音频再现装置的制作方法

专利名称：音频再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及音频再现装置。
背景技术：
在小型元件立体声音响系统(minicomponent stereo set)和平面电视接 收机中采用了小型扬声器。在这样的应用中，扬声器(扬声器箱)的容积 相应地也很小。扬声器的谐振频率fO等于或高于100Hz。谐振频率为fD或小于fD的音频信号可能会被提供给扬声器。随着频 率的降低，基频分量被逐渐地降低，同时畸变分量(谐波分量)在其输出 声压(sound output pressure)中急剧地增大。具有小型扬声器的音频装置无法有效地再现低于扬声器的谐振频率f0 的低频分量。在再现音频信号方面可以考虑两种方法(1) 使用均衡器来增强(boost)低频分量，以及(2) 将低频分量中的谐波泛音(harmonic overtone)分量输出以实 现低频音响效果(sound effect)。方法(1)通过加强扬声器的谐振频率fD频带中的频率分量来提供低 频音响效果。方法(2)利用了人类的听觉的优势。更具体而言，每种乐器的声音 都由基频分量和谐波分量组成，并且基频分量与谐波分量的比率确定了声 音的音调(tone)。在生理声学上已经证明如果输出不具有基频分量却 具有谐波分量的声音，则人类听起来就好像基频分量也被输出一样。方法 (2)就是基于这样的人类听觉特性的。图14示出了一种音频装置。扬声器5被用于改善低频音响效果。在输 入端子1处，音频信号S1被提供给高通滤波器2。如图15A所示，等于或
高于扬声器5的谐振频率fD的中高频分量被提取出来，并被提供给加法器3。在端子1处的音频信号Sl被提供给带通滤波器7。如图15B所示，落 在从f0/2到fD频带内的低频分量S7被提取出来，并被提供给移调器 (pitch shifter) 8。移调器8将所提供的低频分量S7的频率加倍。如图15C所示，输出 在从fD到2fD频带内的倍频分量S8，也就是低频分量S8。低频分量S8被提供给加法器3，从而与中高频分量S2相加。如图 15D所示，加法器3输出具有由于低频分量S7经加强而得到的低频分量 S8的音频信号S3。音频信号S3经由功率放大器4而被输出到扬声器5。 扬声器5因而发出具有图15D的频率特性的音响声音，也就是具有由于经 加强的低频分量S7而得到的低频分量S8的音响声音。低频分量S7的声音没有被从扬声器5输出，并且其相当于基频分量。 而相应的低频分量S8被从扬声器5输出。听众听起来就好像实际上输出 了低频分量S7—样。因此，即使利用了小型扬声器5，也提供了低频音响 效果。一般来说，即使通过倍乘低频分量S7而生成倍频分量S5，人类也不 会对低于200Hz的低频分量S8产生不舒适的听觉感受。曰本未审查专利申请公布No.8-213862公开了这样一种技术。发明内容增强低频分量的方法(1)并不适合原先无法再现低频分量的小型扬 声器。如果使用具有固定增强量的均衡器，则信号将被限幅(clip)，从 而导致噪声和畸变。向小型扬声器提供重低音分量(deep bass component)并不是优选的。加入谐波泛音的方法(2)对于小型扬声器是有效的，原因在于没有 向扬声器5提供低频分量。低频分量S8类似于带通滤波器7的谐波分 量。如果增加低频分量S8的量以达到低频音响效果，则畸变程度也增 加。如果减小低频分量S8的量以降低畸变程度，则低频音响效果变得不 够。在低频音响效果与畸变程度之间存在权衡。
