7)輸出中的直流信號、部分濾除高于4次諧波頻段的頻率成分、消除部分高頻噪音。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明的處理方法硬件實現(xiàn)較為簡單而且可達(dá)到較好的低音增強(qiáng)效果。本發(fā)明的處理裝置結(jié)構(gòu)較為簡單易于實現(xiàn)，而且低音增強(qiáng)效果相對較好。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明實施例的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
實施例為低音增效處理的裝置，其各組成部分的功能以及連接關(guān)系如圖1所示，如下所述(a)帶通濾波器1其作用是從輸入信號中獲取算法所需要的低頻信號，本實施例采用一個4階帶通IIR帶通濾波器，該帶通濾波器的上通帶點設(shè)為系統(tǒng)的截止頻率點，下通帶點設(shè)置為截止頻率點的一半，如系統(tǒng)截止頻率點設(shè)置為160HZ，那么帶通濾波器的通帶即為[80，160]，帶通濾波器的過渡帶衰減特性對于低音增強(qiáng)效果的影響比較大，本實施例的帶通濾波器1采用衰減幅度為12～24db/oct比較合適。
(b)能量檢測器2能量檢測主要是為了諧波能量匹配控制的需要，能量檢測器2將帶通濾波器1的輸出信號進(jìn)行能量檢測后輸出信號至自動增益控制模塊3，本實施例利用信號包絡(luò)來作為信號的能量特征，采用了一個簡單的數(shù)字包絡(luò)檢測器來實現(xiàn)，此外，因為所處理的對象為音頻的低頻信號，因此其包絡(luò)信號要盡量平滑，以減少信號之間互相交調(diào)而引起的失真，因此，在包絡(luò)檢測后還采用了一個簡單2階IIR低通濾波器進(jìn)行平滑處理。
(c)自動增益控制模塊3它根據(jù)能量檢測器2輸出的包絡(luò)信號按照一定的公式計算得到其輸出控制信號，該控制信號一是作為時變增益實現(xiàn)對2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍匹配，二是實現(xiàn)對過渡頻帶信號的能量控制。因為對2、3、4次諧波動態(tài)范圍要實現(xiàn)獨立、精確的控制，以及對過渡帶的能量控制，因此有可能需要根據(jù)4個不同的公式計算得到其相應(yīng)的控制信號，因為每一個公式的硬件實現(xiàn)代價都不小，因此盡量采用同一個公式計算得到其控制信號。為此，在本實施例中，我們對需要進(jìn)行能量匹配控制的2、3、4次諧波信號與基頻信號動態(tài)范圍的比值進(jìn)行了一定的限制。比如，我們可以設(shè)置這三個值分別為2-a、3-a、4-a。
該模塊需要完成指數(shù)運算，設(shè)輸入信號為x，輸出信號為y，那么該模塊需要完成的計算為y＝x-a在實際硬件實現(xiàn)時，我們采用分段近似處理方法，此外，當(dāng)輸入信號x小于一定數(shù)值時(如0.01)，輸出y信號采用定值代替。
當(dāng)a＝0.5時，通過本實施例將可以精確的實現(xiàn)2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍的控制，分別為輸入基頻信號的1.5倍、2倍、2.5倍。
(d)乘法器4它將帶通濾波器1所得的低頻信號與自動增益控制模塊3輸出的增益控制系數(shù)相乘，輸出經(jīng)過增益調(diào)節(jié)后的低頻信號，該信號在最終的算法輸出中將部分濾除系統(tǒng)截止頻率以下部分的低頻信號，主要為了讓經(jīng)過能量控制后的截止頻率以上部分的過渡帶頻段信號輸出，本實施例采用自動增益控制方法對過渡帶頻段進(jìn)行處理，當(dāng)a＝0.5時，過渡帶頻段信號通過增益調(diào)節(jié)后其能量動態(tài)范圍為原來的1/2，即相當(dāng)于一個壓縮器的作用。
(e)乘法器5它將帶通濾波器1輸出的低頻信號自相乘，輸出信號包含2次諧波信號和直流成分，2次諧波信號的動態(tài)范圍為低頻信號的2倍(當(dāng)a＝0.5時，以下分析同)。
(f)乘法器6它將乘法器5的輸出信號和自動增益控制模塊3的控制信號相乘，控制2次諧波信號的能量動態(tài)范圍，其結(jié)果是減少了乘法器5輸出信號的動態(tài)范圍，使其中2次諧波信號的動態(tài)范圍為帶通濾波器1輸出基頻信號的1.5倍。
(g)常量衰減器g27它作為2次諧波信號的固定增益控制，和自動增益控制模塊3輸出的時變增益共同實現(xiàn)對2次諧波的能量匹配控制，它將乘法器6的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的2次諧波信號，另外，輸入信號中還包含直流信號。
