專利名稱：聲音信號處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲音信號處理設(shè)備，其對聲音信號進(jìn)行控制以使得聲音信號的音量的頻率響應(yīng)適應(yīng)于所設(shè)置的音量。
背景技術(shù)：
已知人的聽覺具有對響度的感知根據(jù)頻帶而不同的特性。例如，響度感知在低頻和高頻中減小。由于該特性，當(dāng)聲音設(shè)備的整體音量減小時，難以聽到聲音信號的基于低頻和高頻的樂音。為了補(bǔ)償人的這種聽覺，傳統(tǒng)聲音設(shè)備配備了能夠在設(shè)置的音量減小時加強(qiáng)聲音信號的低頻和高頻的響度能力，例如日本未審查專利公開No. 64-51706中所述。通過在整體音量減小時增大低頻和高頻的增益，響度能力保持了整體響度感知的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
圖6示出了表示傳統(tǒng)音量和響度控制電路100的示例構(gòu)造的電路框圖。在如圖6 中所示的音量和響度控制電路100中，通過頻帶分離濾波器組將輸入聲音信號分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分的頻帶成分。頻帶分離濾波器組由提取聲音信號高頻成分的高通濾波器(HPF) 110、提取聲音信號中頻成分的帶通濾波器(BPF) 111、和提取聲音信號低頻成分的低通濾波器(LPF) 112形成。從HPF 110輸出的高頻成分在乘法器113中乘以一個由系數(shù)產(chǎn)生部分119所產(chǎn)生的系數(shù)以控制高頻成分的電平。從LPF 112輸出的低頻成分在乘法器115中乘以一個由系數(shù)產(chǎn)生部分119所產(chǎn)生的系數(shù)以控制低頻成分的電平。將從乘法器113輸出的電平受控的高頻成分、從BPF 111輸出的未經(jīng)電平控制的中頻成分、和從乘法器115輸出的電平受控的低頻成分在混合部分114中混合以形成輸出信號。從混合部分 114提供的輸出信號在乘法器116中乘以一個由系數(shù)產(chǎn)生部分118所產(chǎn)生的系數(shù)以控制輸出信號的電平。向系數(shù)產(chǎn)生部分118和系數(shù)產(chǎn)生部分119供給表示了由用戶操縱的音量旋鈕117 的旋轉(zhuǎn)角度的信息，從而由系數(shù)產(chǎn)生部分118和系數(shù)產(chǎn)生部分119產(chǎn)生了與音量旋鈕117 的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的系數(shù)。在該情況下，在系數(shù)產(chǎn)生部分118中產(chǎn)生了導(dǎo)致與音量旋鈕117的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的音量的系數(shù)，以供給乘法器116。當(dāng)音量旋鈕117設(shè)置在表示低音量的旋轉(zhuǎn)角度上時，在系數(shù)產(chǎn)生部分119中產(chǎn)生了作為超過“1”的增益的系數(shù)，以供給乘法器113和乘法器115。當(dāng)音量旋鈕117設(shè)置在超出低音量范圍的旋轉(zhuǎn)角度上時，在系數(shù)產(chǎn)生部分119 中產(chǎn)生了作為增益“1”的系數(shù)，以供給乘法器113和乘法器115。因此，傳統(tǒng)的音量和響度控制電路100在用戶將音量按鈕117設(shè)置在低音量時執(zhí)行了增強(qiáng)低頻成分和高頻成分的響度控制。圖6所示的傳統(tǒng)音量和響度控制電路100的缺點在于從系數(shù)產(chǎn)生部分119供給乘法器113和乘法器115的系數(shù)是相同的，最終得到在音量方面的均勻電平受控頻率響應(yīng)。這種均勻頻率響應(yīng)不是總適合于聲音信號的特性。更具體地說，隨著整體音量電平增大，聲音信號的高頻成分變得過大。因此，優(yōu)選的是抑制要從揚(yáng)聲器輸出的高頻成分。另外，優(yōu)選的是從揚(yáng)聲器盡可能多地輸出該揚(yáng)聲器所允許的低頻成分。然而，該傳統(tǒng)設(shè)備的問題是，其不能執(zhí)行這種優(yōu)選的電平控制。本發(fā)明的一個目的是提供一種控制聲音信號以使得聲音信號的音量的頻率響應(yīng)適合于所設(shè)置音量的聲音信號處理設(shè)備。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聲音信號處理設(shè)備，其輸入了聲音信號并且形成要提供到包括放大器和揚(yáng)聲器的音響系統(tǒng)中的輸出聲音信號，所述聲音信號處理設(shè)備包括頻帶分離部分，其將輸入的聲音信號分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分；第一電平控制部分，其根據(jù)第一控制信號來控制高頻成分的電平以輸出受控高頻成分；第二電平控制部分，其根據(jù)第二控制信號來控制低頻成分的電平以輸出受控低頻成分；混合部分， 其將從所述第一電平控制部分輸出的高頻成分、從所述頻帶分離部分輸出的中頻成分、和從所述第二電平控制部分輸出的低頻成分進(jìn)行混合，以輸出混合信號；第一控制信號產(chǎn)生部分，其檢測混合信號的音量電平，以根據(jù)該檢測到的音量電平來產(chǎn)生所述第一控制信號； 和第二控制信號產(chǎn)生部分，其檢測輸入的聲音信號的低頻成分的音量電平，以根據(jù)該檢測到的音量電平來產(chǎn)生所述第二控制信號。根據(jù)本發(fā)明，所述聲音信號處理設(shè)備檢測混合信號的音量電平，根據(jù)所檢測到的音量電平來控制聲音信號的高頻成分的電平；同時檢測輸入聲音信號的低頻成分的音量電平，根據(jù)所檢測到的音量電平來控制聲音信號的低頻成分電平。因此，根據(jù)本發(fā)明的聲音信號處理設(shè)備控制聲音信號以使得該聲音信號的頻率響應(yīng)適合于音量旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度。