因此希望克服这种问题。一种音频信号处理装置包括谐波泛音加法器和均衡器。谐波泛音加法 器包括高通滤波器，用于从音频信号中提取等于或高于第一预定频率的 频率分量；滤波器，用于从音频信号中提取等于或低于第二预定频率的一 半的频率分量；谐波泛音发生器，用于根据滤波器的输出来生成双倍频谐 波泛音分量；以及第一组合单元，用于组合从高通滤波器输出的频率分量 与从谐波泛音发生器输出的谐波泛音分量。均衡器包括电平检测器，用 于检测包含在第一组合单元的输出中的泛音分量的电平；增益控制器，用 于基于电平检测器的检测输出来动态地控制包含在第一组合单元的输出中 的谐波泛音分量的电平；以及第二组合单元，用于组合第一组合单元的输 出与从增益控制器输出的谐波泛音分量。根据本发明的实施例，如果音频信号的低频分量低于第一预定频率， 则输出该低频分量的谐波泛音。该谐波泛音提供了低频音响效果。由于谐 波泛音的电平动态地变化，因而获得了轻快(crisp)的低频音响效果，同 时减小了输出声音中的畸变程度。


图1是根据本发明一个实施例的谐波泛音加法器的框图；图2A-2F示出了根据本发明一个实施例的谐波泛音加法器的频率特性；图3是谐波泛音加法器的波形图；图4是谐波泛音加法器的控制特性图；图5是根据本发明一个实施例的另一个谐波泛音加法器的框图；图6是示出根据本发明一个实施例的又一个谐波泛音加法器的框图；图7A-7C示出了图6的谐波泛音加法器的频率特性；图8A和8B示出了图6的谐波泛音加法器的频率特性；图9示出了根据本发明一个实施例的又一个谐波泛音加法器；图IOA和IOB示出了图9的谐波泛音加法器的频率特性；图11A-11C是谐波泛音加法器的波形图； 图12示出了谐波泛音加法器中的移调器； 图13A和13B是移调器的波形图；图14示出了作为已知技术的谐波泛音加法器；以及图15A-15D示出了己知谐波泛音加法器的频率特性。
具体实施方式
图l示出了根据本发明的一个实施例的谐波泛音加法器10。小型扬声 器33提供经改善的低频音响效果。令fO表示扬声器33的谐振频率。谐振 频率fi)是100Hz或者更低。令fl表示一频率上限，在该频率上限之下， 通过倍频基频信号而得到的信号不会导致不舒适的听觉感受。频率上限fl 是通过倍频信号的基频而得到的频率。频率上限fl大约为200Hz。这里， fD = fl/2 (或者，f0《fl/2)。在双声道立体声音响系统或者多声道立体声 音响系统的情况下，每一个声道都具有图1的结构。将被再现的音频信号Sll被提供给谐波泛音加法器10。提供低频音响 效果的谐波泛音分量因而被加到音频信号Sll上。音频信号Sll经由输入 端子11而被提供给高通滤波器12。如图2A中的实线所示，在这种情况 下，等于或高于扬声器33的谐振频率f0 (也就是100Hz)的中高频分量 S12被提取出来，随后被提供给加法器13。音频信号Sll被从输入端子ll 提供给低通滤波器14。如图2A的虚线所示，在这种情况下，等于或低于 扬声器33的谐振频率f0 (也就是100Hz)的低频分量S14被低通滤波器 14所提取。随后，低频分量S14被提供给衰减器(ATT) 15。衰减器15 将低频分量S14调整到预定电平，并且所得到的电平经调整的分量被提供 给加法器13。音频信号Sll被从输入端子11提供给带通滤波器16。如图2B中的实 线所示，落在f0/2到f1/2 (也就是50Hz到100Hz)的频带内的低频分量 S16被提取出来。然后，低频分量S16被提供给移调器17。随后将描述移调器17的一个示例。移调器17将所提供的低频分量 S16的频率加倍。如图2B中的虚线所示，频率加倍的谐波泛音分量S17被 提取出来。由于低频分量S16落在f0/2到f1/2的频带内，所以谐波泛音分