(h)乘法器8乘法器6的輸出中包含有直流分量和2次諧波信號，乘法器8將乘法器6的輸出信號與輸入基頻信號再次相乘后，輸出信號主要包含基頻信號和3次諧波信號，因為之前2次諧波的動態(tài)范圍為基頻的1.5倍，因此乘法器8輸出的3次諧波的動態(tài)范圍則為基頻信號的2.5倍。
(i)乘法器9它將乘法器8的輸出信號和自動增益控制模塊3輸出的控制信號相乘，控制3次諧波信號的能量動態(tài)范圍，使3次諧波的動態(tài)范圍為基頻信號的2倍。
(j)常量衰減器g310它作為3次諧波信號的固定增益控制，和自動增益控制模塊3輸出的時變增益共同實現(xiàn)對3次諧波的能量匹配控制，它將乘法器9的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的3次諧波信號，(k)乘法器11乘法器9的輸出包含有基頻信號和3次諧波信號，乘法器11將乘法器9的輸出信號與輸入基頻信號再次相乘后，輸出信號主要包含直流信號、2次諧波和4次諧波信號，其中4次諧波信號是我們需要的，因為之前3次諧波的動態(tài)范圍為基頻的2倍，因此乘法器11輸出的4次諧波的動態(tài)范圍則為基頻信號的3倍。
(l)乘法器12它將乘法器11的輸出和自動增益控制模塊3輸出的控制信號相乘，控制4次諧波信號的能量動態(tài)范圍，使4次諧波的動態(tài)范圍為基頻信號的2.5倍。
(m)常量衰減器g413它作為4次諧波信號的固定增益控制，和自動增益控制模塊3輸出的時變增益共同實現(xiàn)對4次諧波的能量匹配控制，它將乘法器12的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的4次諧波信號。
(n)加法器14它將常量衰減器g310和常量衰減器g413的輸出信號相加，其輸出信號包括直流分量、基頻信號、2次諧波、3次諧波、4次諧波。
(n)高通濾波器15加法器14的輸出中，只有3次諧波、4次諧波是我們所需要的，其它頻率分量如直流分量和基頻信號是我們不需要的，而2次諧波信號則是由另外一個通路產(chǎn)生和控制的，此處存在的2次諧波將會影響對最終輸出信號中2次諧波的動態(tài)范圍控制精度，因此高通濾波器15將加法器14的輸出信號中的直流分量、基頻信號主2次諧波濾除。
(o)加法器16它將常量衰減器g27和高通濾波器15的輸出信號相加，其輸出信號主要包括經(jīng)過能量匹配后的2、3、4次諧波組合信號，該組合信號也是用來代替系統(tǒng)截止頻率以下的低頻信號的，輸出信號中還含有直流信號。
(p)加法器17乘法器4的輸出包含經(jīng)過增益調(diào)節(jié)后的低頻信號，加法器17將乘法器4的輸出信號和加法器16輸出的諧波信號組合相加輸出至帶通濾波器18。
(q)帶通濾波器18的作用主要有一是部分濾除系統(tǒng)截止頻率以下低頻頻率，截止頻率以下的低頻信號主要由乘法器4輸出，在小型化音響系統(tǒng)應(yīng)用中，截止頻率以下的低頻將會引起低頻聲音模糊、渾濁等現(xiàn)象，也將消耗較大的功率，應(yīng)給予適當(dāng)濾除；二是濾除增益g27輸出中的直流信號；三是用來部分濾除高于4次諧波頻段的頻率成分，因為主要是對截止頻率以下部分頻率產(chǎn)生其諧波替代信號，其諧波信號只有2、3、4次，因此其諧波頻段的范圍是基本固定的，因為輸入低頻信號也將含有較多的過渡帶頻率，它們也將產(chǎn)生諧波信號，還有與截止頻率以下頻率之間產(chǎn)生的交調(diào)后產(chǎn)生的諧波信號等，可通過帶通濾波器18對這些不需要的諧波信號進(jìn)行部分濾除；四是可以消除部分高頻噪音，因為我們的低音增效處理中將會產(chǎn)生一些音頻信號中本來不存在的信號，不可避免的也會引入一些噪音成分，通過帶通濾波器18可以部分消除這些噪音。
本實施例中帶通濾波器18采用一個4階的IIR帶通濾波器。
本發(fā)明中輸入信號可以是全頻段的音頻信號，也可以是經(jīng)過濾波后的部分頻段，原則上需要包括無任何衰減的低音增效處理所需要的低頻信號。舉個例子，假如系統(tǒng)的截止頻率點設(shè)為100HZ，那么輸入信號Input至少要保證100HZ以內(nèi)的音頻信號不受任何衰減，否則，低音增強(qiáng)的效果將會減弱。
