专利名称：用于控制音频信号的临界频带中的失真的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制由扬声器发出的声音的失真的方法和系统。在典型的实施方式中，通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中可能发生总谐波失真的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来控制失真。
背景技术：
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“对”信号或数据执行操作(例如，滤波或压缩)的表达用于广义上表示对信号或数据、或对该信号或数据的处理过的版本(例如，对在对信号执行操作之前已经经历了初步滤波的信号的版本)直接执行操作。类似地，“将滤波器施加于”信号的表达用于广义上表示将该滤波器直接施加于信号、或信号的处理过的版本(例如，对在将相关的滤波器施加于信号之前已经经历了初步衰减或其他滤波的信号的版本)。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“系统”的表达用于广义上表示设备、系统或子系统。例如，确定滤波器的子系统可以称为滤波器系统、并且包括这样的子系统的系统(例如，包括扩音器、用于在扩音器的信号路径中施加滤波器的装置以及确定滤波器的子系统的系统)也可以称为滤波器系统。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“扬声器”和“扩音器”同义地用于表
示任何发声变换器。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，由扬声器“再现”信号(例如，“输入”信号或“输入音频”信号)的表达表不使扬声器响应于该信号来产生声音，包括通过执行任何所需的信号的放大和/或其他处理。移动电话扬声器和其他微型扬声器经常呈现大量失真，该大量失真限制了扬声器可以以舒适的方式为用户再现音频的最大音量。例如，当以其中总谐波失真(THD)达到峰值(即，呈现局部最大值)的范围内的频率过度驱动扬声器时，任何扬声器的输出都遭受失真。在本发明以前，还不知道如何通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中THD达到峰值的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来以计算上有效的方式限制扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真。贯穿包括权利要求在内的本公开内容，(信号的)“总谐波失真”和“THD”表达中的每个表达用于广义上表示信号的总谐波失真(在本领域中公知的意义上)或表明信号的总谐波失真的估计的任何值(例如，任何测量值)。信号的“THD”的示例(如本文所使用的)是表明信号的THD加上噪声(THD+N)的测量值。已经提出采用其他技术(例如，Volterra - Wiener建模)来限制扬声器失真,但这些技术通常要求高水平的计算复杂性，因而不能以实用的方式在便携式声音设备例如移动电话上或者在需要高程度的计算效率的其他应用中实现。本发明的失真控制系统的典型实施方式结合压缩器和/或限幅器用于增加扬声器的输出的平均(例如，RMS)功率同时防止数字削波(digital clipping)。压缩器通常通过检测(在一段时间上平均的)信号水平以及经由其瞬时值是由相应的所检测的水平来确定的随时间变化的量对信号进行放大来限制待再现的音频信号的整体动态范围。一种类型的被称为RMS压缩器的压缩器检测信号的RMS功率，并且通过其瞬时值是由相应的所检测的RMS功率来确定的随时间变化的量对信号进行放大。限幅器对待再现的音频信号的峰值进行扫描，并且通常以防止削波的方式在每个峰值处(或左右)使信号进行衰减。“压缩器/限幅器”包括压缩器级顺次限幅器级(通常，在信号处理链中限幅器级跟随压缩器级)。压缩器或压缩器/限幅器的使用可以确保即使安静的内容(其没有最佳地利用数字PCM域)也能在移动电话扬声器(或其他扬声器)上发出响亮且清晰的声音。对于已经响亮的内容(即，最佳地利用数字PCM域的内容，例如一些新近混合的流行音乐)，压缩器(或压缩器/限幅器)不应当显著地修改音频，以便不引起过度的数字失真。在本文中，我们使用“响度最大化器(loudness maximizer)”的表达来表不通常包括压缩器和/或限幅器的系统，该系统被配置成限制再现的音频信号的动态范围，以及增加再现的音频信号的感知的整体平均响度水平，且优选地不引入听得见的不期望的处理产物。在本发明之前，还不知道如何实现响度最大化器，以通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中THD达到峰值的(再现的音频信号的)临界频带中的失真进行限制来以计算上有效的方式限制扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真。在一类实施方式中，本发明为响度最大化器，该响度最大化器包括本发明的失真控制系统的实施方式，以及可选地还包括压缩器(例如，RMS压缩器)、扬声器均衡(EQ)校正模块、低音增强模块以及限幅器中的至少一个。如果存在限幅器，限幅器通常被实现为信号处理链中的末级。
发明内容
在一类实施方式中，本发明是如下一种方法用于通过使用(通常在扬声器测量操作，本文中有时称为“调谐”操作中)预定的控制参数(本文中有时称为“调谐参数”)使待由扬声器再现的输入信号的至少一个临界频带衰减，来对扬声器(例如，移动电话扬声器或其他微型扬声器)的输出的失真进行控制。在本文中，“临界频带”表示扬声器的频率响应的如下频率范围其中总谐波失真(THD)具有局部最大值，就这一点来说，THD达到峰值。例如，临界频带可以是扬声器的频率响应的如下频率范围其中测量的THD超过预定阈值、或其中测量的THD达到峰值、或其中表示THD的量达到峰值或具有局部最小值或最大值。通常，以允许扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)增加而不显著地增加所发出的声音的失真的方式来执行失真控制。可以通过在对于每种类型的扬声器仅需要执行一次的初步调谐操作期间确定调谐参数来为任何类型的扬声器设计根据典型的实施方式的失真控制。在一些实施方式中，执行测量操作以确定表不其失真待被控制的扬声器(例如，或与其失真待被控制的扬声器相同类型的扬声器)的频率响应的临界频带的调谐参数。然后，在扬声器再现输入信号的操作期间，使用调谐参数在临界频带中使输入信号衰减。调谐参数通常包括临界频带的中心频率和带宽、以及功率阈值。功率阈值表示使得扬声器发出的声音的THD超过预定阈值的、(待由扬声器再现的)输入信号的临界频带中的一个或更多个频率分量的最小功率(例如，在时间区间上求平均的最小平均功率)。例如，功率阈值可以表示使得由扬声器发出的声音的THD超过预定阈值的、输入信号在临界频带中的频率分量(例如，具有与临界频带的中心频率相等的频率的频率分量)的RMS功率的最小值。根据本发明的输入信号的临界频带的衰减在其中THD达到峰值的频率范围中限制了由扬声器发出的声音的失真量。本发明人认识到，移动电话扬声器(或其他微型扬声器)的频率响应通常具有在低频滚降点处出现的临界频带(其中THD达到峰值)，并且认识到扬声器通常在该临界频带中的频率处产生共振。因此，本发明的方法的一些实施方式假定微型扬声器的输出的THD可能在扬声器的频率响应的低频滚降点处达到峰值。这些实施方式将扬声器的频率响应中的临界频带识别为以低频滚降点为中心的频带，并且将该带的中心频率和宽度识别为在处理操作中使用以在该带中限制由扬声器发出的声音的失真的调谐参数。为了限制由扬声器所发出的声音的失真，本发明的典型的实施方式将带切滤波器(band-cut filter)(固定的或动态的)施加于输入信号(被设定(asserted)到扬声器)以在临界频带中使输入信号的能量衰减。由此，降低或避免扬声器的输出的失真(其被预计主要地和/或最显然地出现在临界频带中)。这又使得能够在临界频带以外进一步放大输入信号以增加扬声器的输出的感知的响度而不显著地增加失真。通过利用具有适当的带宽和适当的变化率的随时间变化的带切滤波器，根据本发明的由滤波所引起的听得见的人工产物(例如输入信号的音调变化)是可接受地小(例如，感觉不到)。在一些实施方式中，例如，通过在两个或更多个带切滤波器(集中在每个临界频带处)中被滤波，到扬声器的输入信号在两个或更多个临界频带中的每个临界频带中被衰减。在一些实施方式中，多扬声器系统的每个扬声器的输入信号根据本发明被衰减(例如，多声道音响系统的每个声道被带切滤波以控制失真)。如果在音频系统中包括多于一个的扬声器(例如，每个扬声器用于再现不同的音频声道)，则可以针对每个扬声器单独执行测量过程以确定用于每个这样的扬声器的调谐参数(根据本发明的一些实施方式)，或者所有的扬声器的每个测量参数的平均值可以用于确定用于所有的扬声器的一组调谐参数。然后，优选地，使用在相应的测量过程中确定的调谐参数来(在系统再现所有的输入信号的操作期间)对每个扬声器的输入信号进行滤波。在一些实施方式中，针对若干类似的扬声器中的每个扬声器单独地执行测量过程，以确定用于扬声器中的一个或更多个扬声器的调谐参数(例如，所有的扬声器的每个测量参数的平均值用于确定用于一个扬声器的一组调谐参数)。在第二类实施方式中，本发明是一种用于确定调谐参数(例如，带切滤波器控制参数)的方法，该调谐参数用于使输入信号的(临界频带中)的频率分量衰减以对响应于输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述方法包括以下步骤(a )识别扬声器的频率响应的至少一个临界频带,在临界频带中总谐波失真(THD )达到峰值；(b)确定该临界频带的中心频率和该临界频带的带宽；
