均衡器、具有该均衡器的音频系统及对混音进行均衡的方法与流程

本发明涉及均衡器、具有该均衡器的音频系统及对混音进行均衡的方法。

特别地，本发明涉及均衡器/音频系统/对混音进行听觉补偿均衡的方法。

背景技术：

人通过他/她的听力或听觉系统感觉到听觉刺激或声音。听觉系统包括外耳、带有听小骨的中耳和带有耳蜗及连接到耳蜗的神经的内耳，以及位于大脑和脑干中的听觉刺激处理中心。因为这种复杂的解剖结构和至今无法详细解释的生理及工作方式，所以听觉刺激的感知不是线性的，即对所有波长同等密集(intensiv)。相反，存在光谱(与频率有关的)听觉灵敏度，该灵敏度也与响度有关。

对响度的依赖性，例如，尤其导致从比音乐厅小的房间中的声音存储媒介播放的一段音乐相比现场体验听起来不自然。已知可以通过将音量修正为听觉灵敏度的镜像来消除这种不自然，这在所谓的“等响曲线”示出。然而，正如为了确定所要播放给测试人员的单个正弦音调那样，已经证明用于上述情况的现有曲线只是有条件地重建了声音所要求的自然性，但是单个频率下所感知到的响度受到同时感知到的其它频率下响度的影响。更特别地，过于低音的音乐使得房间信息、瞬态、瞬态效应、乐器的音色、混响等等由于所谓的掩蔽效应而很难被听到，掩蔽效应使唱片听起来不准确且松软无力。这种效应也通过中音的过度强调被增强，因为这样一来，打破了乐器中构成该乐器特定声音和特征的、基音和泛音之间的可听见的非常敏感的平衡。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种均衡器，该均衡器通过对所有听觉非线性进行最佳平衡来在所有音量下产生混音(尤其是音乐)的尽可能高的自然性。

通过权利要求1、10和11的特征来完成上述任务。

在附属权利要求中限定了其它有利的进一步改进。

根据本发明(权利要求1)的均衡器根据均衡曲线(p(f))以听觉补偿的方式来均衡不同频率(f)的声音的混音，均衡曲线(p(f))示出了声音的声级(P)的与频率有关的变化，在频率均衡曲线(P(f))具有极值(P(n)≡P(f_(n)))，在频率均衡曲线(P(f))具有零点(N(n)≡N(f_(n)))，其中，n∈N，f₀为预定极值(P(0))的频率，并且1.5²≤k≤1.8²。

根据本发明的“均衡”是与频率有关的“声级(P)的变化”(以分贝(dB)为单位)，其中，所有同时感知到的与它们的声级相关联的声音整体被称为“响度”，是对人类的响度感知进行比例描述的标准所限定的参数。响度的单位是宋(Sone)，其基于以方(Phon)为单位的声级(或仅是“响度”)的定义。

特别地，40方的声强被赋予1宋的响度，其中，40方的声强是由具有1kHz的频率和40dB的声压级的正弦声音的响度来定义的。

均衡曲线优选地是频率f的恒定的、可微分的函数。根据本发明的均衡基于对“测量线性”并不意味着“听觉线性”的理解，因为此处以人类听力为参考，人类听力对不同响度下的不同频率作出的反应不同。这一事实早在1993年就由Fletcher和Munson进行了调查，并且产生了在ISO标准226:2003(于2003年修订的ISO建议稿226)及DIN 45630表2(DIN 1318)中建立的“等响的心理声学曲线”。根据这些曲线来均衡混音实现了能够以声音录制品在不同响度级产生相似的听觉印象这样的方式来重放声音录制品。适用于人类听力的这种形式的均衡被称为“听觉补偿”。经听觉补偿的声音录制品被认为是“自然的”。

根据本发明，如上面所指出的，均衡器不用于纯粹的正弦声音(测量声音)，而是用于包括不同频率及由不同乐器产生的“混音”。根据DIN 1320的混音尤其是由任何频率的音调组成的声音并且还包含作为非周期的特殊形式的“噪音”。此外，根据本发明的均衡器将由于录制的混音所播放的环境引起的该录制声音的变化考虑在内。

当根据本发明的均衡器设置在听觉系统的声音换能器的上游(参见权利要求10)，这样使根据本发明的均衡适用于由听觉系统产生的混音，该均衡涉及包括泛音的所有声音，因此音色通过根据本发明的均衡恢复它的“自然性”。