本實施例的裝置實際上同時也體現(xiàn)了本發(fā)明的一種具體的低頻增效處理方法，它包括如下步驟(1)將包含有所需的低頻信號的輸入信號經(jīng)過帶通濾波后得所需要的低頻信號，由于所處理的低頻信號的頻帶較窄，在具體實現(xiàn)時，我們認(rèn)為在很短的時間內(nèi)低頻信號可近似等同于某一基頻信號；(2)將上一步所得的低頻信號自相乘以獲得2次諧波信號；(3)將第(1)步所得的低頻信號經(jīng)能量檢測后輸入自動增益控制模塊進(jìn)行時變增益控制，自動增益控制模塊根據(jù)輸入包絡(luò)信號按照一定的公式計算得到其輸出控制信號，該控制信號一是作為時變增益實現(xiàn)對2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍匹配，二是實現(xiàn)對過渡頻帶信號的能量控制；(4)將第(2)步所得的輸出信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的2次諧波信號，然后將所得信號與第(1)步所得的低頻信號相乘以獲得3次諧波信號，同時將所得信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)時變增益和固定增益控制的2次諧波信號；(5)將上一步所得的3次諧波信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的3次諧波信號，然后將所得信號與第(1)步所得的低頻信號相乘以獲得4次諧波信號，同時將所得信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)時變增益和固定增益控制的3次諧波信號；(6)將上一步所得的4次諧波信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的4次諧波信號，將輸出信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)時變增益和固定增益控制的4次諧波信號；(7)將第(5)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的3次諧波信號與第(6)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的4次諧波信號相加；(8)將第(7)步所得的輸出信號經(jīng)過高通濾波將其中包括的直流分量、基頻信號、2次諧波濾除，然后與第(4)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的2次諧波信號相加；(9)將第(1)步所得的低頻信號與自動增益控制模塊輸出的增益控制系數(shù)相乘，將得到經(jīng)過增益調(diào)節(jié)后的低頻信號，將該低頻信號與第(8)步所得的諧波信號組合相加；(10)將上一步所得信號經(jīng)帶通濾波，濾除信號中系統(tǒng)截止頻率以下的低頻信號、與2次諧波同時產(chǎn)生的直流信號、高于4次諧波頻段的頻率成分以及消除部分高頻噪音。
權(quán)利要求
1.一種低音增效處理的方法，其特征在于將低頻段的基頻信號變換成2、3、4次諧波信號的有效組合，在所述2、3、4次諧波信號的有效組合中，各次諧波信號產(chǎn)生的響度與基頻信號產(chǎn)生的響度匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低音增效處理的方法，其特征在于所述2次諧波信號是將基頻信號自相乘而產(chǎn)生，在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的控制信號相乘實現(xiàn)時變增益控制，所述3次諧波信號是由完成時變增益控制的2次諧波信號與基頻信號相乘而產(chǎn)生，并在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的同一控制信號相乘完成時變增益控制，所述4次諧波信號是由完成時變增益控制的3次諧波信號與基頻信號相乘而產(chǎn)生，并在產(chǎn)生之后與自動增益控制模塊輸出的同一控制信號相乘完成時變增益控制，所述各次諧波信號在完成時變增益控制之后、在進(jìn)行組合之前分別進(jìn)行固定增益控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低音增效處理的方法，其特征在于所述各次諧波信號的固定增益采用常量衰減器進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低音增效處理的方法，其特征在于所述3次諧波信號、4次諧波信號在與2次諧波信號進(jìn)行相加組合之前先濾除在諧波產(chǎn)生過程中引入的非3次諧波頻率成分和非4次諧波頻率成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低音增效處理的方法，其特征在于各次諧波信號與