(c)确定功率阈值,该功率阈值表不使得扬声器响应于输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，其中，调谐参数包括临界频带的中心频率、临界频带的带宽以及功率阈值。在第二类的一些实施方式中，步骤(a)包括下述步骤(例如，通过执行扬声器的THD对频率的测量)确定作为频率的函数的、表示扬声器的输出的THD的THD曲线，以及将其中THD超过预定的第二 THD阈值的THD曲线的频率范围识别为临界频带。在一些实施方式中，第二 THD阈值为THD=X%，(例如，X等于10或15，或X为10至15范围内的值)。在一些实施方式中，(步骤(c)中陈述的)THD阈值等于(步骤(a)中陈述的)第二 THD阈值。在一些实施方式中，步骤(a)包括下述步骤将扬声器的频率响应的临界频带识别为其中测量的THD超过预定的第二 THD阈值的频带、或其中测量的THD达到峰值的频带、或其中表示THD的量达到峰值或具有局部最小值或最大值的频带，其中，在此背景下，THD达到峰值表示THD具有局部最大值。在第二类的一些实施方式中，步骤(C)包括下述步骤执行测量以确定功率阈值，该功率阈值表示使得由扬声器发出的声音的THD超过THD阈值的、临界频带中的至少一个频率分量的最小平均功率(在时间区间上的平均)。在一些这样的实施方式中，功率阈值为使得由扬声器发出的声音的THD超过THD阈值的、临界频带中的输入信号的频率分量(例如，具有与临界频带的中心频率相等的频率的频率分量)的RMS功率的最小值。在第三类实施方式中，本发明是一种用于使用调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波以对扬声器的输出的失真进行控制的方法，其中调谐参数包括扬声器的频率响应的、其中总谐波失真(THD)达到峰值的临界频带的中心频率和带宽，并且调谐参数还包括功率阈值，该功率阈值表示使得扬声器响应于输入信号所发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到扬声器的输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，所述方法包括以下步骤(a)确定带通滤波器，使得带通滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的通带(通常，通带还具有由临界频带的带宽确定的宽度);(b)将带通滤波器施加于输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量);(C)确定带切滤波器，使得带切滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的衰减频带(通常，衰减频带还具有由临界频带的带宽确定的宽度)，并且使得响应于功率阈值来确定衰减频带中的衰减，使得响应于在临界频带中具有所述时间平均的水平的信号，带切滤波器生成衰减的信号，该衰减的信号在临界频带中具有不超过功率阈值的衰减的时间平均水平；以及(d)将带切滤波器施加于输入信号以生成经滤波的信号，经滤波的信号在临界频带中的频率分量相对于输入信号在临界频带中的频率分量被衰减。优选地，经滤波的信号在临界频带中的频率分量具有不超过功率阈值的时间平均水平。在第三类的典型的实施方式中，相对于响应于输入信号以其他方式发生的扬声器的输出的失真，响应于经滤波的信号的扬声器的输出的失真显著地(例如，可察觉地)降低，因为带切滤波器的施加使经滤波的信号在临界频带中的频率分量充分地衰减，以防止该频率分量使得由扬声器发出声音的THD超过预定的THD阈值。
在第三类的典型的实施方式中，使用用户可选择的增益(响应于音量控制的用户致动)放大输入信号。假定，当未执行步骤(d)(使得扬声器的输出响应于输入信号而非经滤波的信号)时，当使用第一增益放大输入信号时响应于输入信号的扬声器的输出具有第一失真量，那么步骤(a)、(b)、(C)、和(d)的典型的实施方式使得响应于经滤波的信号的扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)能够通过使用比第一增益大的增益将输入信号放大(在执行步骤(b)和(d)之前)来增加，且不使响应于经滤波的信号的扬声器的输出具有显著大于第一失真量的失真。在第三类的典型的实施方式中，步骤(C)中确定的带切滤波器响应于经带通滤波的信号的时间平均水平随时间的变化而随着时间变化。在第三类的典型的实施方式中，步骤(b)包括下述步骤在时间帧的基础上对经带通滤波的信号的水平(例如，经带通滤波的信号在临界频带中的至少一个频率分量的水平)进行测量，以确定所述时间平均水平(例如，确定在预定的持续时间的帧上经带通滤波的信号的功率或能量的动态平均(running average))。在一些实施方式中，例如，该巾贞可以具有基本上等于20ms的持续时间。优选地，步骤(b)包括以下步骤在时间帧的基础上对经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，并且使用预定的启动(attach )和释放时间常数使原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。在第四类实施方式中，本发明是一种用于对扬声器的输入信号进行滤波以对扬声器的输出的失真进行控制的方法，所述方法包括以下步骤(a)识别扬声器的频率响应的其中总谐波失真(THD)达到峰值的至少一个临界频带，并且确定该临界频带的中心频率和该临界频带的带宽；(b)确定功率阈值,该功率阈值表不使得扬声器响应于输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率；(C)确定带通滤波器，使得带通滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的通带(通常，通带还具有由临界频带的带宽确定的宽度);(d)将带通滤波器施加于输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量);(e)确定带切滤波器，使得带切滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的衰减频带(通常，衰减频带还具有由临界频带的带宽确定的宽度)，并且使得响应于功率阈值来确定衰减频带中的衰减，使得响应于在临界频带中具有所述时间平均水平的信号，带切滤波器生成衰减的信号，该衰减的信号在临界频带中具有不超过功率阈值的衰减的时间平均水平；以及(f)将带切滤波器施加于输入信号以生成经滤波的信号，经滤波的信号在临界频带中的频率分量相对于输入信号在临界频带中的频率分量被衰减。优选地，经滤波的信号在临界频带中的频率分量具有不超过功率阈值的时间平均水平。在第四类的典型的实施方式中，相对于响应于输入信号以其他方式发生的扬声器的输出的失真，响应于经滤波的信号的扬声器的输出的失真显著地(例如，可察觉地)降低，因为带切滤波器的施加使经滤波的信号在临界频带中的频率分量充分地衰减，以防止频率分量使得由扬声器发出声音的THD超过预定的THD阈值。在第四类的典型的实施方式中，使用用户可选择的增益(响应于音量控制的用户致动)放大输入信号。假定，当未执行步骤(f)(使得扬声器的输出响应于输入信号而非经滤波的信号)时，当使用第一增益放大输入信号时响应于输入信号的扬声器的输出具有第一失真量，那么步骤((3)、((1)、(6)、和(0的典型的实施方式使得响应于经滤波的信号的扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)能够通过使用比第一增益大的增益将输入信号放大(在执行步骤(d)和(f)之前)来增加，且不使响应于经滤波的信号的扬声器的输出具有显著大于第一失真量的失真。在第四类的典型的实施方式中，步骤(e)中确定的带切滤波器响应于经带通滤波的信号的时间平均水平随时间的变化而随着时间变化。在本发明的一些实施方式中利用的调谐参数(例如，临界频带的中心频率和带宽、以及功率阈值)由适当地已编程的计算机自动生成，该计算机已经被编程以解析下述数据以确定调谐参数，该数据表示扬声器的THD与频率关系曲线图(和/或表示一组这样的曲线图的数据，每个曲线图用于在扬声器的同一临界频带中具有不同的功率的输入信号)。在其他实施方式中，通过用户查看这样的曲线图(或一组曲线图)来手动确定调谐参数。一旦为一组不同的扬声器中的每个扬声器确定了调谐参数，这些调谐参数可以被编译为用于扬声器的调谐参数的数据库。结合压缩和/或限幅来执行根据本发明的一些实施方式的失真控制(即，扬声器的输入信号的滤波)，以使得能够增加引入的输入信号的平均(例如，RMS)功率同时防止数字削波(优选地使用平滑限幅，并且可选地使用一些先行处理)。例如，压缩器/限幅器可以在具有压缩器级和限幅器级的序列中包括失真限幅(滤波)级，其被配置成执行本发明的滤波方法的实施方式(通常，在信号处理链中限幅器级在压缩器级之后)。