专利名称：低音增强电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种增强低音感的低音增强电路，该电路用来对使用低音域响应不好的扬声器进行放音时所产生的输出声音中低音域成分的不足进行补偿。
通常，对于安装在电视接收机等中的扬声器，因电视接收机等构造上的原因，其大小或形状受到制约。因此，声音低音域成分不能充分播放，对于卫星中继广播或Hivision(一种高清晰度彩色电视)等，尽管能广播高性能的数字式音乐源，但仍存在不能充分欣赏其低音域再现(重放)的问题。为了弥补这种缺点，虽生产销售有装备再现低音域专用扬声器和放大器的商品，但因这种装有再现低音域专用扬声器和放大器的扬声器组成部分多而存在使装置大型化的问题，且这种装置常发生箱呜(产生振动音)等问题。
为解决这些问题，提出有如图6所示结构作为低音域成分补偿的电路。
下面，参照图6说明该例低音域成分的补偿电路。
图6中，10为提取低音域成分仅让低音域成分通过的低通滤波器，11为将低音域成分的振幅与其它频带域成分振幅相匹配的规范器(Narmalizer)，12为产生二次谐波的二次谐波发生器，13为产生三次谐波的3次谐波发生器，14为产生n次谐波的n次谐波发生器，15为将信号相加的加法器。
下面说明上述结构的低音域成分补偿电路的动作。输入该电路的声音信号经低通滤波器10仅提取低音域成分输入到规范器11。在规范器11中，所输入的低音域成分信号，其振幅与其它频带域的振幅进行匹配归一化处理，其输出依次输入到2次谐波发生器12、3次谐波发生器13、……产生高次谐波的n次谐波发生器14。在各次谐波发生器12-14中，按下面数学处理产生谐波。
即，取主音(原音)为cosθ，2次谐波为cos2θ＝2cos2θ－1，3次谐波为cos3θ＝4cos3θ－3cosθ，4次谐波为cos4θ＝8cos4θ－8cos2θ＋1，依次用数学式可表示直到n次的高次谐波。将以上获得的各次谐波乘以适当的等级(level)系数，并在加法器15中与输入的主音(原音)混合得到最终输出。
即便在如图3(a)所示，低音域再现特性不好，对如频率f0的低音域成分8而言，扬声器声音再现特性7所示的低音域再现范围高，即使对频率f0的低音域成分几乎不能再现的扬声器中，由于采用上述低音域成分补偿电路，产生如图7所示频率f0的低音域成分的2次谐波9、3次谐波16、n次谐波17等谐波，从而也能作为复合音再现。利用含有上述频率f0的低音域成分的2次谐波9，3次谐波16，n次谐波17等谐波的复合音和人们听觉上的音响心理效果，就能获得宛如低音域再现那样的听觉效果。
但是，在上述已有技术结构中，用模拟电路进行上述数学处理是困难的，存在电路规模变得非常大的问题。另一方面，上述结构虽能用如数字信号处理器简单地实现，但处理程序量极大从而存在费用很高的困难。
再有，在使用上述已有结构时，还存在伴随着音乐不柔和的缺点。如，输入55Hz的“ラ”音时，2次谐波110Hz虽为“ラ”音，而其3次谐波165Hz却接近“ミ”音。因此，这些谐波与原音的合成和音再现时会构成不协调的和音，只能进行不忠实于原音音程的再现。
本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种低音增强电路，该低音增强电路在使用低音域响应差的扬声器进行声音再现(播放)时，可对低音域成分不足进行补偿，价格低，并在音乐上能柔和地再现低音域。
本发明第一实施例的低音增强电路结构上包含仅通过提取声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一低通滤波器，串联设置在第一低通滤波器后面的将由第一低通滤波器提取的低音域成分变成2次谐波的全波整流器，串联设置在全波整流器之后，仅通过提取从全波整流器输出的2次谐波成分的第二低通滤波器，串联设置在第二低通滤波器之后，对第二低通滤波器提取的2次谐波进行放大的放大器，将放大2次谐波的放大器输出与声音输入信号相加作为声音输出信号输出的第二加法器。
本发明第二实施例的低音增强电路结构上包含仅通过并提取左通道声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一左侧低通滤波器，串联设置在第一左侧低通滤波器后面的将由第一左侧低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的左侧全波整流器，串联设置在左侧全波整流器之后，仅通过并提取左侧全波整流器输出的偶次谐波成分中2次谐波成分的第二左侧低通滤波器，接于第二左侧低通滤波器之后，对由第二左侧低通滤波器提取的2次谐波进行放大的左侧放大器，将放大2次谐波的左侧放大器的输出与左通道声音输入信号相加作为左通道声音输出信号输出的第二左侧加法器。