基頻信號的能量以db為單位時的動態(tài)匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，其2次諧波信號的能量動態(tài)范圍變化是基頻信號的1～1.5倍，3次諧波信號是基頻信號的1.5～2倍，4次諧波信號是基頻信號的2～2.5倍；基頻信號和諧波信號之間的能量以db為單位時的固定增益匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，2次諧波信號的能量為基頻信號的0.5～0.75倍，3次諧波信號為0.3～0.5倍，4次諧波信號為0.2～0.3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低音增效處理的方法，其特征在于對過渡帶信號的處理，采用自動增益控制方法進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低音增效處理的方法，其特征在于將低頻段的基頻信號變換成2、3、4次諧波信號的有效組合具體包括如下步驟(1)將包含有所需的低頻信號的輸入信號經(jīng)過帶通濾波后獲得所需要的低頻信號；(2)將上一步所得的低頻信號自相乘以獲得2次諧波信號；(3)將第(1)步所得的低頻信號經(jīng)能量檢測后輸入自動增益控制模塊進(jìn)行時變增益控制，自動增益控制模塊根據(jù)輸入能量檢測結(jié)果按照一定的公式計算得到其輸出控制信號，該控制信號一是作為時變增益實現(xiàn)對2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍匹配，二是實現(xiàn)對過渡頻帶信號的能量控制；(4)將第(2)步所得的輸出信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的2次諧波信號，然后將所得信號與第(1)步所得的低頻信號相乘以獲得3次諧波信號，同時將所得信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)時變增益和固定增益控制的2次諧波信號；(5)將上一步所得的3次諧波信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的3次諧波信號，然后將所得信號與第(1)步所得的低頻信號相乘以獲得4次諧波信號，同時將所得信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)時變增益和固定增益控制的3次諧波信號；(6)將上一步所得的4次諧波信號與所述自動增益控制模塊的輸出控制信號相乘以獲得經(jīng)過時變增益控制的4次諧波信號，將輸出信號經(jīng)固定增益控制以獲得經(jīng)過時變增益和固定增益控制的4次諧波信號；(7)將第(5)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的3次諧波信號與第(6)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的4次諧波信號相加；(8)將第(7)步所得的輸出信號經(jīng)過高通濾波將其中包括的直流分量、基頻信號、2次諧波濾除，然后與第(4)步所得的經(jīng)時變增益和固定增益控制的2次諧波信號相加；(9)將第(1)步所得的低頻信號與自動增益控制模塊輸出的增益控制系數(shù)相乘，將得到經(jīng)過增益調(diào)節(jié)后的低頻信號，將該低頻信號與第(8)步所得的諧波信號組合相加；(10)將上一步所得信號經(jīng)帶通濾波，濾除信號中系統(tǒng)截止頻率以下的低頻信號、與2次諧波同時產(chǎn)生的直流信號、高于4次諧波頻段的頻率成分以及消除部分高頻噪音。
8.一種低音增效處理的裝置，其特征在于包括(a)一個帶通濾波器(1)，用于從包含有所需的低頻信號的輸入信號中通過帶通濾波獲得所需要的低頻信號；(b)一個能量檢測器(2)，用于將帶通濾波器(1)的輸出信號進(jìn)行能量檢測；(c)一個自動增益控制模塊(3)，用于根據(jù)能量檢測器(2)的檢測結(jié)果按照一定的公式計算得到其輸出控制信號，該控制信號一是作為時變增益實現(xiàn)對2、3、4次諧波能量的動態(tài)范圍匹配，二是實現(xiàn)對過渡頻帶信號的能量控制；(d)一個乘法器(5)，用于將帶通濾波器(1)輸出的低頻信號自相乘，輸出信號包含2次諧波信號和直流成分；(e)一個乘法器(6)，用于將乘法器(5)的輸出信號和自動增益控制模塊(3)的控制信號相乘，控制2次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(