失真控制、压缩和限幅的这样的组合可以确实保证即使安静的内容(没有最佳地利用数字PCM域)也能在移动电话扬声器(或其他扬声器)上听起来响亮且清晰。对于已经响亮的内容(例如，最佳地利用数字PCM域的内容，例如一些新近混合的流行音乐)，压缩(或压缩和限幅)不应该显著地修改输入音频，以便不造成过度的数字失真。在一类实施方式中，本发明是响度最大化器，其被配置成通过使用(例如，在扬声器测量操作中)已经预先确定的控制参数来限制被再现的输入信号的临界频带中的失真来对扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真进行限制。响度最大化器还被配置成对再现的信号的动态范围进行限制，并且被配置成增加再现的信号的被感知的整体平均响度级。在该类的各种实施方式中，响度最大化器包括本发明的失真控制系统的实施方式，并且还包括压缩器(例如，RMS压缩器)、扬声器均衡(EQ)校正模块、低音增强模块和限幅器中的至少一个。如果存在限幅器，限幅器通常被实现为信号处理链中的末级。本发明的响度最大化器的一些实施方式包括用户音量控制、压缩器(例如，RMS压缩器)、和本发明的失真控制系统的实施方式，并且在“音量最大化”模式下可操作。通过操作音量控制，用户可以使系统将所选择的增益施加于输入信号。当在音量最大化模式下进行操作时，音量设置增加至未超过预定的音量阈值的设置(例如，远低于最大值的设置)激活根据本发明的失真控制(或使系统继续执行先前已激活的失真控制)，但禁用压缩器(以使得系统对输入信号或者在失真控制系统中生成的经滤波的信号不执行压缩)。当音量设置被进一步增加至高于阈值的设置(例如，增加至不远低于最大值的设置)时，压缩器被启用(例如，变得活性(active)以减小动态范围且增加信号的RMS功率)并且系统继续执行先前已激活的失真控制。可选地，当用户音量设置在小于最大值处的情况下系统(例如，响应于控制的用户致动)进入音量最大化模式时，系统将音量设置增加至音量阈值(或至低于阈值的另一预定的设置)，并且激活根据本发明的失真控制，但不激活压缩器。本发明的响度最大化器的一些实施方式实现了 “动态余量位分配”特征。在这些实施方式中，响度最大化器为数字音频系统，该数字音频系统包括本发明的失真控制系统、用户可激活的响度最大化子系统(例如，压缩器和限幅器中的一个或两个)、以及音量控制子系统的实施方式，音量控制子系统被配置成当响度最大化子系统没有激活时，将放大器-扬声器链的最大音量(即，可以由系统施加于输入信号的最大增益)设置在低于系统的全数字位宽度若干位的“正常”最大值处。响应于响度最大化子系统的激活，音量控制子系统将放大器-扬声器链的最大音量增加至其全值。在响度最大化子系统的操作期间，失真控制子系统(其根据本发明对输入信号进行滤波以控制失真)可以使用额外的动态余量位以超过放大器-扬声器系统的“正常的”响度级而同时防止扬声器的输出的失真和对扬声器的损坏。本发明的方面包括被配置成(例如，被编程)执行本发明的方法的任何实施方式的系统、和存储用于实现本发明的方法的任何实施方式的代码的计算机可读介质(例如，光盘)。在典型的实施方式中，本发明的系统为或者包括通用或专用处理器，其用软件(或固件)编程和/或另外被配置成执行本发明的方法的实施方式。在一些实施方式中，本发明的系统为通用处理器，其被耦接以接收音频输入信号和表示由扬声器响应于输入信号所发出的声音的输出信号，并且被编程(使用适当的软件)以通过执行本发明的方法的实施方式来响应于输入信号和输出信号生成表不调谐参数的输出数据。在其他实施方式中，本发明的系统为数字音频系统，该数字音频系统包括(或被配置成耦接至)至少一个扬声器，并且包括被配置成根据本发明响应于调谐参数对输入信号执行失真控制的硬件。在其他实施方式中，本发明的系统为数字音频系统，该数字音频系统包括(或被配置成耦接至)至少一个扬声器，并且包括被编程或被配置成根据本发明响应于调谐参数对输入信号执行失真控制的软件或固件。
图1是根据本发明的、用于确定调谐参数的系统的实施方式的框图。图2是用于使用在图1的系统中确定的调谐参数对输入信号(用于由扬声器再现)进行滤波的系统的实施方式的框图。图3是作为输入信号的频率的函数的、响应于输入信号的扬声器的输出的THD的曲线图。图4是微型扬声器的频率响应的曲线图。图5是包括根据本发明的实施方式所实现的失真控制级的响度最大化器的实施方式的框图。图6是在响度最大化子系统激活的模式以及响度最大化子系统禁用的模式下，根据实现动态余量位分配特征的本发明的系统的实施方式，可施加于输入信号的最大增益的图。
图7是由在图2的级11中所确定的示例性带通滤波器和由在图2的级17中所确定的示例性带切滤波器所施加的增益(作为频率的函数)的曲线图。图8是用于使用在图1的系统中所确定的调谐参数对输入信号进行滤波的系统的另一实施方式的框图，该系统包括被用以实现带通滤波器和带切滤波器两者的全通滤波器。
具体实施例方式本发明的很多实施方式在技术上是可行的。对于本领域的普通技术人员来说将明显的是如何根据本公开内容去实现它们。将参照图1至图8对本发明的系统和方法的实施方式进行描述。图1是根据本发明的、用于确定调谐参数的系统的实施方式的框图。图1的系统包括:数字音频处理系统5、以及耦接至系统5的扬声器I和麦克风3。系统5被耦接并且被配置成生成具有期望的频率幅度谱的音频测试信号，以及将该测试信号作为输入信号设定到扬声器I。麦克风3被I禹接并且被配置成对由扬声器I响应于每个测试信号(的输出)发出的声音进行检测，以及将麦克风输出信号(表不扬声器I的输出)设定到系统5。系统5可操作用于将测试信号的序列(具有不同的频率)设定到扬声器1，以及用于对扬声器I响应于测试信号的输出(由麦克风3测量)进行处理以生成表不作为频率的函数的、扬声器I的输出的THD的数据。在扬声器I是由具有沿图3的横轴标绘的范围内的频率的测试信号的序列驱动的微型扬声器的情况下，图3是绘制由系统5所生成的这样的数据的示例性THD曲线的曲线图。图3中标绘的曲线表示作为频率的函数的、扬声器I的输出的THD。图1的系统还包括处理器7，该处理器7耦接至系统5，并且被配置(例如，被编程)成响应于在扬声器I的测试期间由系统5生成的数据，根据本发明的实施方式来生成一组调谐参数。处理器7被配置成根据在这样的测试过程中由系统5生成的数据来对扬声器的频率响应的至少一个临界频带(其中THD具有局部最大值，就这一点来说，THD达到峰值)进行识别。例如，数据可以表示THD曲线(例如，图3的THD曲线)，并且每个临界频带可以是扬声器I的频率响应中的一个区域，在该区域中扬声器I的输出的THD超过预定的THD阈值。例如，在THD阈值被预先确定为等于15%的情况下，一个这样的临界频带为以频率“Fe” (在图3中指出)为中心且具有宽度“ Λ f”(也在图3中指出)的频率范围，在该频率范围中扬声器I的输出的THD超过15%。在本发明的典型的实施方式中，通过确定表示扬声器的频率响应的临界频带的调谐参数，并且然后在扬声器再现输入信号的操作期间，通过使用调谐参数使临界频带中的输入信号衰减来执行失真控制来对扬声器的输出的失真进行控制。(下面将要描述的)图2的系统被配置成响应于由图1的处理器7生成的调谐参数来执行这样的失真控制。根据本发明的用于失真控制的调谐参数通常包括:临界频带的中心频率和带宽(例如，图3中示出的临界频带的中心频率Fe和带宽Af，在该临界频带中，处理器7已经确定扬声器I的输出的THD超过15%)以及功率阈值。在一些实施方式中，用于临界频带的调谐参数包括频带中的非中心频率(即，频带内的不是频带的中心频率的频率)和频带的带宽。功率阈值表不使得由扬声器发出的声音的THD超过预定的阈值的、(由相关的扬声器再现的输入信号的)的临界频带中的一个或更多个频率分量的最小功率(例如，在时间区间上平均的最小平均功率)。图1的处理器7被配置成确定下述功率阈值，该功率阈值表示使得扬声器I发出的声音的THD超过阈值THD=15%的、(被设定到扬声器I的测试信号的)临界频带的其频率为中心频率Fe的频率分量的RMS功率的最小值。本发明人已经认识到，移动电话扬声器(或其他微型扬声器)的频率响应通常具有在低频滚降点处出现的临界频带(其中THD达到峰值)，并且认识到扬声器通常在该临界频带中的频率处产生共振。例如，图4是这样的微型扬声器的频率响应的曲线图，该微型扬声器与在图3中标绘出其THD曲线的扬声器是同一扬声器。如图4所不,微型扬声器在频率Fl处具有低频滚降点，该低频滚降点出现在扬声器的共振处。出现共振的频率区域(在图4中示出)与上述的图3的临界频带一致，并且图4的低频滚降频率(FJ与临界频带的中心频率(Fe) —致。因此，本发明的方法的一些实施方式假定微型扬声器的输出的THD可能在扬声器的频率响应的低频滚降点处达到峰值。这些实施方式将扬声器的频率响应中的临界频带识别为以低频滚降点为中心的频带，并且将该频带的中心频率和宽度识别为调谐参数(用于对由扬声器发出的声音的失真进行控制)。这些实施方式可以在不生成关于扬声器(或关于与该扬声器相同类型的另一扬声器)的THD曲线(例如，图3的曲线)的情况下确定用于扬声器的调谐参数。替代地，这些实施方式仅使用扬声器的频率响应来确定两个调谐参数(假定的临界频带的中心频率和宽度)，并且可以根据响应于具有一系列不同的功率级且具有假定的临界频带的中心频率处的频率的正弦输入信号的扬声器的输出的THD的测量来确定第三调谐参数(上述的功率阈值)。