当在某些情况下，人们关于他们认为是“自然的”混音/音调作出不同表述，即术语“自然性”因此是主观的，本发明的发明人进行了大量的实验。

更特别地，使用了不产生时移和相移并且使得标准频率范围能够以0.5dB的步长增加或减少的数字31波段图形均衡器。可以存储通过实验确定的曲线，可以将它们在混音上的效果互相比较并且与线性回放进行比较。可能的修正曲线的多个变量受到经系统设计的听力测试，其中，使用了音乐作品、电影、乐器和声乐唱片甚至现场直播。在所有工作室实验中，使用了近场监测器，其中，当响度参数变化时，借助于声级计检测该变化。

根据本发明，均衡曲线具有取决于k的极值点和零点，其中，1.5²≤k≤1.8²。优选地k的值为1.618。应该注意的是，数字1.618是描述黄金分割比的无理黄金数的近似值：例如，如果根据黄金分割比将长度距离s分成较大的部分g和较小的部分k，则s/g＝g/k＝1.1618＝黄金分割比。为了根据示例的长度达到本发明，只需要用频率替换长度单位(在示例中任意选择)。

数字1.618也是递归定义的斐波那契数列的极限值其中，根据法则f_n-2＝f_n–f_n-1由自然数列中的前两个元素来定义该自然数列中的每个元素f_n，并且定义f₀＝0和f₁＝1作为起始点。

根据极值点和零点的位置的定义，很明显均衡曲线是振荡的而不是频率f的周期函数。

根据有利的进一步改进(权利要求2)，以下方程式适用于所有n：|P(n)|>|P(n+1)|。

这意味着(就数量而言)均衡曲线的幅度随频率的增加而减小。该减小发生在所有声级。应该注意的是，如下所述，当声级零线应用到均衡曲线时，数量的符号发挥作用。

根据另一有利的进一步改进(权利要求3)，对于所有n来说，数量中的差|P(n)|-|P(n+1)|是恒定不变的。

这意味着，例如，在将以分贝为单位的响度示为对数输入的频率的函数(均衡曲线)的图中，所有点(f(n)，|P(n)|)位于直线上。

根据另一有利的进一步改进(权利要求4)，对于所有n来说，|P(n)|>|P(n+1)|小于或等于2dB(分贝)。

值2dB采用相对较低的声级或响度应用于相对安静的混音，其中，“相对安静”指大约70dB，“相对响亮”大约为80dB。

根据另一个有利的进一步改进(权利要求5)，|P(n)|-|P(n+1)|>|P(n+1)|-|P(n+2)|适用于所有n。

响度的绝对量之差因此随着频率的增加而变小，以使得在之前提及的图中，点(f(n)，|P(n)|)所在的曲线并不产生一条直线。

根据另一有利的进一步改进(权利要求6),对于给定n，比率随混音响度的增加而增大。

比值通常与频率有关，以使得该比值必须涉及预定的n。

根据另一有利的进一步改进(权利要求7)，f₀＝1.2kHz。

可替换地，可以将标准音高当作起点，即f₀＝440Hz。

根据另一个有利的进一步改进(权利要求8)，对于每个频率间隔或者

据此，应该表达了均衡曲线的“正弦曲线性”(“似波性”)。这意味着均衡曲线类似于正弦波，但不是周期性的。第一种表达涉及较低的“半波”或波谷(具有极小值)，而第二表达涉及上半波或波峰(具有极大值)。根据权利要求8同样可知，均衡曲线以及正弦曲线是恒定的且是可微分的。

应该注意的是，均衡曲线的似波性从两种意义上反映了人类听力的光谱(与频率有关)灵敏度。一方面在“重放”的意义上，另一方面在“镜像”的意义上，即均衡曲线是人类听力的灵敏度曲线在它的零线处的反映。

根据另一有利的进一步改进(权利要求9)，声级的与频率有关的变化是声级的依赖于频率的减少及增加。

声级减少与声级增加相比所具有的优点为可以因此避免相移。在使用有限数目的调节器(regulator)产生均衡曲线的实际应用中，在声级减少的情况下，所有调节器在同一方向上偏离它们的中心位置。

根据本发明(权利要求10)，具有输入、输出和连接到输出的声音换能器的音频系统包括根据权利要求1至8中任一项所述的均衡器，均衡器在音频系统的重放链(Wiedergabekette)中被布置在声音换能器的上游。