圖1是表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的聲音信號處理設(shè)備的聲音設(shè)備的構(gòu)造的框圖；圖2是表示與本發(fā)明該實施例的聲音信號處理設(shè)備的基準(zhǔn)輸入電平相對應(yīng)的信號輸出電平的特性X的曲線圖；圖3是表示本發(fā)明第一實施例的聲音信號處理設(shè)備的構(gòu)造的電路框圖；圖4是表示本發(fā)明第二實施例的聲音信號處理設(shè)備的構(gòu)造的電路框圖；圖5是表示本發(fā)明第三實施例的聲音信號處理設(shè)備的構(gòu)造的電路框圖；圖6是表示傳統(tǒng)音量和響度控制電路的構(gòu)造的電路框圖。
具體實施例方式圖1表示應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的聲音信號處理設(shè)備的聲音設(shè)備的構(gòu)造。 在圖ι中所示的聲音設(shè)備1中，音源2是提供要由揚(yáng)聲器5再現(xiàn)的聲音信號的設(shè)備。音源2 可以是CD播放器、記錄器、混合器等。從音源2提供的聲音信號輸入到本發(fā)明的聲音信號處理設(shè)備3。為了將聲音信號提供到特定的揚(yáng)聲器5，聲音信號處理設(shè)備3執(zhí)行被稱為“揚(yáng)聲器處理”的信號處理，其是專為揚(yáng)聲器5所提供的信號處理。由聲音信號處理設(shè)備3處理的聲音信號被功率放大器4進(jìn)行功率放大來供給揚(yáng)聲器5以發(fā)出為樂音。揚(yáng)聲器5可以是由單個全頻帶揚(yáng)聲器形成的全范圍揚(yáng)聲器、由針對高頻的揚(yáng)聲器(高頻揚(yáng)聲器)和針對低頻的揚(yáng)聲器(低頻揚(yáng)聲器)形成的雙路揚(yáng)聲器、由針對高頻的揚(yáng)聲器(高頻揚(yáng)聲器)和針對中頻的揚(yáng)聲器(中頻揚(yáng)聲器)以及針對低頻的揚(yáng)聲器(低頻揚(yáng)聲器)形成的三路揚(yáng)聲器，等等。聲音信號處理設(shè)備3通過調(diào)節(jié)聲音信號的各種聲音特性(比如對應(yīng)于音量旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度的音量控制、響度控制等)來控制輸入聲音信號。通過音量控制，聲音信號處理設(shè)備3將聲音信號的音量控制為具有對應(yīng)于音量旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度的增益(放大率或衰減率)。對于響度控制而言，針對高頻成分的電平控制，將要輸出的聲音信號的全范圍電平定義為基準(zhǔn)輸入電平，聲音信號處理設(shè)備3根據(jù)該基準(zhǔn)輸入電平來控制高頻成分的信號輸出電平。另外，針對低頻成分的電平控制，將要輸出的聲音信號的低頻成分的電平定義為基準(zhǔn)輸入電平，聲音信號處理設(shè)備3根據(jù)該基準(zhǔn)輸入電平來控制低頻成分的信號輸出電平。 針對聲音信號的中頻成分，聲音信號處理設(shè)備3將不執(zhí)行這種使用基準(zhǔn)輸入電平的電平控制。通過這樣的控制，當(dāng)下擰音量旋鈕以減小聲音信號的音量時，聲音信號處理設(shè)備3通過根據(jù)聲音信號的頻率響應(yīng)分別控制聲音信號的低頻成分的信號輸出電平和高頻成分的信號輸出電平來執(zhí)行響度控制。因此，聲音信號處理設(shè)備3實現(xiàn)了最適合聲音信號特性的響度控制。聲音信號處理設(shè)備3可以是與功率放大器4和揚(yáng)聲器5分離的獨立設(shè)備。然而， 聲音信號處理設(shè)備3可以集成到功率放大器4中，或者聲音信號處理設(shè)備3和功率放大器 4可以集成到揚(yáng)聲器5中。圖2示出了表示聲音信號的輸入/輸出電平特性X的示例曲線。通過使用根據(jù)所檢測到的分貝標(biāo)度電平(基準(zhǔn)輸入電平)而產(chǎn)生的系數(shù)(對應(yīng)于分貝標(biāo)度的增益)，將輸入 /輸出電平特性X用于電平控制。該附圖表示了其中要檢測電平的聲音信號與要控制電平的聲音信號相同的情況下的特性。盡管在該實施例中要檢測電平的聲音信號與要控制電平的聲音信號不同，然而根據(jù)基準(zhǔn)電平而產(chǎn)生的系數(shù)基本上與該附圖所示情況下的系數(shù)相同。圖2中所示曲線的水平軸表示基準(zhǔn)輸入電平，而垂直軸表示增益受控的信號的電平(信號輸出電平)。因為該曲線由分貝標(biāo)度來表示，所以信號輸出電平表示為通過將增益加到基準(zhǔn)輸入電平(對應(yīng)于線性標(biāo)度中的乘法)所得到的值。圖2的曲線中示出的傾斜虛線表示增益恒定保持為0分貝 (等同于線性標(biāo)度中的“1”)的情況，從而要輸入的聲音信號的電平等于要輸出的聲音信號的電平。該虛線對應(yīng)于其電平不會根據(jù)基準(zhǔn)輸入電平進(jìn)行控制的中頻成分的特性。圖2的曲線中示出的實線表示根據(jù)特性X進(jìn)行控制的成分(高頻成分或低頻成分)的信號輸出電平，其示出增益動態(tài)地變化。更具體地說，在實線高于虛線的范圍中，要控制的成分的增益高于中頻成分的增益，導(dǎo)致了平衡“提升”的狀態(tài)。在實線低于虛線的范圍中，要控制的成分的增益低于中頻成分的增益，導(dǎo)致了平衡“降低”的狀態(tài)。