例如，通过对处理器7进行编程来响应于扬声器I的频率响应和扬声器I的输出的THD测量而确定调谐参数，而不需要系统5生成关于扬声器的THD曲线(例如，图3的曲线)，可以实现图1的系统以用尤其计算上有效的方式来确定这样的三个调谐参数，其中，扬声器I的输出响应于具有一系列功率级和假定的临界频带的中心频率处的频率的正弦输入信号。图1的系统可操作成执行用于确定调谐参数的本发明的方法的实施方式，该调谐参数用于使输入信号的(临界频带中的)频率分量衰减以对响应于输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述方法包括以下步骤(a)识别扬声器的频率响应的其中THD达到峰值的至少一个临界频带(即，图1的处理器7被配置成根据由系统5生成的测试数据，来识别扬声器I的频率响应的每个临界频带，在该临界频带中THD超过预定阈值，或者在该临界频带中THD具有局部最大值，就这一点来说，THD以另外方式达到峰值)；(b)确定临界频带的中心频率和临界频带的带宽(处理器7被配置成确定其识别的每个临界频带的中心频率和带宽);(C)确定功率阈值,该功率阈值表不使得扬声器响应于输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率(处理器7被配置成响应于来自系统5的测试数据来确定这样的功率阈值)，其中，调谐参数包括临界频带的中心频率、临界频带的带宽和功率阈值。在该类中的一些实施方式中，系统5确定作为频率的函数的、表不扬声器I的输出的THD的THD曲线，并且处理器7将THD曲线中的THD超过预定的第二 THD阈值的频率范围识别为临界频带。在一些实施方式中，第二 THD阈值为THD=x%，(例如，X等于10或15，或X是10至15范围内的值)。在一些实施方式中，(步骤(c)中陈述的)THD阈值等于该第二THD阈值。在该类中的各种实施方式中，处理器7将扬声器的频率响应的临界频带识别为其中测量的THD超过预定的第二 THD阈值、或其中测量的THD达到峰值、或其中表示THD的量达到峰值或具有局部最小值或最大值的频带，其中，在此背景下，THD达到峰值表示THD具有局部最大值。在该类中的一些实施方式中，处理器7将相关的临界频带的功率阈值确定为表示使扬声器I发出的声音的THD超过THD阈值的、临界频带中的至少一个频率分量的(时间区间上平均的)最小平均功率。在一些这样的实施方式中，处理器7将功率阈值确定为使扬声器I发出的声音的THD超过THD阈值的、相关的临界频带中的测试信号的频率分量(例如，具有与临界频带的中心频率相等的频率的频率分量)的RMS功率的最小值。图2的系统是本发明的失真控制系统的典型的实施方式，该系统被配置成通过将(图2的滤波器级17中的)带切滤波器施加于被设定到扬声器的输入信号来限制由扬声器发出的声音的失真。响应于调谐参数(例如，如上所述的由图1的系统所生成的调谐参数)来确定带切滤波器的参数，使得带切滤波器使临界频带中的输入信号的能量衰减以降低扬声器的输出的失真(预计该失真主要地和/或最显然地发生在临界频带中)。这又使得临界频带之外的输入信号的频率分量被进一步放大(例如，通过下述图5的系统中的压缩器25，在该系统中如图2所示的那样来实现系统失真控制级29)以增加扬声器的输出的感知响度，而不显著地增加失真。由图2的级17所施加的滤波器在图2的实施方式中是动态的，但在对图2实施方式的变更中可以替选地实现为固定的滤波器。通过使用适当的带宽和适当的变化率的随时间变化的带切滤波器，根据本发明的通过滤波所引起的能听得见的人工产物(例如，输入信号的音调上的变化)是可接受的小(例如，觉察不到)。在一些实施方式中，到扬声器的输入信号在两个或更多个临界频带中的每个频带中被衰减。例如，图1的系统5识别两个或更多个临界频带，处理器7为每个临界频带生成一组调谐参数，将图2系统的副本提供给每个临界频带，使得每个图2系统的副本响应于调谐参数集中的不同的调谐参数将带切滤波器(集中在临界频带中的不同的临界频带处)施加于输入信号。在一些实施方式中，根据本发明使多扬声器系统的每个扬声器的输入信号衰减(例如，通过图2的系统的副本对多声道音响系统的每个声道进行带切滤波以控制失真)。如果音频系统中包括多于一个的扬声器(例如，每个扬声器用于再现不同的音频声道)，则可以针对扬声器中的每个扬声器单独执行测量过程以确定关于每个这样的扬声器的一组调谐参数(根据本发明的一些实施方式)。然后，优选地，使用在相应的测量过程中确定的调谐参数对每个扬声器的输入信号(在系统再现所有的输入信号的操作期间)进行滤波。图2的失真控制系统包括带通滤波器级11和带切滤波器级17，每个滤波器级被耦接以对扬声器的输入信号进行滤波。图2中未示出扬声器，但在典型操作中从滤波器级17输出的经滤波的信号直接被设定到扬声器。水平确定元件13被耦接，用于接收从滤波器级11输出的经带通滤波的信号，并且水平确定元件13被配置成确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量)。
带切滤波器选择元件15被耦接，用于接收来自元件13的当前时间平均水平，并且带切滤波器选择元件15被配置成响应于该水平将带切滤波器选择信号设定到滤波器级
17。在典型的实施方式中，滤波器级17被配置成(对输入信号)施加具有衰减频带的带切滤波器，该衰减频带具有可选择的中心频率、可选择的宽度和可选择的衰减。带切滤波器选择元件15被配置成响应于上述类型的功率阈值调谐参数和来自元件13的当前时间平均水平，以下面将描述的方式来生成带切滤波器选择信号。带切滤波器选择信号确定(选择)在带切滤波器的衰减频带中适用的衰减。由表示临界频带的中心频率和宽度的(上述类型的)调谐参数来确定(选择)衰减频带的中心频率和宽度。图7的曲线BC是可以由所选择的带切滤波器施加的(在级17中)、作为频率的函数的衰减的示例。由曲线BC所确定的衰减频带具有响应于第一调谐参数(被设定到级17)所选择的以与扬声器的频率响应的临界频带的中心频率Fe匹配的中心频率Fe，和响应于第二调谐参数(也被设定到级17)所选择的以与临界频带的宽度匹配的宽度。由来自元件15的带切滤波器选择信号来确定(由图7中的曲线BC的衰减值“A”表示)的最大衰减，带切滤波器选择信号又由第三调谐参数(其为功率阈值)来(部分地)确定。滤波器选择元件15被配置成响应于该功率阈值(第三调谐参数)和来自元件13的经带通滤波的输入信号的当前时间平均水平来生成带切滤波器选择信号，以使(由级17所施加的)所选择的带切滤波器的最大衰减是足够的，使得(从级17输出的)经带切滤波的信号具有不超过功率阈值的临界频带中的衰减的时间平均水平。在图2系统的典型操作中，由级17所施加的带切滤波器的参数响应于来自元件13的、被设定到元件15的经带通滤波的信号的时间平均水平随时间的变化而随时间改变。图7的曲线BP是由其参数由(由图1系统预定的)调谐参数确定的带通滤波器(在图2的级11中)施加于输入信号的、作为频率的函数的衰减的示例。由曲线BP确定的通带具有响应于上述第一调谐参数(被设定到滤波器极11以及还被设定到级17)所选择的以与扬声器的频率响应的临界频带的中心频率Fe匹配的中心频率Fe，和响应于上述第二调谐参数(也被设定到滤波器级11以及被设定到级17)所选择的以与临界频带的宽度匹配的览度。在典型的实现中，图2的元件13在时间帧的基础上对从滤波器级11输出的经带通滤波的信号的水平(例如，经带通滤波的信号在临界频带中的至少一个频率分量的水平)进行测量，以确定时间平均水平(例如，确定经带通滤波的信号的功率或能量在预定持续时间的帧上的动态平均)。在一些实施方式中，例如，该帧可以具有20ms的持续时间。优选地，元件13可操作成在时间帧的基础上对经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始的时间平均水平，然后使用预定的启动和释放时间常数使原始的时间平均水平变平滑以确定时间平均水平。图8是用于使用调谐参数(例如，在图1的系统中确定的调谐参数)对输入信号(用于驱动扬声器)进行滤波的本发明的系统的另一实施方式的框图。图8的系统是具有特别有效的实现的图2的系统的替选实施方式，其中利用单个全通滤波器102来实现带通滤波器和带切滤波器两者。图8的失真控制系统包括初始放大级100。级100是可操作成响应于音量控制(图8中未示出)的用户致动来将用户可选择的增益施加于输入信号的放大器。如果假定级100的输出用于直接驱动扬声器，且当级100将第一增益施加于输入信号时，响应于级100的输出的扬声器的输出具有第一失真量，则根据这个假定，使用整个图8的系统(包括除了级100之外的元件)对输入信号进行滤波使得响应于经带切滤波的信号(从元件106输出)的扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)能够通过使用比第一增益大的增益将级100中的输入信号放大而增加，且不使响应于经滤波的信号的扬声器的输出具有显著大于第一失真量的失真。图8的系统包括全通滤波器102。滤波器102被耦接并且被配置成将180度相移施加于集中在由被设定到滤波器102的调谐参数所确定的(扬声器的频率响应的)临界频带上的级100的输出，以及被配置成将较小的相移施加于在该临界频带之外的级100的输出的频率分量。滤波器102可以被实现为双二次(biquadratic)滤波器。可以由图1的系统生成调谐参数。放大器104被耦接并且被配置成用增益Ι+k将级100的输出放大，放大器105被耦接并且被配置成用增益1-私将滤波器102的输出放大，其中￥是从元件115设定到放大器104和105的控制参数。