量S17的频带变为fD — fl。频率加倍的谐波泛音分量S17经衰减器18调整 到预定电平，然后电平经调整的谐波泛音分量S17被提供给加法器13。如图2C所示，加法器13输出音频信号S13。音频信号S13是通过按 预定比率将低频分量S14和频率加倍的谐波泛音分量S17与中高频分量 S12相加而获得的。音频信号S13被提供给增益控制型均衡器20。均衡器20执行均衡操 作以解决低频音响效果和畸变效果。音频信号S13被提供给加法器21和 带通滤波器22。如图2D所示，落在频带fD — fl (也就是100Hz — 200Hz)内的低频分量S22被提取出来。低频分量S22经由随后将讨论的 增益控制器23而被提供给加法器21 。如图2D所示，低频分量S22包含中高频分量S12 (图2A)的低频分 量S121和谐波泛音分量S17。作为增益控制器23的输出信号的信号分量 S23是通过对低频分量S22进行电平控制而获得的，并且包含低频分量 S121和谐波泛音分量S17。低频分量S22被从带通滤波器22提供给电平检测器24。如图3中的 实波形线所表示的，低频分量S22的一个循环，即，从负到正的一个翻转 到从负到正的下一个翻转的持续时间Tx被确定为一个周期。在一个周期 Tx内检测得到的峰值电平V22 (绝对值)被称作检测信号S24 (绝对 值)。检测信号S24作为增益控制信号而被提供给增益控制器23。图4示出了增益控制器23的控制特性。横坐标表示提供给增益控制器 23的低频分量S22的输入电平，也就是在检测到信号S24的一个周期Tx 内的带通滤波器22的峰值电平V22。纵坐标表示从增益控制器23输出的 低频分量S23的输出电平V23。虚线B表示不管输入电平V22 (峰值电 平)为多少的增益为l时的特性，在图4中仅作参考之用。增益控制器23的控制特性由线A表示。令VLM表示预定上限，而 VTH表示预定阈值电平(VLM>VTH )。如果V22 > VLM ，则 V23=VMAX。当关系V22〈VLM成立时，V23与电平V22成线性比例。如 果关系VTH<V22<VLM成立，则增益大于1。如果关系V22二VTH成 立，则增益为l。如果关系V22〈VTH成立，则增益小于l。
增益控制器23根据检测信号S24和控制特性A、按每一周期Tx地对 低频分量S22进行电平控制。在一个周期Tx结束之前是无法得知峰值电 平V22的。为了简单起见，假设在周期Tx的起始就可以检测在一个周期 Tx内的峰值电平V22。为了检测和控制，将经受电平控制的低频分量S22 被预延迟，以与相应的检测信号S24同步。加法器21将经过增益控制器23的电平控制的低频分量S23与来自加 法器13的音频信号S13相加。如图2E所示，加法器21输出了由频率分 量S14、 S121、 S17和S12组成的音频信号S21。然后，音频信号S21被 提供给低频截止滤波器(LCF: low-frequency cutoff filter) 31。如图2F所 示，低频截止滤波器31去除了对小型扬声器33有害的重低音分量，艮卩， 低频截止滤波器31输出了音频信号S31。虽然几乎没有从扬声器33输出 标准的低频声音，但是可能输出变为畸变分量(谐波分量)的低频分量。 低频截止滤波器31去除了这种低频分量。然后，从低频截止滤波器31输 出的音频信号S31经由功率放大器32而被提供给扬声器33。输入到输入端子11的音频信号Sll通过上述配置，而输出图2F的音 频信号S31。然后，音频信号S31被提供给扬声器33，并且从扬声器33 输出所得到的声音。如图2F所示，提供给扬声器33的音频信号S31包含 频率为低频分量S16 (图2B)的两倍的谐波泛音分量S17。虽然几乎没有从扬声器33输出低于谐振频率fD的基频分量的声音， 但是输出了频率为低频分量S16的两倍的谐波泛音分量S17。听众可以听 到好像输出了低于谐振频率ro的声音一样的声音。