具體地說， 如果基準(zhǔn)輸入電平落入低音量范圍內(nèi)，則根據(jù)特性X控制的成分位于虛線上方而具有超過 “1”的增益，從而該成分的信號輸出電平高于中頻成分的信號輸出電平。如果基準(zhǔn)輸入電平落入極低音量范圍內(nèi)，則隨著基準(zhǔn)輸入電平減小，根據(jù)特性X控制的成分逐漸下降到虛線以下而具有小于“ 1”的增益，從而該成分的信號輸出電平小于中頻成分的信號輸出電平。 如果基準(zhǔn)輸入電平落入中至高音量范圍內(nèi)，即位于中間或更高范圍內(nèi)，則隨著基準(zhǔn)輸入電平的增加，根據(jù)特性X控制的成分逐漸變?yōu)槲挥谔摼€以下而具有小于“ 1”的增益，從而該成分的信號輸出電平小于中頻成分的信號輸出電平。因此，在根據(jù)特性X控制的高頻成分或低頻成分的增益超過“1”的低音量范圍中，執(zhí)行了對高頻成分或低頻成分進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的響度控制。在根據(jù)特性X控制的高頻成分或低頻成分的增益超過“1”的極低音量范圍中，聲音信號處理設(shè)備3用作將低輸入聲音信號靜音的噪聲門。極低音量范圍是音量低到人不能聽見的范圍。另外，在根據(jù)特性X控制的高頻成分或低頻成分的增益小于“1”的中間和較高音量范圍中，聲音信號處理設(shè)備3抑制高功率聲音信號施加到揚(yáng)聲器，以防止揚(yáng)聲器損壞。使用要輸出的聲音信號的全范圍電平作為基準(zhǔn)輸入電平，根據(jù)本發(fā)明的聲音信號處理設(shè)備3根據(jù)特性X來控制高頻成分的電平。另外，使用要輸出的聲音信號的低頻成分的電平作為基準(zhǔn)輸入電平，聲音信號處理設(shè)備3根據(jù)特性X來控制低頻成分的電平。結(jié)果， 聲音信號處理設(shè)備3分別控制了輸入聲音信號的低頻成分的信號輸出電平和該信號的高頻成分的信號輸出電平，實現(xiàn)了最適合于該聲音信號的特性的動態(tài)響度控制。圖3示出了表示本發(fā)明第一實施例的聲音信號處理設(shè)備3的構(gòu)造的電路框圖。在圖3所示的聲音信號處理設(shè)備3中，將輸入聲音信號輸入到乘法器10中以將該輸入聲音信號乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分11產(chǎn)生的系數(shù)，該系數(shù)產(chǎn)生部分11產(chǎn)生對應(yīng)于音量旋鈕12的旋轉(zhuǎn)角度的系數(shù)。通過該乘法，根據(jù)音量旋鈕12的旋轉(zhuǎn)角度控制聲音信號的全范圍音量電平。從乘法器10輸出并被控制為具有對應(yīng)于音量旋鈕的音量電平的聲音信號被頻帶分離濾波器組根據(jù)頻帶分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分。頻帶分離濾波器組由用于提取聲音信號的高頻成分的高通濾波器(HPF) 13、用于提取聲音信號的中頻成分的帶通濾波器(BPF) 14和用于提取聲音信號的低頻成分的低通濾波器(LPF) 15形成。在乘法器 16中將HPF 13輸出的高頻成分乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生的第一系數(shù)來控制該成分的電平。在乘法器17中將LPF 15輸出的低頻成分乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分24產(chǎn)生的第二系數(shù)來控制該成分的電平。在混合部分18中將乘法器16輸出的電平受控高頻成分、從BPF 14輸出的未經(jīng)電平控制的中頻成分、和從乘法器17輸出的電平受控低頻成分進(jìn)行混合以供給輸出信號形成部分19。輸出信號形成部分19對所供給的聲音信號的各種聲音特性(比如電平、頻率響應(yīng)和幅度變化特性)進(jìn)行控制，以形成要供給音響系統(tǒng)的輸出信號。將輸出信號形成部分19所形成的輸出信號供給形成了音響系統(tǒng)的功率放大器4和揚(yáng)聲器5。在例如揚(yáng)聲器5是由覆蓋全頻帶的單個揚(yáng)聲器所形成的全范圍揚(yáng)聲器的情況下，不可能發(fā)生相移和電平變化。因此，在該情況下，聲音信號處理設(shè)備3只需要僅僅控制要由揚(yáng)聲器發(fā)出的樂音的頻率響應(yīng)。因此，輸出信號形成部分19可以僅由均衡器形成。均衡器在必要時使得要發(fā)出的樂音的頻率響應(yīng)平直或者增強(qiáng)樂音的低頻成分。輸出信號分支到L檢測部分20，在L檢測部分20中檢測輸出信號的全頻帶電平。 作為用于檢測所供給的聲音信號的電平的電平檢測部分，L檢測部分20可以是由對聲音信號進(jìn)行檢波的檢波部分所形成的普通包絡(luò)跟隨器、以一定周期對檢波后的聲音信號的峰值進(jìn)行檢測的峰值檢測部分、和產(chǎn)生跟隨檢測峰值的檢測電平的起音釋音(attack release) 部分。在該情況下，起音釋音部分按照如下所述來產(chǎn)生要輸出的檢測電平。如果當(dāng)前檢測到的電平小于檢測到的峰值，則起音釋音部分以上升時間常數(shù)來將檢測到的電平升高到峰值，以產(chǎn)生要被輸出的檢測電平。如果當(dāng)前的檢測到的電平高于檢測到的峰值，則起音釋音部分以下降時間常數(shù)來將檢測電平降低到“0”，以產(chǎn)生要被輸出的檢測電平。L檢測部分20 的上升/下降時間常數(shù)分別是50毫秒或更大。例如，上升/下降時間常數(shù)設(shè)置為相對長的 300至400毫秒。因此，檢測到的電平(檢測電平)不會突變。通過使用L檢測部分20檢測到的電平作為基準(zhǔn)輸入電平，系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生用于實現(xiàn)如圖2所示的特性X的增益作為第一系數(shù)。