仅通过并提取右通道声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一右侧低通滤波器，
串联设置在第一右侧低通滤波器后面的将由右侧第一低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的右侧全波整流器，串联设置在右侧全波整流器之后，仅通过并提取右侧全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第二右侧低通滤波器，接于第二右侧低通滤波器之后，对由第二右侧低通滤波器提取的2次谐波进行放大的右侧放大器，将放大2次谐波的右侧放大器的输出与右通道声音输入信号相加作为右通道声音输出信号输出的第二右侧加法器。
本发明第三实施例的低音增强电路结构上包含.将声音左通道声音输入信号与右通道声音输入信号相加的第一加法器，串联设置于第一加法器之后，仅通过提取第一加法器相加后信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一低通滤波器，串联设置于第一低通滤波器之后，将由第一低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的全波整流器，串联设置于全波整流器之后，仅通过提取全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第二低通滤波器，串联接续于第二低通滤波器，对由第二低通滤波器提取的2次谐波进行放大的放大器，将放大2次谐波放大器的输出与左通道声音输入信号相加作为左通道声音输出信号输出的左侧第二加法器，将放大2次谐波放大器的输出与右通道声音输入信号相加作为右通道声音输出信号输出的右侧第二加法器。
按照上述第一、第二及第三实施例的结构，在输入低音域成分比所用扬声器低音域再现范围低的情况下，通过将比扬声器低音域再现范围低的低音域成分进行频率变换为2次谐波频率，能够将该低音域成分再现成扬声器可再现带域中的声音成分，以虚拟方式补偿以往扬声器输出中不足的低音成分，从而能柔和地再现具有更低音感的声音。
下面，结合附图详细说明本发明实施例。
图1为表示本发明低音增强电路第一实施例结构的框图；图2为表示实施例低音增强电路各部分作用的波形图；图3(a)为表示扬声器再现特性与输入低音域信号的关系图，图3(b)为表示扬声器再现特性、输入低音域信号和产生的2次谐波的关系图；图4为表示本发明低音增强电路第二实施例结构的框图；图5为表示本发明低音增强电路第三实施例结构的框图；图6为表示已有技术低音增强电路的框图；图7为表示已有技术低音增强电路中扬声器再现特性、输入低音域信号和高次谐波信号的关系图。
下面参照图1、图2及图3详细说明本发明低音增强电路第一实施例。
图1为表示本发明低音增强电路第一实施例结构的框图。图1中，1为从输入声音信号中仅通过提取低音域再现范围以下低音域信号的第一低通滤波器，2为产生偶次谐波进行频率变换的全波整流器，3为仅让从全波整流器输出中偶次谐波的2次谐波通过并提取的第二低通滤波器，4为对第二低通滤波器输出的2次谐波信号进行放大的放大器，5为将声音输入信号与放大后的2次谐波信号相加的第二加法器。
下面说明上述结构的本发明低音增强电路第一实施例的动作。图3(a)表示扬声器再现特性7与低音域成分频率f0信号8的关系。用于电视接收机等的扬声器，因体积小，所以如图3(a)所示，其低音域再现范围通常为100Hz。另一方面，在音乐信号中，作为声音成分存在100Hz以下的f0信号，虽具有能提供动人的低音成分，但因如上述，扬声器低音域再现特性不足，所以低音域的f0信号无法再现，从而不能欣赏到足够的低音。
图3(b)表示该扬声器低音域再现范围以下的f0信号和f0信号的2次谐波与扬声器再现特性的关系。f0信号取其2次谐波，频率变换成一倍频程(octave)上的声音信号，能在扬声器的再现带域内再现，图3(b)表明能提供低音感的本发明实施例的情形。
图1中，用第一低通滤波器1使输入声音信号中所用扬声器低音域再现范围以下的频率成分通过并提取，并用全波整流器2对所提取的低音域成分整流产生偶次谐波。若取输入信号为B＝sin(ωt)则用全波整流器2处理后的输出信号C，以富利哀(Fourier)展开成下式所示。C＝(2/π)＋(4/π)·{sin(2ωt)/3－sin(4ωt)/15＋sin(6ωt)/35……}上式，在全波整流过的输出信号中，虽包含偶次谐波，但从系数清楚可见，2次谐波占80％以上。
因此，用第二低通滤波器3仅让2次谐波通过，能高效提取2次谐波。接着，用放大器4对通过第二低通滤波器3的2次谐波放大到适当的电平(level)信号，用加法器5将放大后的2次谐波加到输入的声音信号上，作为声音输出信号输出。