即使利用小型扬声器 33，也可以提供低频音响效果。增益控制器23对包含谐波泛音分量S17的低频分量S22进行电平控 制，从而得到低频分量S23。由于低频分量S23具有如图4所示的控制特 性，所以输出低频分量S23具有如图3中的虚线所示的波形(电平)。如 果在一个周期Tx内的低频分量S22的峰值电平V22低于阈值电平VTH， 则低频分量S23的输出电平V23变得小于原始幅度，如图4中的箭头C所 示。如果在一个周期Tx内的低频分量S22的峰值电平V22高于阈值电平 VTH，则低频分量S23的输出电平V23变得大于原始幅度，如图4中的箭 头D所示。如图3中的虚线所示，当在一个周期Tx内的峰值电平V22小于阈值 电平VTH时，从增益控制器23输出的低频分量S23的输出电平V23在整 个该周期内都变得更小；而当在一个周期Tx内的峰值电平V22大于阈值 电平VTH时，输出电平V23在整个该周期内都变得更大。由于包含在低 频分量S23内的谐波泛音分量S17的电平以相同的方式动态改变，所以达 到了轻快的低频音响效果，同时限制了畸变效果。由于仍然保留了包含在音频信号Sll中的低频分量S14的一部分(如 图2A和2F所示)，所以低频音响效果变得很自然。对小型扬声器33有 害的低频分量S14中的重低音分量被低频截止滤波器31去除，并避免了 大量畸变分量(谐波分量)的输出。在以上的讨论中，从带通滤波器22输出的低频分量S22被提供给检测 器24。如图1中的虚线所示，从加法器13输出的音频信号S13可以被提 供给检测器24，以获得检测信号S24。图5示出了根据本发明第二实施例的谐波泛音加法器10。在谐波泛音 加法器10中，去除了带通滤波器16，并且从低通滤波器14输出的低频分 量S14被提供给移调器17。带通滤波器22被截止频率为上限频率fl的低 通滤波器25所代替。图5的谐波泛音加法器的其余部分与图1的谐波泛音 加法器相同。低频分量S14的谐波泛音分量S17被输出作为声音。因此，听众听起 来就好像在谐振频率fD以下的声音也被输出一样。即使小型扬声器33也 可以提供低频音响效果。具有图4的控制特性的增益控制器23对包含谐波泛音分量S17的低频 分量S22进行电平控制，从而得到低频分量S23。包含在从增益控制器23 输出的低频分量S23中的谐波泛音分量S17动态地改变其电平。从而得到 了轻快的低频音响效果，同时控制了畸变效果。如图5中的虚线所示，从加法器13输出的音频信号S13被提供给检测 器24，并且检测器24输出检测信号S24。图6示出了谐波泛音加法器IO的第一修改。如图6所示，谐波泛音加
法器10的一部分与图1的谐波泛音加法器IO相同。如图7A所示，高通滤波器12与低通滤波器14分别从音频信号Sll提取出中高频分量S12和 低频分量S14，然后将这些分量提供给加法器13。如图7B所示，带通滤波器16提取出落在f0/2至lj fl/2范围内的低频分 量S16，并且移调器17将低频分量S16的频率加倍，从而得到谐波泛音分 量S17。谐波泛音分量S17经由衰减器18而被提供给加法器13。音频信号Sll经由输入端子11而被提供给带通滤波器46。因此，如 图7B所示，落在频率范围ro/4—fl/4内的低频分量S46被提取出来。低频 分量S46经移调器47而被倍频到四倍频的谐波泛音分量S47。谐波泛音分 量S47经由衰减器48而被提供给加法器13。如图7C所示，加法器13按预定比率将中高频分量S12、通过衰减器 15、 18和48的低频分量S14、双倍频的谐波泛音分量S17与四倍频的谐 波泛音分量S47相加，从而输出所得到的音频信号S13。随后的处理与参考图l所讨论的处理相同。