在該情況下，如果L檢測部分20檢測到的基準(zhǔn)輸入電平位于圖2所示的增益為“ 1，，的虛線上，則第一系數(shù)是“ 1 ”。如果基準(zhǔn)輸入電平位于該虛線上方，則第一系數(shù)超過“ 1 ”。如果基準(zhǔn)輸入電平位于該虛線下方，則第一系數(shù)小于“ 1 ”。分支的輸出信號還供給LP濾波器22。LP濾波器22提取輸出信號的低頻成分。由 LP濾波器22提取的低頻成分供給L檢測部分23以檢測輸出信號的低頻成分的電平。L檢測部分23的上升時間常數(shù)大約為5至10毫秒，而下降時間常數(shù)大約為20至30毫秒。因此，聲音信號處理設(shè)備3能夠快速跟隨低頻成分的電平變化。使用L檢測部分23檢測到的電平作為基準(zhǔn)輸入電平，系數(shù)產(chǎn)生部分24產(chǎn)生實現(xiàn)了如圖2所示的特性X的增益作為第二系數(shù)。在該情況下，如果由L檢測部分23檢測到的基準(zhǔn)輸入電平處在圖2所示的增益為 “ 1，，的虛線上，則第二系數(shù)為“ 1 ”。如果基準(zhǔn)輸入電平在該虛線上方，則第二系數(shù)超過“ 1 ”。 如果基準(zhǔn)輸入電平在該虛線下方，則第二系數(shù)小于“ 1 ”。由于最終目的是控制要由揚(yáng)聲器發(fā)出為樂音的聲音信號的特性，因此優(yōu)選的是，受到電平檢測以產(chǎn)生第一系數(shù)和第二系數(shù)的信號不是還需要進(jìn)行更多步驟的位于乘法器17或混合部分18中的聲音信號，而是從輸出信號形成部分19輸出的要輸出到音響系統(tǒng)的聲音信號。在由輸出信號形成部分19執(zhí)行的信號處理中，將聲音信號延遲多個采樣周期。因此，如果電平檢測中的任一個通過利用輸出信號完成，而其中的另一個通過利用還需要更多步驟的聲音信號完成，那么第一系數(shù)發(fā)生改變的定時將不會與第二系數(shù)發(fā)生改變的定時相一致，從而導(dǎo)致不成功的控制。因此，不將來自乘法器17的輸出信號輸入到L檢測部分23。在用戶下擰音量按鈕12以使得從乘法器10輸出的聲音信號的音量在不考慮頻帶而整體落入低音量范圍內(nèi)的情況下，用作L檢測部分20所檢測到的信號的全頻帶電平的基準(zhǔn)輸入信號電平落入低音量范圍內(nèi)。因此，在該情況下，根據(jù)特性X產(chǎn)生的第一系數(shù)超過 “1”。由于該系數(shù)要在乘法器16中乘以從HPF 13輸出的高頻成分，因此執(zhí)行電平控制以使得高頻成分的電平上升。因為用作L檢測部分23所檢測到的低頻成分電平的基準(zhǔn)輸入信號電平也落入低音量范圍內(nèi)，所以根據(jù)特性X產(chǎn)生的第二系數(shù)超過“ 1 ”。由于第二系數(shù)要在乘法器17中乘以從LPF 15輸出的低頻成分，因此執(zhí)行電平控制以使得低頻成分的電平也上升。盡管聲音信號的全頻帶的電平與低頻成分的電平之間存在一定相關(guān)性，然而這些電平基本上是相互獨立的。因此，L檢測部分20檢測到的基準(zhǔn)輸入電平和L檢測部分23 檢測到的基準(zhǔn)輸入電平根據(jù)當(dāng)前處理的聲音信號的頻率響應(yīng)彼此獨立地變化。更具體地， 聲音信號處理設(shè)備3分別控制聲音信號的低頻成分的增益和高頻成分的增益。因此，在將聲音信號的音量調(diào)節(jié)為進(jìn)入低音量范圍以執(zhí)行響度控制的情況下，根據(jù)要提供給揚(yáng)聲器的聲音信號的頻率響應(yīng)來動態(tài)地控制高頻成分的增益和低頻成分的增益，實現(xiàn)了動態(tài)響度控制。如果整體音量電平增大而進(jìn)入到中間或更高音量范圍，則根據(jù)特性X執(zhí)行的電平控制抑制了聲音信號的高頻成分，但是僅在低頻成分的音量電平增大而進(jìn)入到中間或更高音量范圍時才抑制低頻成分。換句話說，聲音信號處理設(shè)備3能夠在揚(yáng)聲器允許的限度內(nèi)盡可能大地從揚(yáng)聲器輸出低頻成分。圖4示出表示本發(fā)明第二實施例的聲音信號處理設(shè)備3-2的構(gòu)造的電路框圖。本發(fā)明的聲音信號處理設(shè)備3-2對其輸出信號的音響系統(tǒng)具有由對應(yīng)于多個頻帶的多個揚(yáng)聲器5和用于分別獨立地驅(qū)動這些揚(yáng)聲器的多個功率放大器4所形成的多放大器的構(gòu)造。 為簡化敘述，圖4示出一個雙路揚(yáng)聲器系統(tǒng)的示例。在該示例中，通過通道分配器將聲音信號分成高頻帶和低頻帶。提供了專用于高頻帶的功率放大器和專用于低頻帶的功率放大器作為功率放大器4，同時提供了由用于高頻帶的揚(yáng)聲器(高頻揚(yáng)聲器)和用于低頻帶的揚(yáng)聲器(低頻揚(yáng)聲器)所形成的雙路揚(yáng)聲器作為揚(yáng)聲器5。在η路揚(yáng)聲器系統(tǒng)的情況下，聲音信號被通道分配器分成η個頻帶。在圖4所示的用于多放大器系統(tǒng)的聲音信號處理設(shè)備3-2中，盡管沒有示出如圖3 中所示的系數(shù)產(chǎn)生部分11和音量旋鈕12，但是其電平已根據(jù)音量旋鈕12的旋轉(zhuǎn)角度而進(jìn)行了控制的聲音信號被輸入到頻帶分離濾波器組中。在頻帶分離濾波器組中，通過HPF 13、 BPF 14和LPF 15根據(jù)頻帶將輸入信號分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分。從HPF 13 輸出的高頻成分在乘法器16中乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生的第一系數(shù)以控制該成分的電平。