专利名称：声音信号处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声音信号处理设备，其对声音信号进行控制以使得声音信号的音量的频率响应适应于所设置的音量。
背景技术：
已知人的听觉具有对响度的感知根据频带而不同的特性。例如，响度感知在低频和高频中减小。由于该特性，当声音设备的整体音量减小时，难以听到声音信号的基于低频和高频的乐音。为了补偿人的这种听觉，传统声音设备配备了能够在设置的音量减小时加强声音信号的低频和高频的响度能力，例如日本未审查专利公开No. 64-51706中所述。通过在整体音量减小时增大低频和高频的增益，响度能力保持了整体响度感知的平衡。
发明内容
图6示出了表示传统音量和响度控制电路100的示例构造的电路框图。在如图6 中所示的音量和响度控制电路100中，通过频带分离滤波器组将输入声音信号分离成高频成分、中频成分和低频成分的频带成分。频带分离滤波器组由提取声音信号高频成分的高通滤波器(HPF) 110、提取声音信号中频成分的带通滤波器(BPF) 111、和提取声音信号低频成分的低通滤波器(LPF) 112形成。从HPF 110输出的高频成分在乘法器113中乘以一个由系数产生部分119所产生的系数以控制高频成分的电平。从LPF 112输出的低频成分在乘法器115中乘以一个由系数产生部分119所产生的系数以控制低频成分的电平。将从乘法器113输出的电平受控的高频成分、从BPF 111输出的未经电平控制的中频成分、和从乘法器115输出的电平受控的低频成分在混合部分114中混合以形成输出信号。从混合部分 114提供的输出信号在乘法器116中乘以一个由系数产生部分118所产生的系数以控制输出信号的电平。向系数产生部分118和系数产生部分119供给表示了由用户操纵的音量旋钮117 的旋转角度的信息，从而由系数产生部分118和系数产生部分119产生了与音量旋钮117 的旋转角度对应的系数。在该情况下，在系数产生部分118中产生了导致与音量旋钮117的旋转角度对应的音量的系数，以供给乘法器116。当音量旋钮117设置在表示低音量的旋转角度上时，在系数产生部分119中产生了作为超过“1”的增益的系数，以供给乘法器113和乘法器115。当音量旋钮117设置在超出低音量范围的旋转角度上时，在系数产生部分119 中产生了作为增益“1”的系数，以供给乘法器113和乘法器115。因此，传统的音量和响度控制电路100在用户将音量按钮117设置在低音量时执行了增强低频成分和高频成分的响度控制。图6所示的传统音量和响度控制电路100的缺点在于从系数产生部分119供给乘法器113和乘法器115的系数是相同的，最终得到在音量方面的均勻电平受控频率响应。这种均勻频率响应不是总适合于声音信号的特性。更具体地说，随着整体音量电平增大，声音信号的高频成分变得过大。因此，优选的是抑制要从扬声器输出的高频成分。另外，优选的是从扬声器尽可能多地输出该扬声器所允许的低频成分。然而，该传统设备的问题是，其不能执行这种优选的电平控制。本发明的一个目的是提供一种控制声音信号以使得声音信号的音量的频率响应适合于所设置音量的声音信号处理设备。为了实现上述目的，本发明提供了一种声音信号处理设备，其输入了声音信号并且形成要提供到包括放大器和扬声器的音响系统中的输出声音信号，所述声音信号处理设备包括频带分离部分，其将输入的声音信号分离成高频成分、中频成分和低频成分；第一电平控制部分，其根据第一控制信号来控制高频成分的电平以输出受控高频成分；第二电平控制部分，其根据第二控制信号来控制低频成分的电平以输出受控低频成分；混合部分， 其将从所述第一电平控制部分输出的高频成分、从所述频带分离部分输出的中频成分、和从所述第二电平控制部分输出的低频成分进行混合，以输出混合信号；第一控制信号产生部分，其检测混合信号的音量电平，以根据该检测到的音量电平来产生所述第一控制信号； 和第二控制信号产生部分，其检测输入的声音信号的低频成分的音量电平，以根据该检测到的音量电平来产生所述第二控制信号。根据本发明，所述声音信号处理设备检测混合信号的音量电平，根据所检测到的音量电平来控制声音信号的高频成分的电平；同时检测输入声音信号的低频成分的音量电平，根据所检测到的音量电平来控制声音信号的低频成分电平。因此，根据本发明的声音信号处理设备控制声音信号以使得该声音信号的频率响应适合于音量旋钮的旋转角度。