音频信号S13经由均衡器 20、低频截止滤波器31和功率放大器32而被提供给扬声器33，不过在此 省略了对它们的讨论。利用这种配置，扬声器33几乎没有发出在谐振频率fD以下的基频分 量的声音，却发出了谐波泛音分量S17和谐波泛音分量S47的声音。因 此，听众听起来就好像输出了低于谐振频率fO的声音一样。即使采用小型 扬声器33，也可以达到低频音响效果。如果如图8A所示低频分量S16 (S46)为35Hz，则通过将低频分量 S16的频率加倍而得到的谐波泛音分量S17 (由带箭头的虚线表示)具有 70Hz的频率，于是扬声器33还是无法再现该谐波泛音分量S17，如扬声 器33的频率特性F33所表示的。在图6的谐波泛音加法器10中，具有35Hz的频率的低频分量S16， 也就是低频分量S46，经由带通滤波器46而被提供给移调器47。移调器 47将低频分量S16四倍频，从而得到频率为140Hz的四倍频谐波泛音分量 S47 (带箭头的实线)。谐波泛音分量S47被提供给加法器13。利用频率 为35Hz的低频分量S16，四倍频的谐波泛音分量S47获得了与谐波泛音12 分量S17相对应的低频声音。如图8B所示，低频分量S46 (S16)可能具有60Hz的频率。如果低 频分量S46被四倍频，从而得到谐波泛音分量S47 (如带箭头的虚线所 示)，则所得到的频率为240Hz。在加上谐波泛音之后，所得到的240Hz 的频率超过了频率上限fl (&200Hz)。如果所得到的谐波泛音分量S47 被提供给扬声器33，则输出声音将导致人类耳朵的不舒适的听觉感受。在图6的谐波泛音加法器10中，低频分量S46可能具有60Hz的频 率。低频分量S46，也就是低频分量S16经由带通滤波器16而被提供给移 调器17。移调器17将低频分量S16双倍频以得到频率为120Hz的双倍频 谐波泛音分量S17 (由带箭头的实线表示)。所得到的谐波泛音分量S17 被提供给加法器13。即使当低频分量S46的频率为60Hz时，双倍频谐波 泛音分量S17也获得了与低频分量S46相对应的低频声音。图9示出了谐波泛音加法器10的第二修改。与图6的谐波泛音加法器 IO—样，在基频分量很低的情况下，图9的谐波泛音加法器IO加入了四 倍频谐波泛音分量S47。分别从移调器17和47输出的谐波泛音分量S17 和S47经由衰减器18和48而被提供给加法器19。如图IOA所示，包含谐 波泛音分量S17和S47的谐波泛音分量S19被提取出来，然后被提供给低 通滤波器49。低通滤波器49具有图10B的频率特性F49。低通滤波器49的截止频 率为频率上限fl，在该截止频率处输入信号几乎全部被截止。低通滤波器49从低频分量S19中输出双倍频和四倍频谐波泛音分量 S49 (阴影区域)，该谐波泛音分量S49不会导致不舒适的听觉感受。谐 波泛音分量S49被提供给加法器13。图9的谐波泛音加法器的其余部分与图1的谐波泛音加法器相同。音 频信号S13经由均衡器20、低频截止滤波器31和功率放大器32而被提供 给扬声器33，不过并没有示出这样的路径。与图6的谐波泛音加法器10 —样，移调器17和47分别通过对低频分 量S16双倍频并通过对低频分量S46四倍频而输出双倍频谐波泛音分量 S17和四倍频谐波泛音分量S47。听众可以听到好像低于谐振频率f0的声