加法元件106被耦接并且被配置成将放大器104的输出与放大器105的输出相力口。因此，滤波器102以及元件104、105和106 —起实现带切滤波器，该带切滤波器的输出是与图2的带切滤波器17的输出相似的(或相同的)经带切滤波的信号，并且该带切滤波器的衰减频带集中在由设定到滤波器102的调谐参数所确定的临界频带的中心。减法元件107被耦接并且被配置成从滤波器102的输出中减去级100的输出。因此，滤波器102和元件107 —起实现了带通滤波器，该带通滤波器的输出是与图2的带通滤波器11的输出相似的(或相同的)经带通滤波的信号，并且该带通滤波器的通带集中在由设定到滤波器102的调谐参数所确定的临 界频带的中心。水平确定元件113被耦接以接收从系统的带通滤波器级输出的经带通滤波的信号(即，元件107的输出)，并且被配置成确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量)。带切滤波器选择元件115被耦接以从元件113接收当前时间平均水平，并且被配置成响应于该时间平均水平将控制参数k(其为带切滤波器选择信号，具有O < k < I范围内的值)设定到放大器104和105。在典型的实施方式中，(由元件102、104、105和106实现的)带切滤波器被配置成(对在级100的输出处设定的放大后的输入信号)施加具有衰减频带的带切滤波器，该衰减频带具有可选择的中心频率、可选择的宽度和可选择的衰减。带切滤波器选择元件115被配置成以与上述的图2的元件15生成带切滤波器选择信号的方式相似或相同的方式，响应于被设定到元件115的(上述类型的)功率阈值调谐参数和来自元件113的当前时间平均水平两者来生成控制参数k(带切滤波器选择信号)。带切滤波器选择信号确定在带切滤波器的衰减频带中施加的衰减。响应于控制参数值k=0,带切滤波器为极大衰减陷波滤波器。响应于控制参数值k=l，带切滤波器为全通滤波器。衰减频带的中心频率和宽度由被设定到滤波器102的、表示扬声器的频率响应的临界频带的中心频率和宽度的调谐参数来确定。在图8的系统的典型的操作中，(由元件102、104、105和106所施加的)带切滤波器的参数响应于从元件113被设定到元件115的经带通滤波的信号的时间平均水平随时间的变化而随时间改变。
图2 (或图8)的系统可操作成执行本发明的方法的实施方式，该本发明的方法用于使用调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波，以控制扬声器的输出的失真，其中调谐参数包括扬声器的频率响应的其中THD达到峰值的临界频带的中心频率和带宽，并且调谐参数还包括功率阈值，该功率阈值表示使得扬声器响应于输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到扬声器的输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率。在这样的实施方式中，该方法包括以下步骤(a)确定带通滤波器，使得带通滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的通带，并且该通带具有由临界频带的带宽确定的宽度(即，图2的滤波器级11可操作成这样确定带通滤波器);(b)将带通滤波器施加于输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量)(即，图2的滤波器级11可操作成施加确定的带通滤波器，并且水平确定元件13可操作成确定这样的时间平均水平)；(C)确定带切滤波器，使得带切滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的衰减频带，该衰减频带具有由临界频带的带宽确定的宽度，并且使得响应于功率阈值来确定衰减频带中的衰减，以使得响应于在临界频带中具有所述时间平均水平的信号，带切滤波器生成衰减的信号，该衰减的信号在临界频带中具有不超过功率阈值的衰减的时间平均水平的(即，图2的滤波器级17和带切滤波器选择元件15如上所述的可操作成确定待由级17施加的带切滤波器)；以及(d)将带切滤波器施加于输入信号以生成经滤波的信号，该经滤波的信号在临界频带中的频率分量相对于输入信号在临界频带中的频率分量被衰减(即，图2的滤波器级17如上所述地可操作成将这样的带切滤波器施加于输入信号以生成这样的经滤波的信号，优选地，使得经滤波的信号在临界频带中的频率分量具有不超过功率阈值的时间平均水平)。在一些这样的实施方式中，相对于响应于输入信号的会以其他方式发生的扬声器的输出的失真，响应于经滤波的信号(从滤波级17输出)的扬声器的输出的失真显著地(例如，可察觉地)降低，因为施加带切滤波器使经滤波的信号在临界频带中的频率分量充分地衰减，以防止频率分量使由扬声器发出声音的THD超过预定的THD阈值。在图2的一些实施方式中，被设定到级11和级17的输入信号使用用户可选择的增益(响应于音量控制的用户致动，在图2中未示出)被放大。假定，当未执行步骤(d)(使得扬声器的输出响应于输入至级17的输入信号而非从级17输出的经滤波的信号)时,在使用第一增益放大输入信号时响应于输入信号的扬声器的输出具有第一失真量，那么步骤
(8)、(13)、((3)和((1)的典型的实施方式使得响应于经滤波的信号(从级17输出)的扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)能够通过使用比第一增益大的增益将输入信号放大(在执行步骤(b)和(d)之前)来增加，且不使响应于经滤波的信号的扬声器的输出具有显著大于第一失真量的失真。图1和图2 (或图1和图8)的系统可操作成执行本发明的方法的一类实施方式，该方法用于对扬声器的输入信号(被设定到图2的级11和级17或被设定到图8的级100的输入信号)进行滤波以控制扬声器的输出的失真。在这样的实施方式中，该方法包括以下步骤
(a)(在图1的处理器7中)识别扬声器的频率响应的其中总谐波失真(THD)达到峰值的至少一个临界频带，并且(还在处理器7中)确定临界频带的中心频率和临界频带的带宽；(b)(在处理器7中)确定功率阈值,该功率阈值表不使得扬声器响应于输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、输入信号在临界频带中的至少一个频率分量的最小功率；(c)(例如，在图2的级11中)确定带通滤波器，使得带通滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的通带(通常，通带还具有由临界频带的带宽确定的宽度)；(d)(例如，在级11中)将带通滤波器施加于输入信号以生成经带通滤波的信号，并且(在元件13中)确定经带通滤波的信号的时间平均水平(例如，时间平均功率或能量)；(e)(例如，在图2的元件15和级17中)确定带切滤波器，使得带切滤波器具有至少基本上以临界频带的中心频率为中心的衰减频带(通常，衰减频带还具有由临界频带的带宽确定的宽度)，并且使得响应于功率阈值来确定衰减频带中的衰减，使得响应于在临界频带中具有所述时间平均水平的信号，带切滤波器生成衰减的信号，该衰减的信号在临界频带中具有不超过功率阈值的衰减的时间平均水平；以及(f)(例如，在级17中)将带切滤波器施加于输入信号以生成经滤波的信号，该经滤波的信号在临界频带中的频率分量相对于输入信号在临界频带中的频率分量被衰减。优选地，经滤波的信号在临界频带中的频率分量具有不超过功率阈值的时间平均水平。在该类的典型的实施方式中，相对于响应于输入信号以其他方式发生的扬声器的输出的失真，响应于经滤波的信号(例如，从滤波器级17输出)的扬声器的输出的失真显著地(例如，可察觉到地)降低，因为带切滤波器的施加使经滤波的信号在临界频带中的频率分量充分地衰减，以防止频率分量使由扬声器所发出声音的THD超过预定的THD阈值。如上面所指出的，在图2的一些实现中，使用用户可选择的增益(响应于音量控制的用户致动，在图2中未示出)放大了被设定到级11和级17的输入信号。假定，当未执行步骤(f)(使得扬声器的输出响应于输入信号而非经滤波的信号)时，当使用第一增益放大输入信号时响应于输入信号的扬声器的输出具有第一失真量，那么步骤(C)、(d)、(e)jP(f)的典型的实施方式使得响应于经滤波的信号的扬声器的输出的平均响度(在数字域或模拟域中)能够通过使用比第一增益大的增益将输入信号放大(在执行步骤(d)和(f)之前)来增加，而不使响应于经滤波的信号的扬声器的输出具有显著大于第一失真量的失真。在本发明的一些实施方式中采用的调谐参数(例如，临界频带的中心频率和带宽，以及功率阈值)由适当地已编程的计算机(例如，在这样的计算机中实现的图1的处理器7)自动生成，该计算机已经被编程以解析下述数据以确定调谐参数，该数据表示扬声器的THD与频率关系曲线图(和/或表示一组这样的曲线图的数据，每个曲线图用于在扬声器的同一临界频带中具有不同的功率的输入信号)。在其他实施方式中，通过用户查看这样的曲线图(或一组曲线图)来手动确定调谐参数。一旦为一组不同的扬声器中的每个扬声器确定了调谐参数，这些调谐参数可以被编译为用于扬声器的调谐参数的数据库。下面，参照图5和图6，描述下述实施方式，在该实施方式中，结合压缩和/或限幅来执行失真控制(即，扬声器的输入信号的滤波)，以使得增加引入的输入信号的平均(例如，RMS)功率而同时防止数字削波(优选地使用平滑限幅，以及可选地使用一些先行处理)。