图1是表示应用了根据本发明一个实施例的声音信号处理设备的声音设备的构造的框图；图2是表示与本发明该实施例的声音信号处理设备的基准输入电平相对应的信号输出电平的特性X的曲线图；图3是表示本发明第一实施例的声音信号处理设备的构造的电路框图；图4是表示本发明第二实施例的声音信号处理设备的构造的电路框图；图5是表示本发明第三实施例的声音信号处理设备的构造的电路框图；图6是表示传统音量和响度控制电路的构造的电路框图。
具体实施例方式图1表示应用了根据本发明一个实施例的声音信号处理设备的声音设备的构造。 在图ι中所示的声音设备1中，音源2是提供要由扬声器5再现的声音信号的设备。音源2 可以是CD播放器、记录器、混合器等。从音源2提供的声音信号输入到本发明的声音信号处理设备3。为了将声音信号提供到特定的扬声器5，声音信号处理设备3执行被称为“扬声器处理”的信号处理，其是专为扬声器5所提供的信号处理。由声音信号处理设备3处理的声音信号被功率放大器4进行功率放大来供给扬声器5以发出为乐音。扬声器5可以是由单个全频带扬声器形成的全范围扬声器、由针对高频的扬声器(高频扬声器)和针对低频的扬声器(低频扬声器)形成的双路扬声器、由针对高频的扬声器(高频扬声器)和针对中频的扬声器(中频扬声器)以及针对低频的扬声器(低频扬声器)形成的三路扬声器，等等。声音信号处理设备3通过调节声音信号的各种声音特性(比如对应于音量旋钮的旋转角度的音量控制、响度控制等)来控制输入声音信号。通过音量控制，声音信号处理设备3将声音信号的音量控制为具有对应于音量旋钮的旋转角度的增益(放大率或衰减率)。对于响度控制而言，针对高频成分的电平控制，将要输出的声音信号的全范围电平定义为基准输入电平，声音信号处理设备3根据该基准输入电平来控制高频成分的信号输出电平。另外，针对低频成分的电平控制，将要输出的声音信号的低频成分的电平定义为基准输入电平，声音信号处理设备3根据该基准输入电平来控制低频成分的信号输出电平。 针对声音信号的中频成分，声音信号处理设备3将不执行这种使用基准输入电平的电平控制。通过这样的控制，当下拧音量旋钮以减小声音信号的音量时，声音信号处理设备3通过根据声音信号的频率响应分别控制声音信号的低频成分的信号输出电平和高频成分的信号输出电平来执行响度控制。因此，声音信号处理设备3实现了最适合声音信号特性的响度控制。声音信号处理设备3可以是与功率放大器4和扬声器5分离的独立设备。然而， 声音信号处理设备3可以集成到功率放大器4中，或者声音信号处理设备3和功率放大器 4可以集成到扬声器5中。图2示出了表示声音信号的输入/输出电平特性X的示例曲线。通过使用根据所检测到的分贝标度电平(基准输入电平)而产生的系数(对应于分贝标度的增益)，将输入 /输出电平特性X用于电平控制。该附图表示了其中要检测电平的声音信号与要控制电平的声音信号相同的情况下的特性。尽管在该实施例中要检测电平的声音信号与要控制电平的声音信号不同，然而根据基准电平而产生的系数基本上与该附图所示情况下的系数相同。图2中所示曲线的水平轴表示基准输入电平，而垂直轴表示增益受控的信号的电平(信号输出电平)。因为该曲线由分贝标度来表示，所以信号输出电平表示为通过将增益加到基准输入电平(对应于线性标度中的乘法)所得到的值。图2的曲线中示出的倾斜虚线表示增益恒定保持为0分贝 (等同于线性标度中的“1”)的情况，从而要输入的声音信号的电平等于要输出的声音信号的电平。该虚线对应于其电平不会根据基准输入电平进行控制的中频成分的特性。图2的曲线中示出的实线表示根据特性X进行控制的成分(高频成分或低频成分)的信号输出电平，其示出增益动态地变化。更具体地说，在实线高于虚线的范围中，要控制的成分的增益高于中频成分的增益，导致了平衡“提升”的状态。在实线低于虚线的范围中，要控制的成分的增益低于中频成分的增益，导致了平衡“降低”的状态。具体地说， 如果基准输入电平落入低音量范围内，则根据特性X控制的成分位于虚线上方而具有超过 “1”的增益，从而该成分的信号输出电平高于中频成分的信号输出电平。如果基准输入电平落入极低音量范围内，则随着基准输入电平减小，根据特性X控制的成分逐渐下降到虚线以下而具有小于“ 1”的增益，从而该成分的信号输出电平小于中频成分的信号输出电平。 