音也被发出一样的声音。即使采用小型扬声器33，也可以达到低频音响效 果。从加法器19输出的低频分量S19的频率越接近频率上限fl，低通滤 波器49就将该低频分量S19的电平降低得越多。即使低频分量S19包含 接近或者甚至超过频率上限fl的频率分量，也可以控制不舒适的听觉感 受。因此，即使在fO〉fl/2的频率范围内也可以提供低频音响效果，而没 有任何不舒适的听觉感受D如图11A—11C所示，产生了频率为低频分量S16的两倍的谐波泛音 分量S17和频率为低频分量S46的四倍的谐波泛音分量S47。如图IIA所 示，用于数模转换一周期的正弦信号SA的数字数据DA当前正被存储在 存储器上。每个实心圆点符号" "表示采样点，而一个样本被存储在一 个相应地址处。持续时间TA表示正弦信号SA的一个采样循环，而持续 时间1/fc是一个采样周期。如果以与写入时钟相同的时钟频率fc来读取数字数据DA，则在持续 时间TA内可以读取正弦信号SA的一个循环。可以按与写入时钟相同的时钟频率fc、从每两个地址的一个地址中读 取数字数据DA，并且如图11B所示，重复两次读取操作。在持续时间TA 内获得了频率为正弦信号SA的两倍的两个循环的正弦信号SB。更具体而 言，在持续时间TA内，获得了频率为正弦信号SA的两倍的谐波泛音分 量SB。可以按与写入时钟相同的时钟频率fc、从每四个地址的一个地址中读 取数字数据DA，并且如图11C所示，重复四次读取操作。在持续时间TA 内获得了频率为正弦信号SA的四倍的四个循环的正弦信号SC。更具体而 言，在持续时间TA内，获得了频率为正弦信号SA的四倍的谐波泛音分量sc。移调器17和47具有如图12所示的结构。图12示出了由环形缓冲器 组成的具有大量地址(大容量)的存储器17M。低频分量S16可以具有图 13A的波形，可以通过对该波形进行模数转换而获得数字数据D16，而fc 可以表示采样频率(时钟频率)。
令tX表示数字数据D16 (低频分量S16)的极性从负翻转为正时的定时，而Tx表示从一个tx到下一个tx的持续时间，也就是，低频分量S16的一个周期。如图12所示，数字数据D16经由输入端子17A而被提供给存储器 17M。如图13A所示，每一采样处的数字数据D16都被写在存储器17M 的地址上。图13A和13B的持续时间Tx相当于图IIA的持续时间TA。 图13A相当于图IIA。在数字数据D16被写到存储器17M上的同时，数字数据D16被从存 储器17M读取。为了简化说明，写入操作的持续周期Tx等于图13A和 13B的读取操作的持续时间Tx。以与参考图11B描述的方式相同的方式来执行从移调器17的读取操 作。更具体而言，按与写入操作的时钟频率相等的时钟频率fc、从每两个 地址的一个地址中读取数字数据D16。在持续时间Tx内，重复两次读取 操作。对所读取的数字数据D17进行数模转换，于是获得了频率为原始低 频分量S16的两倍的谐波泛音分量S17。类似地，低频分量S46被模数转换，并写到存储器17M上。然后，所 写入的数据被如图IIC所示地读取。按与写入操作的时钟频率相等的时钟 频率fc、从每四个地址的一个地址中读取数字数据D16。在持续时间Tx 内，重复四次读取操作。对所读取的数字数据D17进行数模转换，于是获 得了频率为原始低频分量S46的四倍的谐波泛音分量S47。即使当低频分量S16的频率低于扬声器33的谐振频率fD时，移调器 17也可以将低频分量S16转换为频率高于扬声器33的谐振频率fD的谐波 泛音分量S17。谐波泛音分量S17被与中高频分量S12相加，并且所得到 的分量被提供给扬声器33。即使利用小型扬声器33也可以提供低频音响 效果。由于包含在低频分量S23中的谐波泛音分量S17的电平如图3所示地 动态改变，因此提供了轻快的低频音响效果，同时限制了畸变效果。低频分量S16被双倍频或四倍频，以使得所得到的谐波泛音分量落在 从谐振频率f0到频率上限fl的频率范围之内。其结果是，不会导致不舒