例如，压缩器/限幅器在具有压缩器级和限幅器级的序列中可以包括失真限幅(滤波)级，其被配置成执行本发明的滤波方法的实施方式(通常，在信号处理链中限幅器级在压缩器级之后)。失真控制、压缩和限幅的这样的组合可以确实保证即使安静的内容(没有最佳地利用数字PCM域)也能在移动电话扬声器(或其他扬声器)上听起来响亮且清晰。对于已经响亮的内容(即，最佳地利用数字PCM域的内容，例如一些新近混合的流行音乐)，压缩(或压缩和限幅)不应该显著地修改输入音频，以便不造成过度的数字失真。在一类实施方式中，本发明是响度最大化器，其被配置成通过使用在扬声器测量操作中已经预先确定的控制参数限制(被再现的音频信号的)临界频带中的失真来对扬声器(例如，微型扬声器)的输出的失真进行限制。在该类中的各种实施方式中，响度最大化器包括本发明的失真控制系统的实施方式，还包括压缩器(例如，RMS压缩器)、扬声器均衡(EQ)校正模块、低音增强模块以及限幅器中的至少一个。如果存在限幅器，限幅器通常被实现为信号处理链中的末级。图5是包括具有失真控制级29的信号处理链的响度最大化器(20)的框图，失真控制级29实现本发明的失真降低系统的实施方式。例如，级29可以被实现为与上述图2的系统相同。响度最大化器20的其他处理级有音量控制19、扬声器EQ校正模块21 (被耦接并且被配置成接收并且处理控制19的输出)、低音增强模块23 (被耦接并且被配置成接收并且处理模块21的输出)、RMS压缩器25 (被耦接并且被配置成接收并且处理模块23的输出)、音频处理模块27 (被耦接并且被配置成接收并且处理压缩器25的输出)和限幅器级31 (被耦接并且被配置成接收并且处理级29的输出)。失真控制级29被耦接并且被配置成根据本发明接收并且处理模块27的输出。限幅器级31优选地被配置成包括通过识别经滤波的信号中的峰值以及在每个峰值处(或左右)使所述经滤波的信号衰减，优选地以防止削波的方式对从级29输出的经滤波的信号执行峰值限制。本发明的失真降低系统(例如，系统29)与扬声器EQ校正模块(例如,模块21) —起使用进一步降低了失真，因为频率响应的峰化区域通常与THD的高量相关联。通过在EQ校正模块(例如，模块21)中使这些峰化频率区域衰减，在峰化频率区域中THD也被降低。本发明的失真降低系统(例如，系统29)与低音增强模块(例如，模块23) —起使用增加了感知响度并且为大量内容产生更舒适、更饱满的声音。图5的音频处理模块27可以实现各种音频处理效果中的任一种，但这些效果应当被实现为使得不破坏由级29所执行的失真降低的效果。可选地，模块27被省略，压缩器25的输出直接被设定为系统29的输入。图5的响度最大化器20还包括用户音量控制19。音量控制19是最大化器20的音量控制级，其被耦接并且被配置成响应于音量设置的用户选择将所选择的增益施加于输入信号。压缩器25为最大化器20的压缩级。响度最大化器20在“音量最大化”模式下是可操作的，其被配置成在音量最大化模式下如下操作操作控制19将音量设置增加至不超过预定的音量阈值的设置使压缩级25禁用，由此阻止压缩级执行动态范围压缩，但不禁用失真控制级29，以及进一步将音量设置增加至超过音量阈值的设置使压缩级25启用(并且不禁用失真控制级29)。
更具体地，当系统20在音量最大化模式下操作时，操作控制19将音量设置增加到不超过预定的音量阈值的设置(例如，远低于最大值的设置)激活系统29，以使系统20根据本发明执行失真控制(或如果系统29先前已经被激活，则使系统29继续执行失真控制)，但使压缩器25禁用(以使得系统20不对输入信号执行压缩)。当系统20在音量最大化模式下操作时，再次操作控制19将音量设置进一步增加到音量阈值以上的设置(例如，不远低于最大值的设置)使得压缩器25变得活性(例如，以降低动态范围且增加输入信号的RMS功率)，并且使系统29继续执行失真控制。可选地，当用户音量设置(由控制19所确定)在小于最大值处的情况下系统20 (例如，响应于模式进入控制的用户致动，图5中未示出)进入音量最大化模式时，系统20将音量设置增加到音量阈值(或增加到低于音量阈值的另一预定的设置)，并且激活由系统29根据本发明执行的失真控制，但不激活压缩器25。本发明的响度最大化器的一些实施方式(例如，响度最大化器20的一些实现)实现了 “动态余量位分配”特征。在这些实施方式中，本发明的系统为数字音频系统，该数字音频系统包括本发明的失真控制系统(例如，最大化器的系统29)、用户可激活的响度最大化子系统(例如，最大化器20的压缩器25和限幅器31 )、以及音量控制子系统(例如，最大化器20的音量控制19)的实施方式。音量控制子系统被耦接并且被配置成响应于音量设置的用户选择将所选择的增益施加于输入信号，并且可操作成当响度最大化子系统没有激活时将不大于第一最大增益的增益施加于输入信号，而可操作成响应于响度最大化子系统的激活，将高至第二最大增益范围内的增益施加于输入信号，其中第二最大增益大于第一最大增益。例如，在一些这样的实施方式中，响度最大化器(例如，响度最大化器20)包括音量控制子系统(例如，最大化器20的音量控制19)，该音量控制子系统被配置成当响度最大化子系统没有激活时，将放大器-扬声器链的最大音量(即，可以由响度最大化器20施加于输入信号的最大增益)设置在低于系统的全数字位宽度若干位的“正常的”最大值处(例如，用图6中示出的“降低的数字全尺度”范围的n-m位可得到的最大音量，其中m为整数，且η为大于m的整数)。响应于响度最大化子系统的激活，音量控制子系统将放大器-扬声器链的最大音量增加至其全值(例如，用图6中示出的“完全数字全尺度”范围的全η位可得到的最大音量)。在响度最大化子系统的操作期间，根据本发明对输入信号进行滤波以对失真进行控制的失真控制子系统(例如，响度最大化器20的系统29)可以使用额外的动态余量位(例如，图6的完全数字全尺度的m个附加位)以使得超过放大器-扬声器系统的“正常的”响度级而同时防止扬声器的输出的失真和对扬声器的损坏。本发明的方面包括被配置成(例如，被编程)执行本发明的方法的任何实施方式的系统、和存储用于实现本发明的方法的任何实施方式的代码的计算机可读介质(例如，光盘)。在典型的实施方式中，本发明的系统为或包括通用或专用处理器，其用软件(或固件)编程和/或另外被配置成执行本发明的方法的实施方式。在一些实施方式中，本发明的系统为通用处理器(例如，实现图1的元件5和元件7的处理器)，其被耦接并且被配置成生成音频输入信号(例如，图1的测试信号)和表不响应于输入信号的扬声器的输出的输出信号(例如，图1的麦克风3的输出)，并且被编程(使用适当的软件)以通过执行本发明的方法的实施方式来响应于输出信号生成表不调谐参数的输出数据。在其他实施方式中，本发明的系统为数字音频系统，该数字音频系统包括(或被配置成耦接至)至少一个扬声器，并且包括被配置成根据本发明响应于调谐参数对输入信号执行失真控制的硬件。在其他实施方式中，本发明的系统为数字音频系统，该数字音频系统包括(或被配置成耦接至)至少一个扬声器，并且包括被编程或被配置成根据本发明响应于调谐参数对输入信号执行失真控制的软件或固件。虽然本文已经对本发明的具体实施方式
和本发明的应用进行了描述，但对于本领域普通技术人员而言明显的是，在不脱离本文所描述的和所要求保护的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的实施方式和应用进行很多变化。应当理解的是，虽然已经示出和描述了本发明的某些形式，但本发明并不限于所描述和所示出的具体实施方式
或所描述的具体方法。
权利要求
1.一种用于确定调谐参数的方法，所述调谐参数用于使输入信号的临界频带中的频率分量衰减，以对响应于所述输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述方法包括下述步骤: (a)识别所述扬声器的频率响应的至少一个临界频带，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值； (b)确定所述临界频带的中心频率和所述临界频带的带宽； (C)确定功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，其中，所述调谐参数包括所述临界频带的中心频率、所述临界频带的带宽和所述功率阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线，并且将所述THD曲线的、其中THD超过预定的第二 THD阈值的频率范围识别为所述临界频带。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二THD阈值为x%，其中X为10至15范围内的值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二THD阈值至少基本上等于15%。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述THD阈值等于所述第二THD阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别为其中所述扬声器的输出的测量的THD具有局部最大值的频带。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:识别所述扬声器的频率响应的低频滚降点，并且将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别为以所述低频滚降点为中心的频带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括下述步骤:根据所述扬声器的频率响应来识别所述临界频带，而不需要确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述临界频带中的所述至少一个频率分量在时间区间上平均的测量的最小平均功率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的频率分量的RMS功率的最小值。