如果基准输入电平落入中至高音量范围内，即位于中间或更高范围内，则随着基准输入电平的增加，根据特性X控制的成分逐渐变为位于虚线以下而具有小于“ 1”的增益，从而该成分的信号输出电平小于中频成分的信号输出电平。因此，在根据特性X控制的高频成分或低频成分的增益超过“1”的低音量范围中，执行了对高频成分或低频成分进行强调的响度控制。在根据特性X控制的高频成分或低频成分的增益超过“1”的极低音量范围中，声音信号处理设备3用作将低输入声音信号静音的噪声门。极低音量范围是音量低到人不能听见的范围。另外，在根据特性X控制的高频成分或低频成分的增益小于“1”的中间和较高音量范围中，声音信号处理设备3抑制高功率声音信号施加到扬声器，以防止扬声器损坏。使用要输出的声音信号的全范围电平作为基准输入电平，根据本发明的声音信号处理设备3根据特性X来控制高频成分的电平。另外，使用要输出的声音信号的低频成分的电平作为基准输入电平，声音信号处理设备3根据特性X来控制低频成分的电平。结果， 声音信号处理设备3分别控制了输入声音信号的低频成分的信号输出电平和该信号的高频成分的信号输出电平，实现了最适合于该声音信号的特性的动态响度控制。图3示出了表示本发明第一实施例的声音信号处理设备3的构造的电路框图。在图3所示的声音信号处理设备3中，将输入声音信号输入到乘法器10中以将该输入声音信号乘以由系数产生部分11产生的系数，该系数产生部分11产生对应于音量旋钮12的旋转角度的系数。通过该乘法，根据音量旋钮12的旋转角度控制声音信号的全范围音量电平。从乘法器10输出并被控制为具有对应于音量旋钮的音量电平的声音信号被频带分离滤波器组根据频带分离成高频成分、中频成分和低频成分。频带分离滤波器组由用于提取声音信号的高频成分的高通滤波器(HPF) 13、用于提取声音信号的中频成分的带通滤波器(BPF) 14和用于提取声音信号的低频成分的低通滤波器(LPF) 15形成。在乘法器 16中将HPF 13输出的高频成分乘以由系数产生部分21产生的第一系数来控制该成分的电平。在乘法器17中将LPF 15输出的低频成分乘以由系数产生部分24产生的第二系数来控制该成分的电平。在混合部分18中将乘法器16输出的电平受控高频成分、从BPF 14输出的未经电平控制的中频成分、和从乘法器17输出的电平受控低频成分进行混合以供给输出信号形成部分19。输出信号形成部分19对所供给的声音信号的各种声音特性(比如电平、频率响应和幅度变化特性)进行控制，以形成要供给音响系统的输出信号。将输出信号形成部分19所形成的输出信号供给形成了音响系统的功率放大器4和扬声器5。在例如扬声器5是由覆盖全频带的单个扬声器所形成的全范围扬声器的情况下，不可能发生相移和电平变化。因此，在该情况下，声音信号处理设备3只需要仅仅控制要由扬声器发出的乐音的频率响应。因此，输出信号形成部分19可以仅由均衡器形成。均衡器在必要时使得要发出的乐音的频率响应平直或者增强乐音的低频成分。输出信号分支到L检测部分20，在L检测部分20中检测输出信号的全频带电平。 作为用于检测所供给的声音信号的电平的电平检测部分，L检测部分20可以是由对声音信号进行检波的检波部分所形成的普通包络跟随器、以一定周期对检波后的声音信号的峰值进行检测的峰值检测部分、和产生跟随检测峰值的检测电平的起音释音(attack release) 部分。在该情况下，起音释音部分按照如下所述来产生要输出的检测电平。如果当前检测到的电平小于检测到的峰值，则起音释音部分以上升时间常数来将检测到的电平升高到峰值，以产生要被输出的检测电平。如果当前的检测到的电平高于检测到的峰值，则起音释音部分以下降时间常数来将检测电平降低到“0”，以产生要被输出的检测电平。L检测部分20 的上升/下降时间常数分别是50毫秒或更大。例如，上升/下降时间常数设置为相对长的 300至400毫秒。因此，检测到的电平(检测电平)不会突变。通过使用L检测部分20检测到的电平作为基准输入电平，系数产生部分21产生用于实现如图2所示的特性X的增益作为第一系数。在该情况下，如果L检测部分20检测到的基准输入电平位于图2所示的增益为“ 1，，的虚线上，则第一系数是“ 1 ”。如果基准输入电平位于该虚线上方，则第一系数超过“ 1 ”。如果基准输入电平位于该虚线下方，则第一系数小于“ 1 ”。分支的输出信号还供给LP滤波器22。LP滤波器22提取输出信号的低频成分。由 LP滤波器22提取的低频成分供给L检测部分23以检测输出信号的低频成分的电平。