适的听觉感受。例如，由于其频率为基频分量的三倍的谐波泛音分量与基频分量不具有倍频程(octaval)关系，所以赋予听众不舒适的听觉感受。频率为基频的两倍或四倍的谐波泛音分量高于基频一个倍频程或两个倍频程，并且不 会导致听众的不舒适的听觉感受。在以上的实施例中，电平检测器24检测一个周期Tx内的峰值电平 V22，并控制在该一个周期Tx内的增益。可替换地，可以检测在一个周期 Tx内的平均电平，并且控制在该一个周期Tx内的增益。或者，针对每一 个样本来检测提供给检测器24的谐波泛音分量的电平，换而言之，检测 得到谐波泛音分量的包络，并使用其来控制增益。或者，可以在考虑到诸 如起音时间(attack time)和释放时间(release time)之类的扬声器33的 特性的情况下进行增益控制。可以颠倒图4的增益控制器23的控制特性。更具体而言，当关系 V22〉VTH成立时，增益被设置为小于l;而当关系V22二VTH成立时，增 益被设置为l。当关系V22〈VTH成立时，增益可以被设置为大于l。在这 种情况下，自动增益控制(AGC)也起作用，并因而提供低频音响效果。从音频信号Sll获得中间信号和结果音频信号S31的处理可以是由数 字信号处理器或其它专用硬件执行的数字处理。在这种情况下，例如可以 与数字信号处理共享缓冲存储器。在以上讨论中，移调器17和47按数字数据D16的每一周期来倍频输入数字数据D16 (S16)。可替换地，可以按每一预定持续时间来对数字数据D16进行双倍频。在这种情况下，可以按平滑方式来连接一个周期的 终点和下一周期的起点。低频截止滤波器31可以被配置在谐波泛音加法器10与均衡器20之 间。谐振频率fD是扬声器33的谐振频率。但是，在实际的产品中，可以 将另一个频率设置为考虑到希望获得低频音响效果的一频率的频率ro。本领域技术人员应当了解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根 据设计需要和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和变化。 相关申请的交叉引用本申请包含与2006年10月18日向日本专利局提交的日本专利申请 JP 2006-283532有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种音频信号处理装置，包括谐波泛音加法器和均衡器，所述谐波泛音加法器包括高通滤波器，用于从音频信号中提取等于或高于第一预定频率的频率分量；滤波器，用于从所述音频信号中提取等于或低于第二预定频率的一半的频率分量；谐波泛音发生器，用于根据所述滤波器的输出来生成双倍频谐波泛音分量；以及第一组合单元，用于组合从所述高通滤波器输出的频率分量与从所述谐波泛音发生器输出的谐波泛音分量；并且所述均衡器包括电平检测器，用于检测包含在所述第一组合单元的输出中的泛音分量的电平；增益控制器，用于基于所述电平检测器的检测输出来动态地控制包含在所述第一组合单元的输出中的所述谐波泛音分量的电平；以及第二组合单元，用于组合所述第一组合单元的输出与从所述增益控制器输出的谐波泛音分量。
2. 根据权利要求1的音频信号处理装置，其中，所述第一预定频率 是扬声器的谐振频率，并且其中，所述第二预定频率是这样的上限频率，即，在该上限频率以下 通过将基频信号倍频而获得的信号不会导致不舒适的听觉感受。
3. 根据权利要求1的音频信号处理装置，其中，所述谐波泛音加法 器包括四倍频谐波泛音发生器，该四倍频谐波泛音发生器用于通过将所述 滤波器的输出四倍频来生成四倍频谐波泛音分量，并且其中，从所述四倍频谐波泛音发生器输出的四倍频谐波泛音分量被提 供给所述第一组合单元，以与由所述高通滤波器输出的频率分量相组合。
4. 根据权利要求1的音频信号处理装置，还包括低频截止滤波器， 该低频截止滤波器用于从所述第二组合单元的输出中去除低于所述第一预 定频率的低频分量。