图2表示图1所示结构各部分中的动作波形图，A表示声音输入信号波形，B为第一低通滤波器1的输出波形，C为全波整流器2的输出波形，D为第二低通滤波器3的输出波形，图2表示获得2次谐波的整个过程。
如上所述，使包含在声音输入信号中的扬声器低域再现范围以下的声音信号生成2次谐波，变换成如图3(b)所示所用扬声器可再现带域内的信号，加到声音输入信号上。按照上述结构，由于加到声音输入信号上部分的音程仅仅是比原音高一个倍频程(音阶)的2次谐波，所以不会出现不协调的和谐音。实际上，由于加到声音输入信号上的音程比原音高一个音阶，所以不能正确地增强原音，但在实践中，只要不考虑乐谱把握的准确性，就可认为是低音增强了。也即，在扬声器中再现2次谐波比之缺少扬声器低音域再现范围以下成分，具有实际感受效果，与通过音调(tone)控制的技术升高低域电平相比，具有更好的效果。
以上，在所述第一实施例中，说明了单声道再现中的低音增强电路的情况，下面，作为第二实施例来说明立体声再现的情形。
图4表示第二实施例立体声再现中的低音增强电路的构成。在立体声再现中，为了需处理2个通道的信号，要使用第一实施例所示构成电路的2套系统。即，在图4左通道中，用仅让低音域再现范围以下的低音域信号通过的第一左低通滤波器1L提取左通道声音输入信号中低音域再现范围以下的低音域成分。用左全波整流器2L对从第一左低通滤波器1L提取的低音域成分整流产生偶次谐波。包含偶次谐波的左全波整流器2L的输出经过第二左低通滤波器3L仅使2次谐波通过，提取2次谐波。接着，用左放大器4L将从第二左低通滤波器3L提取的2次谐波放大到适当的电平信号，用左加法器5L将放大后的2次谐波加到左通道声音输入信号上作为左通道声音输出信号输出。
另一方面在右通道中，用仅让低音域再现范围以下低音域信号通过的第一右低通滤波器1R提取右通道声音输入信号中低音域再现范围以下的低音域成分。用右全波整流器2R对从第一右低通滤波器1R提取的低音域成分整流产生偶次谐波。包含偶次谐波的右全波整流器2R的输出经第二右低通滤波器3R仅使2次谐波通过，提取2次谐波。接着，用右放大器4R将从第二右低通滤波器3R提取的2次谐波放大到适当的电平信号，用右加法器5R将放大后的2次谐波加到右通道声音输入信号上作为右通道声音输出信号输出。
图4中A、B、C及D与第一实施例相同，对应于表示图2各部分动作波形的A、B、C及D，表示了将包含在声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下的低音域成分变换成2次谐波的过程。
如上所述，即使在立体声声音再现中，也能使用两套单声道声音再现中所用的低音增强电路，作成包含在声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的2次谐波，通过将低音域成分的2次谐波加入声音输入信号，就能在没有不协调和谐音情况下增强低音域成分。
下面，将立体声声音再现中低音增强电路的另一实施例作为第三实施例进行说明。该实施例是一种使图4所示第二实施例的电路更合理并降低费用的实施例，图5表示该电路构成。
图5中，6为将左通道声音输入信号与右通道声音输入信号相加的第一加法器，1为仅通过和提取从加法器6相加后声音信号中扬声器低音域再现范围以下的低音域信号的第一低通滤波器，2为产生偶次谐波并进行频率变换的全波整流器，3为仅通过和提取从全波整流器输出偶次谐波中的2次谐波的第二低通滤波器，4为将从第二低通滤波器输出的2次谐波信号放大到适当电平的放大器，5L为将放大后的2次谐波信号加到左声音输入信号上的第二左加法器，5R为将放大后的2次谐波信号加到右声音输入信号上的第2右加法器。
在该实施例中，声音输入信号不直接输入低通滤波器，而是一旦将左右声音输入信号输入第一加法器6，就将左通道声音输入信号与右通道声音输入信号相加。左右声音输入信号相加后，输入第一低通滤波器1，仅让扬声器低音域再现范围以下的低音域信号通过，提取该低音域信号。用全波整流器2对所提取的低音域信号整流，产生偶次谐波并进行频率变换。用第二低通滤波器3从包含偶次谐波的频率变换过的全波整流器2的输出中仅提取2次谐波，用放大器4放大到适当的电平。由放大器4放大到适当电平的2次谐波，在一侧用第二左加法器5L被加到左声音输入信号上，作为左声音输出信号输出，在另一侧，用第二右加法器5R被加到右声音输入信号上，作为右声音输出信号输出。
图5中A、B、C及D与第一及第二实施例一样，对应于图2中表示各部分动作波形的A、B、C及D，它表示将包含在声音输入信号中的扬声器低音域再现范围以下的低音域成分变换成2次谐波的过程。