f)一個常量衰減器(7)，作為2次諧波信號的固定增益控制，用于將乘法器(6)的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的2次諧波信號；(g)一個乘法器(8)，用于將乘法器(6)輸出的信號與輸入基頻信號再次相乘，輸出信號主要包含基頻信號和3次諧波信號；(h)一個乘法器(9)，用于將乘法器(8)的輸出信號和自動增益控制模塊(3)輸出的控制信號相乘，控制3次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(i)一個常量衰減器g3(10)，作為3次諧波信號的固定增益控制，用于將乘法器(9)的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的3次諧波信號；(j)一個乘法器(11)，用于將乘法器(9)的輸出信號與輸入基頻信號再次相乘，輸出信號主要包含直流信號、2次諧波和4次諧波信號；(k)一個乘法器(12)，用于將乘法器(11)的輸出和自動增益控制模塊(3)輸出的控制信號相乘，控制4次諧波信號的能量動態(tài)范圍；(l)一個常量衰減器g4(13)，作為4次諧波信號的固定增益控制，用于將乘法器(12)的輸出信號進(jìn)行固定增益控制，輸出經(jīng)固定增益和時變增益控制的4次諧波信號；(m)一個加法器(14)，用于將常量衰減器g3(10)和常量衰減器g4(13)的輸出信號相加，其輸出信號包括直流分量、基頻信號、2次諧波、3次諧波、4次諧波；(n)一個高通濾波器(15)，用于將加法器(14)的輸出信號中的直流分量、基頻信號、2次諧波濾除；(o)一個加法器(16)，用于將常量衰減器g2(7)和高通濾波器(15)的輸出信號相加，其輸出信號主要包括經(jīng)過能量匹配后的2、3、4次諧波組合信號，另外還含有直流信號；(p)一個帶通濾波器(18)，用于將加法器(16)的輸出信號進(jìn)行帶通濾波，它部分濾除系統(tǒng)截止頻率以下的低頻頻率、濾除常量衰減器g2(7)輸出中的直流信號、部分濾除高于4次諧波頻段的頻率成分、消除部分高頻噪音。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低音增效處理的裝置，其特征在于還包括一個乘法器(4)和一個加法器(17)，乘法器(4)用于將所述帶通濾波器(1)獲得的低頻信號與自動增益控制模塊(3)輸出的增益控制系數(shù)相乘，輸出經(jīng)過增益調(diào)節(jié)后的低頻信號，加法器(17)用于將乘法器(4)的輸出信號和加法器(16)輸出的諧波信號組合相加后輸出信號至帶通濾波器(18)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的低音增效處理的裝置，其特征在于所述自動增益控制模塊(3)控制各次諧波信號與基頻信號的能量以db為單位時的動態(tài)匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，2次諧波信號的能量動態(tài)范圍變化是基頻信號的1～1.5倍，3次諧波信號是基頻信號的1.5～2倍，4次諧波信號是基頻信號的2～2.5倍；所述常量衰減器(7)、常量衰減器(10)、常量衰減器(13)分別控制2次諧波信號、3次諧波信號、4次諧波信號與基頻信號之間的能量以db為單位時的固定增益匹配關(guān)系為，當(dāng)基頻信號頻率在300HZ以內(nèi)時，2次諧波信號的能量為基頻信號的0.5～0.75倍，3次諧波信號為0.3～0.5倍，4次諧波信號為0.2～0.3倍。
全文摘要
本發(fā)明為一種低音增效處理的方法和裝置。本發(fā)明的方法是將低頻段的基頻信號變換成2、3、4次諧波信號的有效組合，各次諧波信號產(chǎn)生的響度與基頻信號產(chǎn)生的響度匹配。本發(fā)明的裝置包括將輸入信號濾波得到低頻信號的帶通濾波器、將低頻信號自相乘、低頻信號與2、3次諧波信號相乘產(chǎn)生2、3、4次諧波的乘法器、將低頻信號的能量進(jìn)行檢測的能量檢測器、根據(jù)能量檢測器的檢測結(jié)果計算出輸出控制信號以控制各次諧波信號的時變增益的自動增益控制模塊，將各次諧波進(jìn)行固定增益控制的常量衰減器、將2、3、4次有效諧波相加的加法器等。本發(fā)明的方法和裝置硬件實現(xiàn)較為簡單，而且可達(dá)到較好的低音增強(qiáng)效果。
文檔編號H04R3/04GK1801611SQ200510121069
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者林雁, 周耀良, 郭平日 申請人:深圳蘭光電子集團(tuán)有限公司