從LPF 15輸出的低頻成分在乘法器17中乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分24產(chǎn)生的第二系數(shù)以控制該成分的電平。從乘法器16輸出的電平受控高頻成分、從BPF 14輸出的未經(jīng)電平控制的中頻成分、和從乘法器17輸出的電平受控低頻成分在混合部分18中進(jìn)行混合，以便通過均衡器 (EQ)調(diào)節(jié)聲音信號的聲音特性。EQ 30主要用于使要從揚(yáng)聲器輸出的樂音的頻率響應(yīng)平直。因此，可以根據(jù)被提供聲音信號的揚(yáng)聲器來設(shè)置均衡器30的頻率響應(yīng)。來自EQ 30的輸出被并行提供到HP濾波器31和LP濾波器33。在該情況下，HP濾波器31和LP濾波器 33用作通道分配器，以將從EQ 30提供的聲音信號分離成要供給高頻揚(yáng)聲器的頻帶成分 (以下稱為“高頻成分”)和要供給低頻揚(yáng)聲器的低頻成分。因此，被HP濾波器31和LP濾波器33所分離的頻率(截止頻率)取決于形成雙路揚(yáng)聲器系統(tǒng)的各個揚(yáng)聲器所覆蓋的頻帶而不同。將HP濾波器31所提取的聲音信號的高頻成分提供到乘法器32以調(diào)節(jié)高頻成分在乘法器32中要與之相乘的系數(shù)(增益)，從而要從高頻揚(yáng)聲器輸出的基于高頻成分的樂音的電平將與要從低頻揚(yáng)聲器輸出的樂音的電平相平衡。在一般化的η路揚(yáng)聲器系統(tǒng)的情況中，聲音信號要通過通道分配器分離成η個頻帶成分。將其中的最低頻率成分定義為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)其余(η-1)個頻帶成分各自的電平以使得各個電平與最低頻率成分的電平匹配。 因此，在該情況下，乘法器32的數(shù)量為(η-1)。從乘法器32輸出高頻成分的輸出信號以由專用于高頻的功率放大器進(jìn)行放大，以供給高頻揚(yáng)聲器。LP濾波器33提取的低頻成分被供給延遲部分34，在其中將低頻成分進(jìn)行延遲以使得低頻成分的相位與高頻成分的相位同相。在本說明書中，語句“兩個頻帶同相”指的是聲音信號中包含的兩個頻帶成分以大體相同的定時從揚(yáng)聲器發(fā)出。在兩個頻帶成分不同相的情況下，必要時兩個頻帶成分中的任一個都可以被延遲(即定時調(diào)節(jié))，以使延遲的頻帶成分能夠與另一頻帶成分同相。盡管將聲音信號處理設(shè)備3-2設(shè)計為僅調(diào)節(jié)低頻成分，然而聲音信號處理設(shè)備3-2還可以具有用于高頻成分的延遲部分以允許調(diào)節(jié)高頻成分。在η路系統(tǒng)的情況下，延遲部分34的數(shù)量是 (η-1)。在該情況中，通過將最高頻率成分定義為基準(zhǔn)，其余(η-1)個頻帶成分的定時可以調(diào)節(jié)為使得其余頻帶成分各自的定時與最高頻帶成分的定時匹配。從延遲部分34輸出一個輸出信號來由專用于低頻的功率放大器進(jìn)行放大，以供給低頻揚(yáng)聲器。在η路系統(tǒng)的情況中，由(η-1)個乘法器32和(η-1)個延遲部分34所調(diào)節(jié)的η個頻帶的輸出信號被η個功CN 102456350 A說明書7/9 頁
率放大器進(jìn)行放大以供給η個揚(yáng)聲器。在第二實施例的聲音信號處理設(shè)備3-2的情況下，如上所述，從EQ 30至延遲部分34的總共5個功能塊(在η路系統(tǒng)的情況下，總共為(2η_1) 個功能塊)形成了形成輸出信號的所述輸出信號形成部分。高頻成分的輸出信號和低頻成分的輸出信號被分支以提供到第二混合部分35進(jìn)行混合。混合的全頻帶輸出信號被供給L檢測部分20。在η路系統(tǒng)的情況中，η個頻帶的輸出信號被分支以在第二混合部分35中進(jìn)行混合，從而混合的全頻帶輸出信號被供給L檢測部分20。由于L檢測部分20、系數(shù)產(chǎn)生部分21和乘法器16的操作與如圖3中所示的第一實施例的聲音信號處理設(shè)備3的上述部分的操作相類似，因此省略對它們各自操作的說明。不過，第一系數(shù)由系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生，從而即使全頻帶輸出信號的電平發(fā)生變化，第一系數(shù)也會緩慢跟隨全頻帶輸出信號而不會突變。隨后將第一系數(shù)提供到乘法器16。分支的低頻輸出信號還提供到LP濾波器22。LP濾波器22提取低頻輸出信號的一個低頻成分，以將所提取的成分供給L檢測部分23。在η路系統(tǒng)的情況下，在所有分支輸出信號之中，從最低頻帶到m頻帶范圍內(nèi)的這些頻帶的分支輸出信號在未示出的第三混合部分中進(jìn)行混合。將m個頻帶的混合輸出信號提供到LP濾波器22，以提取出一個低頻成分，并將所提取的成分供給L檢測部分23。供給LP濾波器22的信號的高頻部分已被用作通道分配器的LP濾波器33和針對m個頻帶的濾波器所截止。因此，在所述截止足夠充分的情況下，LP濾波器22可以省略。在該情況下，低頻輸出信號或者從第三混合部分輸出的信號直接提供到L檢測部分23。由于L檢測部分23、系數(shù)產(chǎn)生部分24和乘法器17的操作與如圖3中所示的第一實施例的聲音信號處理設(shè)備3的上述部分的操作相類似，因此省略對它們各自操作的說明。不過，第二系數(shù)由系數(shù)產(chǎn)生部分24產(chǎn)生，從而第二系數(shù)快速跟出信號的低頻成分的電平的變化。隨后將第二系數(shù)提供到乘法器17。在第二實施例的聲音信號處理設(shè)備3-2中，L檢測部分20檢測全頻帶輸出信號的電平來作為基準(zhǔn)輸入電平，而L檢測部分23檢測輸出信號的低頻成分的電平來作為基準(zhǔn)輸入電平。