11.一种用于使用调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波以控制所述扬声器的输出的失真的方法，其中，所述调谐参数包括所述扬声器的频率响应的临界频带的中心频率和带宽，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值，并且所述调谐参数还包括功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到所述扬声器的输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，所述方法包括以下步骤: (a)确定带通滤波器，使得所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带；(b)将所述带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平； (C)确定带切滤波器，使得所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且使得响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减,使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平；以及 (d)将所述带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号在所述临界频带中的频率分量相对于所述输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述经滤波的信号在所述临界频带中的所述频率分量具有不超过所述功率阈值的时间平均水平。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度，并且所述衰减频带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(c)中确定的所述带切滤波器响应于所述经带通滤波的信号的所述时间平均水平随时间的变化而随时间改变。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定所述时间平均水平。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:包括通过确定在预定的持续时间的帧上所述经带通滤波的信号的功率和能量之一的动态平均，在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量以确定所述时间平均水平。
17.根据权利 要求16所述的方法，其中，所述帧具有基本上等于20ms的持续时间。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(b)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，然后使用预定的启动和释放时间常数使所述原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括下述步骤:对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行峰值限幅和动态范围压缩中的至少一种，以使得能够增加所述输入信号的平均功率同时防止所述扬声器的输出的数字削波。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤: 响应于音量设置的用户选择，将所选择的增益施加于所述输入信号；以及 响应于所述音量设置增加至超过预定的音量阈值的设置，对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行动态范围压缩，同时继续执行步骤(a)、(b)、(C)和(d)。
21.一种用于对扬声器的输入信号进行滤波以控制所述扬声器的输出的失真的方法，所述方法包括以下步骤: (a)识别所述扬声器的频率响应的至少一个临界频带，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值，并且确定所述临界频带的中心频率和所述临界频带的带宽； (b)确定功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率； (C)确定带通滤波器，使得所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带； (d)将所述带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平； (e)确定带切滤波器，使得所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且使得响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减,使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平；以及 (f)将所述带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号在所述临界频带中的频率分量相对于所述输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述通带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度，并且所述衰减频带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，在步骤(e)中确定的所述带切滤波器响应于所述经带通滤波的信号的所述时间平均水平随时间的变化而随时间改变。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定所述时间平均水平。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:包括通过确定在预定的持续时间的帧上所述经带通滤波的信号的功率和能量之一的动态平均，在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量以确定所述时间平均水平。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(d)包括下述步骤:在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，然后使用预定的启动和释放时间常数使所述原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。
27.根据权利要求21所述的方法，还包括下述步骤:对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行压缩和限幅中的至少一种，以使得能够增加所述输入信号的平均功率同时防止所述扬声器的输出的数字削波。
28.一种被配置成确定调谐参数的系统，所述调谐参数用于使输入信号的临界频带中的频率分量衰减，以对响应于所述输入信号的扬声器的输出的失真进行控制，所述系统包括: 数字音频处理子系统，所述数字音频处理子系统被配置成将测试输入信号设定到所述扬声器，并且包括通过确定所述扬声器的频率响应，对响应于所述测试输入信号的所述扬声器的音频输出进行处理；以及 第二处理子系统，所述第二处理子系统被配置成识别所述扬声器的频率响应的、其中总谐波失真THD达到峰值的至少一个临界频带，并且确定所述临界频带的中心频率和所述临界频带的带宽，以及确定功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，其中，所述调谐参数包括所述临界频带的中心频率、所述临界频带的带宽和所述功率阈值。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述系统为已编程的处理器，所述处理器实现所述数字音频处理子系统和所述第二处理子系统两者，并且所述处理器被编程以确定所述临界频带的中心频率、所述临界频带的带宽和所述功率阈值。
30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述数字音频处理子系统被配置成确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线，并且所述第二处理子系统被配置成将所述THD曲线的、其中THD超过预定的第二 THD阈值的频率范围识别为所述临界频带。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述THD阈值等于所述第二THD阈值。