L检测部分23的上升时间常数大约为5至10毫秒，而下降时间常数大约为20至30毫秒。因此，声音信号处理设备3能够快速跟随低频成分的电平变化。使用L检测部分23检测到的电平作为基准输入电平，系数产生部分24产生实现了如图2所示的特性X的增益作为第二系数。在该情况下，如果由L检测部分23检测到的基准输入电平处在图2所示的增益为 “ 1，，的虚线上，则第二系数为“ 1 ”。如果基准输入电平在该虚线上方，则第二系数超过“ 1 ”。 如果基准输入电平在该虚线下方，则第二系数小于“ 1 ”。由于最终目的是控制要由扬声器发出为乐音的声音信号的特性，因此优选的是，受到电平检测以产生第一系数和第二系数的信号不是还需要进行更多步骤的位于乘法器17或混合部分18中的声音信号，而是从输出信号形成部分19输出的要输出到音响系统的声音信号。在由输出信号形成部分19执行的信号处理中，将声音信号延迟多个采样周期。因此，如果电平检测中的任一个通过利用输出信号完成，而其中的另一个通过利用还需要更多步骤的声音信号完成，那么第一系数发生改变的定时将不会与第二系数发生改变的定时相一致，从而导致不成功的控制。因此，不将来自乘法器17的输出信号输入到L检测部分23。在用户下拧音量按钮12以使得从乘法器10输出的声音信号的音量在不考虑频带而整体落入低音量范围内的情况下，用作L检测部分20所检测到的信号的全频带电平的基准输入信号电平落入低音量范围内。因此，在该情况下，根据特性X产生的第一系数超过 “1”。由于该系数要在乘法器16中乘以从HPF 13输出的高频成分，因此执行电平控制以使得高频成分的电平上升。因为用作L检测部分23所检测到的低频成分电平的基准输入信号电平也落入低音量范围内，所以根据特性X产生的第二系数超过“ 1 ”。由于第二系数要在乘法器17中乘以从LPF 15输出的低频成分，因此执行电平控制以使得低频成分的电平也上升。尽管声音信号的全频带的电平与低频成分的电平之间存在一定相关性，然而这些电平基本上是相互独立的。因此，L检测部分20检测到的基准输入电平和L检测部分23 检测到的基准输入电平根据当前处理的声音信号的频率响应彼此独立地变化。更具体地， 声音信号处理设备3分别控制声音信号的低频成分的增益和高频成分的增益。因此，在将声音信号的音量调节为进入低音量范围以执行响度控制的情况下，根据要提供给扬声器的声音信号的频率响应来动态地控制高频成分的增益和低频成分的增益，实现了动态响度控制。如果整体音量电平增大而进入到中间或更高音量范围，则根据特性X执行的电平控制抑制了声音信号的高频成分，但是仅在低频成分的音量电平增大而进入到中间或更高音量范围时才抑制低频成分。换句话说，声音信号处理设备3能够在扬声器允许的限度内尽可能大地从扬声器输出低频成分。图4示出表示本发明第二实施例的声音信号处理设备3-2的构造的电路框图。本发明的声音信号处理设备3-2对其输出信号的音响系统具有由对应于多个频带的多个扬声器5和用于分别独立地驱动这些扬声器的多个功率放大器4所形成的多放大器的构造。 为简化叙述，图4示出一个双路扬声器系统的示例。在该示例中，通过通道分配器将声音信号分成高频带和低频带。提供了专用于高频带的功率放大器和专用于低频带的功率放大器作为功率放大器4，同时提供了由用于高频带的扬声器(高频扬声器)和用于低频带的扬声器(低频扬声器)所形成的双路扬声器作为扬声器5。在η路扬声器系统的情况下，声音信号被通道分配器分成η个频带。在图4所示的用于多放大器系统的声音信号处理设备3-2中，尽管没有示出如图3 中所示的系数产生部分11和音量旋钮12，但是其电平已根据音量旋钮12的旋转角度而进行了控制的声音信号被输入到频带分离滤波器组中。在频带分离滤波器组中，通过HPF 13、 BPF 14和LPF 15根据频带将输入信号分离成高频成分、中频成分和低频成分。从HPF 13 输出的高频成分在乘法器16中乘以由系数产生部分21产生的第一系数以控制该成分的电平。从LPF 15输出的低频成分在乘法器17中乘以由系数产生部分24产生的第二系数以控制该成分的电平。从乘法器16输出的电平受控高频成分、从BPF 14输出的未经电平控制的中频成分、和从乘法器17输出的电平受控低频成分在混合部分18中进行混合，以便通过均衡器 (EQ)调节声音信号的声音特性。EQ 30主要用于使要从扬声器输出的乐音的频率响应平直。