如上所述，在立体声声音再现中，采用第一加法器将左右通道声音输入信号相加，仅使用一个系统的第一低通滤波器、全波整流器、第二低通滤波器和放大器的串接电路，用所设的2个第二加法器，将包含在声音输入信号中的扬声器低音域再现范围以下的低音域成分作成2次谐波，通过将低音域成分的2次谐波加入声音输入信号，就能以不含有不协调和谐音增强低音域成分。该结构，虽保真度略差于第二实施例，但能实现结构简单实用上具有足够效果的低音增强电路。
由上述说明清楚可见，按照本发明，在其大小和形状受到制约且其低音域再现特性差的扬声器中，当输入比所用扬声器低音再现范围低的低音域成分时，通过将该低音域成分变换为2次谐波加到声音输入信号上，补偿了扬声器输出中原来欠缺的低音域成分，从而能以不失落音乐成分实现动人的声音再现，并能以低费用的模拟电路来实现。
权利要求
1.一种低音增强电路其特征在于，具有如下结构仅通过并提取声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一低通滤波器，串联设置在上述第一低通滤波器后面的将由上述第一低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的全波整流器，串联设置在上述全波整流器之后，仅通过并提取上述全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第二低通滤波器，接续于上述第二低通滤波器，对由上述第二低通滤波器提取的2次谐波进行放大的放大器，将上述放大器输出与声音输入信号相加作为声音输出信号输出的第二加法器。
2.一种低音增强电路，其特征在于，具有如下结构仅通过并提取左通道声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一左侧低通滤波器，串联设置在上述第一左侧低通滤波器后面的将由上述第一左侧低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的左侧全波整流器，串联设置在上述左侧全波整流器之后，仅通过并提取上述左侧全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第二左侧低通滤波器，接于上述第二左侧低通滤波器之后，对上述第二左侧低通滤波器提取的2次谐波进行放大的左侧放大器，将上述左侧放大器的输出与左通道声音输入信号相加作为左通道声音输出信号输出的第二左侧加法器。仅通过并提取右通道声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一右侧低通滤波器，串联设置在上述第一右侧低通滤波器后面的将由上述右侧第一低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的右侧全波整流器，串联设置在上述右侧全波整流器之后，仅通过并提取上述右侧全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第二右侧低通滤波器，接于上述第二右侧低通滤波器之后，对由上述第二右侧低通滤波器提取的2次谐波进行放大的右侧放大器，将上述右侧放大器的输出与声音输入信号相加作为右通道声音输出信号输出的第二右侧加法器。
3.一种低音增强电路，其特征在于，具有如下结构将声音的左通道声音输入信号与右通道声音输入信号相加的第一加法器，串联设置于上述第一加法器之后，仅通过并提取上述第一加法器加算后信号中扬声器低音域再现范围以下低音域成分的第一低通滤波器，串联设置于上述第一低通滤波器之后，将由上述第一低通滤波器提取的低音域成分变成偶次谐波的全波整流器，串联设置于上述全波整流器之后，仅通过并提取上述全波整流器输出的偶次谐波中2次谐波成分的第2低通滤波器，串联接续于上述第二低通滤波器，对由上述第二低通滤波器提取的2次谐波进行放大的放大器，将上述放大器的输出与左通道声音输入信号相加作为左通道声音输出信号输出的左侧第二加法器，将上述放大器的输出与右通道声音输入信号相加作为右通道声音输出信号输出的右侧第二加法器。
全文摘要
本发明为一种低音增强电路，用低通滤波器提取声音输入信号中扬声器低音域再现范围以下的低音域成分，经全波整流产生上述低音域成分的偶次谐波，提取该偶次谐波中的2次谐波，将其放大到适当电平后加到声音输入信号上。上述构成的低音增强电路，能补偿扬声器低音再现范围以下的原来没有输出的低音域成分，从而能以不失落音乐成分实现动人的声音再现，并能以低费用的模拟电路来构成。
文档编号H04S1/00GK1135120SQ9610344
公开日1996年11月6日 申请日期1996年2月18日 优先权日1995年2月27日
发明者小田幹夫 申请人:松下电器产业株式会社