32.根据权利要求28所述的系统，其中，所述第二处理子系统被配置成将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别成其中所述扬声器的输出的测量的THD具有局部最大值的频带。
33.根据权利要求28所述的系统，其中，所述第二处理子系统被配置成识别所述扬声器的频率响应的低频滚降点，并且将所述扬声器的频率响应的所述临界频带识别成以所述低频滚降点为中心的频带。
34.根据权利要求28所述的系统，其中，所述第二处理子系统被配置成根据所述扬声器的频率响应来识别所述临界频带，而不需要确定作为频率的函数的、表示所述扬声器的输出的THD的THD曲线。
35.根据权利要求28所述的系统，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述临界频带中的所述至少一个频率分量在时间区间上平均的测量的最小平均功率。
36.根据权利要求28所述的系统，其中，所述功率阈值为使得由所述扬声器发出的声音的THD超过所述THD阈值的、所述输入信号在所述临界频带中的频率分量的RMS功率的最小值。
37.一种用于使用 调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波以控制所述扬声器的输出的失真的系统，其中所述调谐参数包括所述扬声器的频率响应的临界频带的中心频率和带宽，在所述临界频带中总谐波失真THD达到峰值，并且所述调谐参数还包括功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到所述扬声器的输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率，所述系统包括: 带通滤波器级，所述带通滤波器级被耦接并且被配置成将带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且其中，所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带； 水平确定级，所述水平确定级耦接至所述带通滤波器级，并且被配置成确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平；以及 带切滤波器级，所述带切滤波器级耦接至所述水平确定级，并且被配置成将带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号在所述临界频带中的频率分量相对于所述输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减，其中，所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减，使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平。
38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述经滤波的信号在所述临界频带中的所述频率分量具有不超过所述功率阈值的时间平均水平。
39.根据权利要求37所述的系统，其中，所述通带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度，并且所述衰减频带具有由所述临界频带的带宽所确定的宽度。
40.根据权利要求37所述的系统，其中，所述带切滤波器响应于所述经带通滤波的信号的所述时间平均水平随时间的变化而随时间改变。
41.根据权利要求37所述的系统，其中，所述水平确定级被配置成在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定所述时间平均水平。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述水平确定级被配置成:包括通过确定在预定的持续时间的帧上所述经带通滤波的信号的功率和能量之一的动态平均，在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量以确定所述时间平均水平。
43.根据权利要求37所述的系统，其中，所述水平确定级被配置成在时间帧的基础上对所述经带通滤波的信号的水平进行测量，以确定原始时间平均水平，并且使用预定的启动和释放时间常数使所述原始时间平均水平变平滑以确定所述时间平均水平。
44.根据权利要求37所述的系统，还包括压缩级，所述压缩级被耦接并且被配置成对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行动态范围压缩。
45.根据权利要求37所述的系统，还包括限幅级，所述限幅级被耦接并且被配置成对在所述带切滤波器级中生成的所述经滤波的信号输出执行峰值限幅。
46.根据权利要求37所述的系统，其中，所述系统为响度最大化器，所述系统还包括: 压缩级，所述压缩级被耦接并且被配置成对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行动态 范围压缩；以及 限幅级，所述限幅级被耦接并且被配置成对在所述带切滤波器级中生成的所述经滤波的信号输出执行峰值限幅。
47.—种响度最大化器,包括: 失真控制级，所述失真控制级被耦接并且被配置成使用调谐参数对扬声器的输入信号进行滤波以生成经滤波的信号，所述经滤波的信号的、在所述扬声器的频率响应的其中总谐波失真THD达到峰值的临界频带中的频率分量相对于输入信号在所述临界频带中的频率分量被衰减，其中，所述调谐参数包括所述临界频带的中心频率和带宽，并且所述调谐参数还包括功率阈值，所述功率阈值表示使得所述扬声器响应于所述输入信号而发出的声音的THD超过预定的THD阈值的、到所述扬声器的所述输入信号在所述临界频带中的至少一个频率分量的最小功率；以及 压缩级，所述压缩级被耦接并且被配置成对所述输入信号和所述经滤波的信号中的至少一个信号执行动态范围压缩，其中，所述失真控制级包括: 带通滤波器级，所述带通滤波器级被耦接并且被配置成将带通滤波器施加于所述输入信号以生成经带通滤波的信号，并且其中，所述带通滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的通带； 水平确定级，所述水平确定级耦接至所述带通滤波器级，并且被配置成确定所述经带通滤波的信号的时间平均水平；以及 带切滤波器级，所述带切滤波器级耦接至所述水平确定级，并且被配置成将带切滤波器施加于所述输入信号以生成经滤波的信号，其中，所述带切滤波器具有至少基本上以所述临界频带的中心频率为中心的衰减频带，并且响应于所述功率阈值来确定所述衰减频带中的衰减，使得响应于在所述临界频带中具有所述时间平均水平的信号，所述带切滤波器生成衰减的信号，所述衰减的信号在所述临界频带中具有不超过所述功率阈值的衰减的时间平均水平。
48.根据权利要求47所述的响度最大化器，还包括: 音量控制级，所述音量控制级被耦接并且被配置成响应于音量设置的用户选择，将所选择的增益施加于所述输入信号， 其中，所述响度最大化器被配置成在音量最大化模式下是能够操作的，其中: 音量设置增加到不超过预定的音量阈值的设置禁用所述压缩级，由此阻止所述压缩级执行动态范围压缩，但不禁用所述失真控制级，并且 音量设置进一步增加到超过音量阈值的设置启用所述压缩级。
49.根据权利要求47所述的响度最大化器，还包括: 限幅级，所述限幅级被耦接并且被配置成对在所述带切滤波器级中生成的所述经滤波的信号输出执行峰值限幅。
50.根据权利要求47所述的响度最大化器，其中，所述响度最大化器为数字音频系统，包括: 包括所述压缩级的用户能够激活的响度最大化子系统；以及 音量控制子系统，所述音量控制子系统被耦接并且被配置成响应于音量设置的用户选择，将所选择的增益施加于所述输入信号，其中， 所述音量控制子系统能够操作成当所述响度最大化子系统没有激活时，将不大于第一最大增益的增益施加于所述输入信号，并且所述音量控制子系统能够操作成响应于所述响度最大化子系统的激活，将高至第二最大增益范围内的增益施加于所述输入信号，其中，所述第二最大增益大于所述第一最大增益。
全文摘要
在一些实施方式中，提供了用于通过使用已经预先确定的调谐参数使待再现的输入信号的临界频带衰减来对微型扬声器的输出的失真进行控制的方法和系统，其中，该临界频带为扬声器的频率响应的其中总谐波失真(THD)达到峰值的频率范围。以使得扬声器的输出的平均响度增加而不显著地增加失真的方式来执行失真控制。调谐参数包括临界频带的中心频率和带宽、以及功率阈值。在一些实施方式中，系统为响度最大化器，该响度最大化器被配置成通过使用预定的控制参数对临界频带中的失真进行限制来限制扬声器的输出的失真，并且限制输出信号的动态范围以及增加输出信号的感知的整体平均响度水平。
文档编号H04R3/04GK103081356SQ201180039610
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月11日 优先权日2010年8月18日
发明者纪尧姆·波塔德 申请人:杜比实验室特许公司