因此，由L檢測部分20檢測到的基準(zhǔn)輸入電平和由L檢測部分23檢測到的基準(zhǔn)輸入電平根據(jù)輸入聲音信號的頻率響應(yīng)而不同。根據(jù)特性X，產(chǎn)生與由L檢測部分20檢測到的基準(zhǔn)輸入電平相對應(yīng)的第一系數(shù)，以利用該第一系數(shù)來對高頻成分執(zhí)行電平控制。另夕卜，根據(jù)特性X，產(chǎn)生與由L檢測部分23檢測到的基準(zhǔn)輸入電平相對應(yīng)的第二系數(shù)，以利用該第二系數(shù)來對低頻成分執(zhí)行電平控制。因此，在因為音量低而需要執(zhí)行響度控制的情況下，聲音信號處理設(shè)備3-2實現(xiàn)了使音量頻率響應(yīng)適合于輸入聲音信號的特性的動態(tài)響度控制。如果聲音信號的任意頻帶的音量電平增加，則聲音信號處理設(shè)備3-2進(jìn)行控制以抑制該聲音信號的高頻成分。然而，聲音信號處理設(shè)備32僅在低頻帶的音量電平增加時抑制該聲音信號的低頻成分。因此，聲音信號處理設(shè)備3-2進(jìn)行控制以在低頻揚(yáng)聲器允許的限度內(nèi)從該揚(yáng)聲器盡可能大地輸出低頻成分。圖5示出表示本發(fā)明第三實施例的聲音信號處理設(shè)備3-3的構(gòu)造的電路框圖。本發(fā)明第三實施例的聲音信號處理設(shè)備33示出了由多個功率放大器4和多個揚(yáng)聲器5形成的具有三路揚(yáng)聲器系統(tǒng)的多放大器構(gòu)造的音響系統(tǒng)的情況。另外，在該示例中，用作進(jìn)行響度控制的頻帶分離濾波器的BP濾波器14和LP濾波器15還被用作用于通道分配器的頻帶分離濾波器。在該多放大器系統(tǒng)中，聲音信號被通道分配器分成高頻帶、中頻帶和低頻帶。 分別提供了專用于高頻帶的功率放大器、專用于中頻帶的功率放大器和專用于低頻帶的功率放大器來作為功率放大器4，同時提供了由用于高頻的揚(yáng)聲器(高頻揚(yáng)聲器)、用于中頻的揚(yáng)聲器(中頻揚(yáng)聲器)和用于低頻的揚(yáng)聲器(低頻揚(yáng)聲器)所形成的三路揚(yáng)聲器作為揚(yáng)聲器5。在如圖5中所示的用于多放大器系統(tǒng)的聲音信號處理設(shè)備3-3中，盡管沒有示出圖2所示的放大器10、系數(shù)產(chǎn)生部分11和音量旋鈕12，然而其電平已根據(jù)音量旋鈕12的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行了控制的聲音信號被輸入至頻帶分離濾波器組。頻帶分離濾波器組根據(jù)頻帶來通過HPF 13、BPF 14和LPF 15將輸入信號分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分。在該情況下，HPF 13、BPF 14和LPF 15用作通道分配器，以將聲音信號分離成要提供到高頻揚(yáng)聲器的高頻成分、要提供到中頻揚(yáng)聲器的中頻成分、和要提供到低頻揚(yáng)聲器的低頻成分。因此，由HPF 13、BPF 14和LPF 15所分離的頻率(截止頻率)取決于各個揚(yáng)聲器所覆蓋的頻帶而不同。從HPF 13輸出的高頻成分在乘法器16中乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生的第一系數(shù)以控制該成分的電平。從LPF 15輸出的低頻成分在乘法器17中乘以由系數(shù)產(chǎn)生部分 24產(chǎn)生的第二系數(shù)以控制該成分的電平。其電平已在乘法器16中進(jìn)行了控制的高頻成分的低頻響應(yīng)由EQ 41來控制。由BPF 14提取的中頻成分的頻率響應(yīng)由EQ 43來控制。其電平已在乘法器17中進(jìn)行了控制的低頻成分的頻率響應(yīng)由EQ 46來控制。提供EQ 41、EQ 43和EQ 46用于使要從針對各個頻帶的揚(yáng)聲器中輸出的樂音的各自的頻率響應(yīng)平直。因此，根據(jù)被提供聲音信號的各個頻帶的揚(yáng)聲器來設(shè)置EQ 41, EQ 43和EQ 46各自的頻率響應(yīng)。因為要輸入的聲音信號的頻帶按照這三個均衡器被限定為高頻、中頻或低頻，所以每個均衡器可以構(gòu)造為僅具有對所限定頻帶的頻率響應(yīng)進(jìn)行控制的濾波器(大約10個頻帶)。 因此，由這三個均衡器執(zhí)行的信號處理量(大約31個頻帶)稍多于僅由單個均衡器通常執(zhí)行的信號處理量。更具體地，在EQ 41的情況下，可以僅由對通過HP濾波器13的高頻成分的特性進(jìn)行控制的一個濾波器來構(gòu)造EQ 41。將聲音特性已被EQ 41調(diào)節(jié)過的高頻成分提供到乘法器42以調(diào)節(jié)要供給高頻揚(yáng)聲器的高頻成分的電平，以使得要從高頻揚(yáng)聲器輸出的樂音的電平與要從低頻揚(yáng)聲器輸出的樂音的電平相平衡。從乘法器42輸出高頻成分的輸出信號以由專用于高頻的功率放大器進(jìn)行放大，以提供到高頻揚(yáng)聲器。將聲音特性已被EQ 43調(diào)節(jié)過的中頻成分提供到乘法器44以調(diào)節(jié)要供給中頻揚(yáng)聲器的中頻成分的電平，以使得要從中頻揚(yáng)聲器輸出的樂音的電平與要從低頻揚(yáng)聲器輸出的樂音的電平相平衡。從乘法器44提供的中頻成分被供給延遲部分45，在延遲部分45中將中頻成分的相位進(jìn)行延遲，以使得中頻成分的相位與高頻成分的相位同相。從延遲部分45輸出中頻帶的輸出信號以由專用于中頻的功率放大器進(jìn)行放大，以提供到中頻揚(yáng)聲器。將聲音特性已被EQ 46調(diào)節(jié)過的低頻成分提供到延遲部分47， 在延遲部分47中對低頻成分的相位進(jìn)行延遲，以使得低頻成分的相位與高頻成分的相位同相。