5. 根据权利要求1的音频信号处理装置，其中，所述电平检测器响 应于在其中包含在所述第一组合单元的输出中的低频分量的极性被翻转的 持续时间而确定一个循环，并检测在所述一个循环内的所述谐波泛音分量 的电平。
6. 根据权利要求5的音频信号处理装置，其中，所述一个循环是从 所述低频分量的电平极性从负到正的一个翻转到所述电平极性从负到正的 下一个翻转的时间段。
7. 根据权利要求5的音频信号处理装置，其中，所述电平检测器检测一个循环中的峰值电平。
8. 根据权利要求4的音频信号处理装置，其中，所述电平检测器检 测整个循环中的平均电平。
9. 一种音频信号处理方法，包括以下步骤 加入谐波泛音；以及均衡频率分量，所述加入谐波泛音的步骤包括通过从音频信号中提取等于或高于第一预定频率的频率分量来对音频信号进行高通滤波；通过从所述音频信号中提取等于或低于第二预定频率的一半的频率分量来对所述音频信号进行滤波；根据所述滤波中的输出来生成双倍频谐波泛音分量；以及 第一组合在所述高通滤波中输出的频率分量与在所述谐波泛音生成中输出的谐波泛音分量；并且所述均衡频率分量的步骤包括检测包含在所述第一组合的输出中的泛音分量的电平；基于在所述电平检测中的检测输出来动态控制包含在所述第一组合的输出中的所述谐波泛音分量的电平；以及 第二组合在所述第一组合中的输出与在所述电平控制中输出的谐波泛 音分量。
10. 根据权利要求9的音频信号处理方法，其中，所述第一预定频率 是扬声器的谐振频率，并且其中，所述第一预定频率是这样的上限频率，S卩，在该上限频率以下 通过将基频信号倍频而获得的信号不会导致不舒适的听觉感受。
11. 根据权利要求9的音频信号处理方法，其中，所述加入谐波泛音 的步骤包括通过将在所述滤波中的输出四倍频来生成四倍频谐波泛音分 量，并且其中，所述四倍频谐波泛音分量输出被与在所述高通滤波中的频率分 量相组合。
12. 根据权利要求9的音频信号处理方法，还包括从所述第二组合 的输出中去除低于所述第一预定频率的低频分量。
13. 根据权利要求9的音频信号处理方法，其中，在所述均衡步骤 中， 一个循环是响应于在其中包含在所述第一组合的输出中的低频分量的 极性被翻转的持续时间来确定的，并且在一个循环内检测所述谐波泛音分 量的电平。
14. 根据权利要求13的音频信号处理方法，其中，所述一个循环是从所述低频分量的电平极性从负到正的一个翻转到所述电平极性从负到正 的下一个翻转的时间段。
15. 根据权利要求13的音频信号处理方法，其中，所述均衡步骤包括检测 一个循环时间段内的峰值电平。
16. 根据权利要求13的音频信号处理方法，其中，所述均衡频率分量的步骤包括检测整个循环中的平均电平。
全文摘要
一种音频信号处理装置包括谐波泛音加法器和均衡器。谐波泛音加法器包括高通滤波器，用于从音频信号中提取高于第一预定频率的频率分量；滤波器，用于从音频信号中提取低于第二预定频率的一半的频率分量；谐波泛音发生器，用于根据滤波器的输出来生成双倍频谐波泛音分量；以及第一组合单元，用于组合从高通滤波器输出的频率分量与从谐波泛音发生器输出的谐波泛音分量。均衡器包括电平检测器，用于检测包含在第一组合单元的输出中的泛音分量的电平；增益控制器，用于动态地控制包含在第一组合单元的输出中的谐波泛音分量的电平；以及第二组合单元，用于组合第一组合单元的输出与谐波泛音分量。
文档编号H03G5/16GK101166018SQ200710181540
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者仲上太郎, 大栗一敦, 志村大 申请人:索尼株式会社