因此，可以根据被提供声音信号的扬声器来设置均衡器30的频率响应。来自EQ 30的输出被并行提供到HP滤波器31和LP滤波器33。在该情况下，HP滤波器31和LP滤波器 33用作通道分配器，以将从EQ 30提供的声音信号分离成要供给高频扬声器的频带成分 (以下称为“高频成分”)和要供给低频扬声器的低频成分。因此，被HP滤波器31和LP滤波器33所分离的频率(截止频率)取决于形成双路扬声器系统的各个扬声器所覆盖的频带而不同。将HP滤波器31所提取的声音信号的高频成分提供到乘法器32以调节高频成分在乘法器32中要与之相乘的系数(增益)，从而要从高频扬声器输出的基于高频成分的乐音的电平将与要从低频扬声器输出的乐音的电平相平衡。在一般化的η路扬声器系统的情况中，声音信号要通过通道分配器分离成η个频带成分。将其中的最低频率成分定义为基准，调节其余(η-1)个频带成分各自的电平以使得各个电平与最低频率成分的电平匹配。 因此，在该情况下，乘法器32的数量为(η-1)。从乘法器32输出高频成分的输出信号以由专用于高频的功率放大器进行放大，以供给高频扬声器。LP滤波器33提取的低频成分被供给延迟部分34，在其中将低频成分进行延迟以使得低频成分的相位与高频成分的相位同相。在本说明书中，语句“两个频带同相”指的是声音信号中包含的两个频带成分以大体相同的定时从扬声器发出。在两个频带成分不同相的情况下，必要时两个频带成分中的任一个都可以被延迟(即定时调节)，以使延迟的频带成分能够与另一频带成分同相。尽管将声音信号处理设备3-2设计为仅调节低频成分，然而声音信号处理设备3-2还可以具有用于高频成分的延迟部分以允许调节高频成分。在η路系统的情况下，延迟部分34的数量是 (η-1)。在该情况中，通过将最高频率成分定义为基准，其余(η-1)个频带成分的定时可以调节为使得其余频带成分各自的定时与最高频带成分的定时匹配。从延迟部分34输出一个输出信号来由专用于低频的功率放大器进行放大，以供给低频扬声器。在η路系统的情况中，由(η-1)个乘法器32和(η-1)个延迟部分34所调节的η个频带的输出信号被η个功CN 102456350 A说明书7/9 页
率放大器进行放大以供给η个扬声器。在第二实施例的声音信号处理设备3-2的情况下，如上所述，从EQ 30至延迟部分34的总共5个功能块(在η路系统的情况下，总共为(2η_1) 个功能块)形成了形成输出信号的所述输出信号形成部分。高频成分的输出信号和低频成分的输出信号被分支以提供到第二混合部分35进行混合。混合的全频带输出信号被供给L检测部分20。在η路系统的情况中，η个频带的输出信号被分支以在第二混合部分35中进行混合，从而混合的全频带输出信号被供给L检测部分20。由于L检测部分20、系数产生部分21和乘法器16的操作与如图3中所示的第一实施例的声音信号处理设备3的上述部分的操作相类似，因此省略对它们各自操作的说明。不过，第一系数由系数产生部分21产生，从而即使全频带输出信号的电平发生变化，第一系数也会缓慢跟随全频带输出信号而不会突变。随后将第一系数提供到乘法器16。分支的低频输出信号还提供到LP滤波器22。LP滤波器22提取低频输出信号的一个低频成分，以将所提取的成分供给L检测部分23。在η路系统的情况下，在所有分支输出信号之中，从最低频带到m频带范围内的这些频带的分支输出信号在未示出的第三混合部分中进行混合。将m个频带的混合输出信号提供到LP滤波器22，以提取出一个低频成分，并将所提取的成分供给L检测部分23。供给LP滤波器22的信号的高频部分已被用作通道分配器的LP滤波器33和针对m个频带的滤波器所截止。因此，在所述截止足够充分的情况下，LP滤波器22可以省略。在该情况下，低频输出信号或者从第三混合部分输出的信号直接提供到L检测部分23。由于L检测部分23、系数产生部分24和乘法器17的操作与如图3中所示的第一实施例的声音信号处理设备3的上述部分的操作相类似，因此省略对它们各自操作的说明。不过，第二系数由系数产生部分24产生，从而第二系数快速跟出信号的低频成分的电平的变化。随后将第二系数提供到乘法器17。在第二实施例的声音信号处理设备3-2中，L检测部分20检测全频带输出信号的电平来作为基准输入电平，而L检测部分23检测输出信号的低频成分的电平来作为基准输入电平。因此，由L检测部分20检测到的基准输入电平和由L检测部分23检测到的基准输入电平根据输入声音信号的频率响应而不同。