從延遲部分47輸出低頻帶的輸出信號以由專用于低頻的功率放大器進(jìn)行放大，以提供到低頻揚(yáng)聲器。在第三實施例的聲音信號處理設(shè)備3-3的情況中，如上所述，從EQ 41至延遲部分47的7個功能塊形成了對輸出信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出信號形成部分。高頻成分、中頻成分和低頻成分各自的輸出信號被分支以提供到混合部分48以進(jìn)行混合。將混合的全頻帶輸出信號提供到L檢測部分20。因為L檢測部分20、系數(shù)產(chǎn)生部分21和乘法器16的操作類似于如圖3所示的第一實施例的聲音信號處理設(shè)備3的上述部分的操作，所以省略了對它們各自操作的說明。不過，第一系數(shù)由系數(shù)產(chǎn)生部分21產(chǎn)生， 從而即使全頻帶輸出信號的電平發(fā)生改變，第一系數(shù)也將緩慢跟隨全頻帶輸出信號而不會突變。隨后將第一系數(shù)提供到乘法器16。將分支的低頻輸出信號提供到L檢測部分23以檢測輸出信號的低頻成分的電平。由于低頻輸出信號本身是輸出信號的低頻成分，所以無需在L檢測部分23之前提供LP濾波器。由于L檢測部分23、系數(shù)產(chǎn)生部分24和乘法器 17的操作類似于如圖3所示的第一實施例的聲音信號處理設(shè)備3的上述部分的操作，所以省略了對它們各自操作的說明。不過，第二系數(shù)由系數(shù)產(chǎn)生部分24產(chǎn)生，從而第二系數(shù)將快速跟隨輸出信號低頻成分的電平的變化。隨后將第二系數(shù)提供到乘法器17。在第三實施例的聲音信號處理設(shè)備3-3中，L檢測部分20檢測全頻帶輸出信號的電平來作為基準(zhǔn)輸入電平，同時L檢測部分23檢測輸出信號的低頻成分的電平來作為基準(zhǔn)輸入電平。因此，由L檢測部分20檢測到的基準(zhǔn)輸入電平和由L檢測部分23檢測到的基準(zhǔn)輸入電平取決于輸入聲音信號的頻率響應(yīng)而不同。根據(jù)特性X，產(chǎn)生與由L檢測部分20 檢測到的基準(zhǔn)輸入電平相對應(yīng)的第一系數(shù)，以利用該第一系數(shù)來執(zhí)行對高頻成分的電平控制。另外，根據(jù)特性X，產(chǎn)生與由L檢測部分23檢測到的基準(zhǔn)輸入電平相對應(yīng)的第二系數(shù)， 以利用該第二系數(shù)來執(zhí)行對低頻成分的電平控制。因此，在因為音量低而執(zhí)行響度控制的情況下，聲音信號處理設(shè)備3-3實現(xiàn)了使音量頻率響應(yīng)適合于輸入聲音信號的特性的動態(tài)響度控制。如果整體音量電平增加，則根據(jù)特性X執(zhí)行的電平控制抑制聲音信號的高頻成分，而在低頻揚(yáng)聲器允許的限度內(nèi)盡可能大地從該低頻揚(yáng)聲器輸出低頻成分。在第三實施例的聲音信號處理設(shè)備3-3中，用于響度控制的頻帶分離濾波器還用作通道分配器。因此， 與第二實施例相比，第三實施例減少了與用作通道分配器的頻帶分離濾波器對應(yīng)的信號處理和與LP濾波器22對應(yīng)的信號處理。另外，對于均衡器41、43和46的信號處理增加得很少。因此，第三實施例以比三路揚(yáng)聲器系統(tǒng)所構(gòu)造的第二實施例的情況更少的信號處理來實現(xiàn)了等同于第二實施例所執(zhí)行的動態(tài)響度控制。上面所述的根據(jù)本發(fā)明實施例的聲音信號處理設(shè)備可以通過由用戶指令將第一系數(shù)和第二系數(shù)均固定為“1”來禁用根據(jù)本發(fā)明的“動態(tài)響度控制”。根據(jù)本發(fā)明的“動態(tài)響度控制”不僅可以應(yīng)用于揚(yáng)聲器處理器，還可以應(yīng)用于其它信號處理設(shè)備(音效處理器)。 在該情況下，優(yōu)選的是將聲音信號處理設(shè)備的功能塊用作單輸入、單輸出的效果。另外，根據(jù)本發(fā)明的聲音信號處理設(shè)備被設(shè)計為使得由輸出信號形成部分執(zhí)行的調(diào)節(jié)處理由EQ執(zhí)行的頻率響應(yīng)的控制、乘法器執(zhí)行的電平控制、和延遲部分執(zhí)行的延遲控制所形成。然而，調(diào)節(jié)處理可以僅包括上述控制的一部分，或者可以包括諸如壓縮處理、調(diào)制處理和非線性變換處理之類的其它處理。另外，優(yōu)選的是本發(fā)明第一和第二實施例的聲音信號處理設(shè)備的LP濾波器22的濾波特性與LPF 15的濾波特性相同。在該情況下，LP濾波器22的特性不必與LPF 15的特性完全相同，而是可以有或多或少的不同。
權(quán)利要求
1.一種聲音信號處理設(shè)備，其輸入了聲音信號并且形成要提供到包括放大器和揚(yáng)聲器的音響系統(tǒng)中的輸出聲音信號，所述聲音信號處理設(shè)備包括頻帶分離部分，其將輸入的聲音信號分離成高頻成分、中頻成分和低頻成分； 第一電平控制部分，其根據(jù)第一控制信號來控制高頻成分的電平以輸出受控高頻成分；第二電平控制部分，其根據(jù)第二控制信號來控制低頻成分的電平以輸出受控低頻成分；第一混合部分，其將從所述第一電平控制部分輸出的高頻成分、從所述頻帶分離部分輸出的中頻成分、和從所述第二電平控制部分輸出的低頻成分進(jìn)行混合，以輸出混合信號；第一控制信號產(chǎn)生部分，其檢測混合信號的音量電平，以根據(jù)檢測到的音量電平來產(chǎn)生所述第一控制信號；和第二控制信號產(chǎn)生部分，其檢測輸入的聲音信號的低頻成分的音量電平，以根據(jù)檢測到的音量電平來產(chǎn)生所述第二控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聲音信號處理設(shè)備，還包括輸出信號形成部分，其對從所述第一混合部分輸出的混合信號的聲音特性進(jìn)行調(diào)節(jié)， 