这意味着根据本发明的均衡器被应用于由音频系统发出的整个信号，因此对发给音频系统的“失真”信号进行均衡。

根据本发明(权利要求11)，对于不同频率(f)的声音的混音的听觉补偿，根据均衡曲线(p(f))来确定均衡的程度，均衡曲线(p(f))示出了声音的声级(P)的依赖于频率的变化，在频率所述均衡曲线(P(f))存在极值(P(n)≡P(f_(n)))，在频率所述均衡曲线(P(f))存在零点(N(n)≡N(f_(n)))，其中，n∈N，f₀为预定极值(P(0))的频率，并且1.5²≤k≤1.8²。

根据本发明的有利的进一步改进(权利要求12)，均衡曲线(P(f))具有随混音的频率增加而衰减的阻尼振荡的形状。

根据另一有利的进一步改进(权利要求13)，比率随混音响度的增加而变大。

附图说明

以下参考附图对均衡曲线的示例进行了解释，通过参考附图所进行的描述，本发明的其它优点和特征将变得明显。在这些附图中：

图1A和1B示出了根据实施例的第一种形式针对右声道和左声道的均衡曲线；

图2A和2B将根据图1的均衡曲线(底部)和根据实施例的第二种形式的均衡曲线(顶部)进行了比较；以及

图3A和3B将根据图1的均衡曲线(底部)和听力灵敏度曲线(顶部)进行了比较。

具体实施方式

图1A和1B示出了根据实施例的第一种形式的用于右声道的均衡曲线(顶部)和用于左声道的均衡曲线(底部)(仅图1A设置有附图标记，图1B等同)。

图1A和1B示出了声级(响度)的与频率有关的修正-关于“零线N”的减少或增加，其中，在每种情况下，沿底部且对数地输入频率，沿顶部且对数地输入修正(以分贝为单位)。由调节器12的位置示出修正。如果调节器处于0dB线上，则相关的频率仍然保持不变。可以清楚地看到与已知的均衡曲线不同且朝向较高频率衰减的波状结构。

如图1A和1B所示，增加的极点(均衡曲线10的最高点H)在频率25Hz、160Hz、1250Hz和8000Hz处，反之，减小的极点(均衡曲线10的最低点T)在频率63Hz、400Hz/500Hz和3150Hz处。因此在25Hz、63Hz、160Hz、400Hz、1250Hz、3150Hz和8000Hz处存在极点。对于给定的响度，这些频率的阻尼量为：7.5dB、5dB、5dB、4dB、3dB、2dB和1dB。

图1A和1B示出了使用商业上可用的均衡器产生的均衡曲线10。在大量听力测试中，认为采用这种均衡曲线10均衡的不同风格的音乐是“最自然的”。应该注意的是，第一极点的频率25Hz和因子k＝1.618²的乘积非常精确地表达了第二极值的频率：25×1.618²＝65.5Hz。同样地，第二极点的频率63Hz和因子k＝1.618²的乘积非常精确地表达了第三极值的频率：63Hz×1.618²＝165Hz等等。

可以假定的是，允许更准确的调整的均衡器所产生均衡曲线10的极点频率正是由与1.618m²的乘积精确地给出的，这样使在最佳的均衡曲线10中，经过实验发现了黄金分割比反映的法则。

应该注意的是，高点H和低点T关于0dB线的镜像位于直线14(为了清晰起见包括在图1B中)上。此外，高点H(低点T)的邻近幅值优选地以最大1.5dB位于高点H(低点L)的值之下(之上)，其中，“邻近”是指上述提及的均衡器的毗邻调节器。

图2A和2B对根据图1的均衡曲线(底部)和根据实施例的第二种形式的均衡曲线10(顶部)进行比较。

如图2A中所示，在实施例的第二种形式中，使用同一形式的图示(频率的对数输入)，虽然极值就像在实施例的第一种形式中那样位于同一频率处，但是它们不在一条直线上。这意味着在相关的频率处的dB修正是不同的。相比通过根据实施例的第一种形式的均衡曲线10的修正，通过这种均衡曲线10的修正在自然感知中提供了进一步改进。

图3A和3B比较了根据图1的均衡曲线(底部)和听力灵敏度曲线(顶部)。

如上所述，两个曲线为彼此的镜像反射，这样补偿了人类听力的“自然缺陷”。