根据特性X，产生与由L检测部分20检测到的基准输入电平相对应的第一系数，以利用该第一系数来对高频成分执行电平控制。另夕卜，根据特性X，产生与由L检测部分23检测到的基准输入电平相对应的第二系数，以利用该第二系数来对低频成分执行电平控制。因此，在因为音量低而需要执行响度控制的情况下，声音信号处理设备3-2实现了使音量频率响应适合于输入声音信号的特性的动态响度控制。如果声音信号的任意频带的音量电平增加，则声音信号处理设备3-2进行控制以抑制该声音信号的高频成分。然而，声音信号处理设备32仅在低频带的音量电平增加时抑制该声音信号的低频成分。因此，声音信号处理设备3-2进行控制以在低频扬声器允许的限度内从该扬声器尽可能大地输出低频成分。图5示出表示本发明第三实施例的声音信号处理设备3-3的构造的电路框图。本发明第三实施例的声音信号处理设备33示出了由多个功率放大器4和多个扬声器5形成的具有三路扬声器系统的多放大器构造的音响系统的情况。另外，在该示例中，用作进行响度控制的频带分离滤波器的BP滤波器14和LP滤波器15还被用作用于通道分配器的频带分离滤波器。在该多放大器系统中，声音信号被通道分配器分成高频带、中频带和低频带。 分别提供了专用于高频带的功率放大器、专用于中频带的功率放大器和专用于低频带的功率放大器来作为功率放大器4，同时提供了由用于高频的扬声器(高频扬声器)、用于中频的扬声器(中频扬声器)和用于低频的扬声器(低频扬声器)所形成的三路扬声器作为扬声器5。在如图5中所示的用于多放大器系统的声音信号处理设备3-3中，尽管没有示出图2所示的放大器10、系数产生部分11和音量旋钮12，然而其电平已根据音量旋钮12的旋转角度进行了控制的声音信号被输入至频带分离滤波器组。频带分离滤波器组根据频带来通过HPF 13、BPF 14和LPF 15将输入信号分离成高频成分、中频成分和低频成分。在该情况下，HPF 13、BPF 14和LPF 15用作通道分配器，以将声音信号分离成要提供到高频扬声器的高频成分、要提供到中频扬声器的中频成分、和要提供到低频扬声器的低频成分。因此，由HPF 13、BPF 14和LPF 15所分离的频率(截止频率)取决于各个扬声器所覆盖的频带而不同。从HPF 13输出的高频成分在乘法器16中乘以由系数产生部分21产生的第一系数以控制该成分的电平。从LPF 15输出的低频成分在乘法器17中乘以由系数产生部分 24产生的第二系数以控制该成分的电平。其电平已在乘法器16中进行了控制的高频成分的低频响应由EQ 41来控制。由BPF 14提取的中频成分的频率响应由EQ 43来控制。其电平已在乘法器17中进行了控制的低频成分的频率响应由EQ 46来控制。提供EQ 41、EQ 43和EQ 46用于使要从针对各个频带的扬声器中输出的乐音的各自的频率响应平直。因此，根据被提供声音信号的各个频带的扬声器来设置EQ 41, EQ 43和EQ 46各自的频率响应。因为要输入的声音信号的频带按照这三个均衡器被限定为高频、中频或低频，所以每个均衡器可以构造为仅具有对所限定频带的频率响应进行控制的滤波器(大约10个频带)。 因此，由这三个均衡器执行的信号处理量(大约31个频带)稍多于仅由单个均衡器通常执行的信号处理量。更具体地，在EQ 41的情况下，可以仅由对通过HP滤波器13的高频成分的特性进行控制的一个滤波器来构造EQ 41。将声音特性已被EQ 41调节过的高频成分提供到乘法器42以调节要供给高频扬声器的高频成分的电平，以使得要从高频扬声器输出的乐音的电平与要从低频扬声器输出的乐音的电平相平衡。从乘法器42输出高频成分的输出信号以由专用于高频的功率放大器进行放大，以提供到高频扬声器。将声音特性已被EQ 43调节过的中频成分提供到乘法器44以调节要供给中频扬声器的中频成分的电平，以使得要从中频扬声器输出的乐音的电平与要从低频扬声器输出的乐音的电平相平衡。从乘法器44提供的中频成分被供给延迟部分45，在延迟部分45中将中频成分的相位进行延迟，以使得中频成分的相位与高频成分的相位同相。从延迟部分45输出中频带的输出信号以由专用于中频的功率放大器进行放大，以提供到中频扬声器。将声音特性已被EQ 46调节过的低频成分提供到延迟部分47， 在延迟部分47中对低频成分的相位进行延迟，以使得低频成分的相位与高频成分的相位同相。