以形成所述輸出聲音信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的聲音信號處理設(shè)備，其中，所述第一控制信號產(chǎn)生部分檢測從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的音量電平來作為混合信號的音量電平，并且所述第二控制信號產(chǎn)生部分檢測從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的低頻成分的音量電平來作為輸入的聲音信號的低頻成分的音量電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的聲音信號處理設(shè)備，其中，所述第二控制信號產(chǎn)生部分包括低通濾波器，該低通濾波器用于提取從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的低頻成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的聲音信號處理設(shè)備，其中，所述音響系統(tǒng)是多放大器系統(tǒng)，其中對應(yīng)于多個頻帶的多個揚(yáng)聲器由對應(yīng)于所述多個揚(yáng)聲器的多個放大器驅(qū)動；并且所述聲音信號處理設(shè)備還包括輸出信號形成部分，其將從所述第一混合部分輸出的混合信號分離成分別對應(yīng)于多個頻帶的聲音信號，以對分離成多個頻帶的聲音信號各自的聲音特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，來形成輸出聲音信號，所述輸出聲音信號由要提供到放大器的多個聲音信號形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的聲音信號處理設(shè)備，還包括第二混合部分，其混合與由所述輸出信號形成部分分離的多個頻帶相對應(yīng)的各聲音信號，以輸出混合信號，其中，所述第一控制信號產(chǎn)生部分檢測從所述第二混合部分輸出的混合信號的音量電平來作為混合信號的音量電平，并且所述第二控制信號產(chǎn)生部分檢測從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的低頻成分的音量電平，來作為輸入的聲音信號的低頻成分的音量電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的聲音信號處理設(shè)備，其中，所述第二控制信號產(chǎn)生部分包括低通濾波器，該低通濾波器用于提取從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的低頻成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的聲音信號處理設(shè)備，其中所述音響系統(tǒng)是多放大器系統(tǒng)，其中高頻揚(yáng)聲器、中頻揚(yáng)聲器和低頻揚(yáng)聲器分別由高頻放大器、中頻放大器和低頻放大器驅(qū)動，所述聲音信號處理設(shè)備還包括輸出信號形成部分，其調(diào)節(jié)從所述第一電平控制部分輸出的高頻成分的聲音特性以形成高頻成分的輸出聲音信號、調(diào)節(jié)從所述頻帶分離部分輸出的中頻成分的聲音特性以形成中頻成分的輸出聲音信號、以及調(diào)節(jié)從所述第二電平控制部分輸出的低頻成分的聲音特性以形成低頻成分的輸出聲音信號，其中，所述第一混合部分將從所述輸出信號形成部分輸出的高頻、中頻和低頻的輸出聲音信號進(jìn)行混合，以輸出混合信號，并且所述第二控制信號產(chǎn)生部分檢測從所述輸出信號形成部分輸出的低頻輸出聲音信號的音量電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的聲音信號處理設(shè)備，其中，所述第二控制信號產(chǎn)生部分包括低通濾波器，該低通濾波器用于提取從所述輸出信號形成部分輸出的輸出聲音信號的低頻成分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的聲音信號處理設(shè)備，其中，由所述第一控制信號產(chǎn)生部分進(jìn)行的音量電平的檢測是通過使用特定的第一上升時間常數(shù)和第一下降時間常數(shù)來完成的；并且由所述第二控制信號產(chǎn)生部分進(jìn)行的音量電平的檢測是通過使用比第一上升時間常數(shù)和第一下降時間常數(shù)小的特定的第二上升時間常數(shù)和第二下降時間常數(shù)來完成的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聲音信號處理設(shè)備。由HPF(13)提取的聲音信號的高頻成分在乘法器(16)中乘以第一系數(shù)以控制高頻成分的電平。系數(shù)產(chǎn)生部分(21)根據(jù)輸出信號的全頻帶電平來產(chǎn)生第一系數(shù)。由LPF(15)提取的低頻成分在乘法器(17)中乘以第二系數(shù)來控制低頻成分的電平。系數(shù)產(chǎn)生部分(24)根據(jù)由LP濾波器(22)提取的輸出信號的低頻成分的電平來產(chǎn)生第二系數(shù)。輸出信號的低頻成分的電平控制和輸出信號的高頻成分的電平控制是分開完成的，從而得到適合于聲音信號特性的響度控制。
文檔編號G10L19/02GK102456350SQ201110324260
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者五藤三貴, 山下裕司, 白井瑞之 申請人:雅馬哈株式會社