从延迟部分47输出低频带的输出信号以由专用于低频的功率放大器进行放大，以提供到低频扬声器。在第三实施例的声音信号处理设备3-3的情况中，如上所述，从EQ 41至延迟部分47的7个功能块形成了对输出信号进行调节的输出信号形成部分。高频成分、中频成分和低频成分各自的输出信号被分支以提供到混合部分48以进行混合。将混合的全频带输出信号提供到L检测部分20。因为L检测部分20、系数产生部分21和乘法器16的操作类似于如图3所示的第一实施例的声音信号处理设备3的上述部分的操作，所以省略了对它们各自操作的说明。不过，第一系数由系数产生部分21产生， 从而即使全频带输出信号的电平发生改变，第一系数也将缓慢跟随全频带输出信号而不会突变。随后将第一系数提供到乘法器16。将分支的低频输出信号提供到L检测部分23以检测输出信号的低频成分的电平。由于低频输出信号本身是输出信号的低频成分，所以无需在L检测部分23之前提供LP滤波器。由于L检测部分23、系数产生部分24和乘法器 17的操作类似于如图3所示的第一实施例的声音信号处理设备3的上述部分的操作，所以省略了对它们各自操作的说明。不过，第二系数由系数产生部分24产生，从而第二系数将快速跟随输出信号低频成分的电平的变化。随后将第二系数提供到乘法器17。在第三实施例的声音信号处理设备3-3中，L检测部分20检测全频带输出信号的电平来作为基准输入电平，同时L检测部分23检测输出信号的低频成分的电平来作为基准输入电平。因此，由L检测部分20检测到的基准输入电平和由L检测部分23检测到的基准输入电平取决于输入声音信号的频率响应而不同。根据特性X，产生与由L检测部分20 检测到的基准输入电平相对应的第一系数，以利用该第一系数来执行对高频成分的电平控制。另外，根据特性X，产生与由L检测部分23检测到的基准输入电平相对应的第二系数， 以利用该第二系数来执行对低频成分的电平控制。因此，在因为音量低而执行响度控制的情况下，声音信号处理设备3-3实现了使音量频率响应适合于输入声音信号的特性的动态响度控制。如果整体音量电平增加，则根据特性X执行的电平控制抑制声音信号的高频成分，而在低频扬声器允许的限度内尽可能大地从该低频扬声器输出低频成分。在第三实施例的声音信号处理设备3-3中，用于响度控制的频带分离滤波器还用作通道分配器。因此， 与第二实施例相比，第三实施例减少了与用作通道分配器的频带分离滤波器对应的信号处理和与LP滤波器22对应的信号处理。另外，对于均衡器41、43和46的信号处理增加得很少。因此，第三实施例以比三路扬声器系统所构造的第二实施例的情况更少的信号处理来实现了等同于第二实施例所执行的动态响度控制。上面所述的根据本发明实施例的声音信号处理设备可以通过由用户指令将第一系数和第二系数均固定为“1”来禁用根据本发明的“动态响度控制”。根据本发明的“动态响度控制”不仅可以应用于扬声器处理器，还可以应用于其它信号处理设备(音效处理器)。 在该情况下，优选的是将声音信号处理设备的功能块用作单输入、单输出的效果。另外，根据本发明的声音信号处理设备被设计为使得由输出信号形成部分执行的调节处理由EQ执行的频率响应的控制、乘法器执行的电平控制、和延迟部分执行的延迟控制所形成。然而，调节处理可以仅包括上述控制的一部分，或者可以包括诸如压缩处理、调制处理和非线性变换处理之类的其它处理。另外，优选的是本发明第一和第二实施例的声音信号处理设备的LP滤波器22的滤波特性与LPF 15的滤波特性相同。在该情况下，LP滤波器22的特性不必与LPF 15的特性完全相同，而是可以有或多或少的不同。
权利要求
1.一种声音信号处理设备，其输入了声音信号并且形成要提供到包括放大器和扬声器的音响系统中的输出声音信号，所述声音信号处理设备包括频带分离部分，其将输入的声音信号分离成高频成分、中频成分和低频成分； 第一电平控制部分，其根据第一控制信号来控制高频成分的电平以输出受控高频成分；第二电平控制部分，其根据第二控制信号来控制低频成分的电平以输出受控低频成分；第一混合部分，其将从所述第一电平控制部分输出的高频成分、从所述频带分离部分输出的中频成分、和从所述第二电平控制部分输出的低频成分进行混合，以输出混合信号；第一控制信号产生部分，其检测混合信号的音量电平，以根据检测到的音量电平来产生所述第一控制信号；和第二控制信号产生部分，其检测输入的声音信号的低频成分的音量电平，以根据检测到的音量电平来产生所述第二控制信号。
2.根据权利要求1的声音信号处理设备，还包括输出信号形成部分，其对从所述第一混合部分输出的混合信号的声音特性进行调节， 以形成所述输出声音信号。
3.根据权利要求2的声音信号处理设备，其中，所述第一控制信号产生部分检测从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的音量电平来作为混合信号的音量电平，并且所述第二控制信号产生部分检测从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的低频成分的音量电平来作为输入的声音信号的低频成分的音量电平。
4.根据权利要求3的声音信号处理设备，其中，所述第二控制信号产生部分包括低通滤波器，该低通滤波器用于提取从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的低频成分。
5.根据权利要求1的声音信号处理设备，其中，所述音响系统是多放大器系统，其中对应于多个频带的多个扬声器由对应于所述多个扬声器的多个放大器驱动；并且所述声音信号处理设备还包括输出信号形成部分，其将从所述第一混合部分输出的混合信号分离成分别对应于多个频带的声音信号，以对分离成多个频带的声音信号各自的声音特性进行调节，来形成输出声音信号，所述输出声音信号由要提供到放大器的多个声音信号形成。
6.根据权利要求5的声音信号处理设备，还包括第二混合部分，其混合与由所述输出信号形成部分分离的多个频带相对应的各声音信号，以输出混合信号，其中，所述第一控制信号产生部分检测从所述第二混合部分输出的混合信号的音量电平来作为混合信号的音量电平，并且所述第二控制信号产生部分检测从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的低频成分的音量电平，来作为输入的声音信号的低频成分的音量电平。
7.根据权利要求6的声音信号处理设备，其中，所述第二控制信号产生部分包括低通滤波器，该低通滤波器用于提取从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的低频成分。
8.根据权利要求1的声音信号处理设备，其中所述音响系统是多放大器系统，其中高频扬声器、中频扬声器和低频扬声器分别由高频放大器、中频放大器和低频放大器驱动，所述声音信号处理设备还包括输出信号形成部分，其调节从所述第一电平控制部分输出的高频成分的声音特性以形成高频成分的输出声音信号、调节从所述频带分离部分输出的中频成分的声音特性以形成中频成分的输出声音信号、以及调节从所述第二电平控制部分输出的低频成分的声音特性以形成低频成分的输出声音信号，其中，所述第一混合部分将从所述输出信号形成部分输出的高频、中频和低频的输出声音信号进行混合，以输出混合信号，并且所述第二控制信号产生部分检测从所述输出信号形成部分输出的低频输出声音信号的音量电平。
9.根据权利要求8的声音信号处理设备，其中，所述第二控制信号产生部分包括低通滤波器，该低通滤波器用于提取从所述输出信号形成部分输出的输出声音信号的低频成分。
10.根据权利要求1-9中任一项的声音信号处理设备，其中，由所述第一控制信号产生部分进行的音量电平的检测是通过使用特定的第一上升时间常数和第一下降时间常数来完成的；并且由所述第二控制信号产生部分进行的音量电平的检测是通过使用比第一上升时间常数和第一下降时间常数小的特定的第二上升时间常数和第二下降时间常数来完成的。
全文摘要
本发明提供了一种声音信号处理设备。由HPF(13)提取的声音信号的高频成分在乘法器(16)中乘以第一系数以控制高频成分的电平。系数产生部分(21)根据输出信号的全频带电平来产生第一系数。由LPF(15)提取的低频成分在乘法器(17)中乘以第二系数来控制低频成分的电平。系数产生部分(24)根据由LP滤波器(22)提取的输出信号的低频成分的电平来产生第二系数。输出信号的低频成分的电平控制和输出信号的高频成分的电平控制是分开完成的，从而得到适合于声音信号特性的响度控制。
文档编号G10L19/02GK102456350SQ201110324260
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者五藤三贵, 山下裕司, 白井瑞之 申请人:雅马哈株式会社