CN01800888.7
2001.03.30
CN1366784A
2002.08.28
撤回
无权
发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开
H04R3/04
皇家菲利浦电子有限公司;
C·波利塞特; H·M·特奥; L·B·唐赫; R·M·O·圣穆林德
荷兰艾恩德霍芬
2000.04.11 EP 00201302.7
中国专利代理(香港)有限公司
罗朋;王忠忠
已知一种音频系统,它用于由例如预先录制的CD来再现音频信号或再现所接收的收音机信号。为了改善尤其是在低频范围中的信号,知道所谓的超低频带。本发明提出通过引入前馈控制以克服在提供具有将过驱动扬声器的音量的低频范围内信号中存在的问题来进一步改善这些信号。
1.一个音频系统，包括一个用于接收一个音频信号的输入端和 一个用于提供一个输出信号的输出端，用于处理所接收的音频信号的 处理装置和增强装置，从而该增强装置包括用于选择音频信号的一部 分的选择装置，和一个用于产生所选音频信号部分的谐波的谐波发生 器，其特征在于该增强装置还包括一个根据所接收的输入信号来控制 谐波发生器增益的前馈自动增益控制器。 2.权利要求1的音频系统，其特征在于该音频系统包括一个连 接在输入端和增强装置之间的低通滤波装置，该低通滤波装置用于选 择将要被增强的音频信号的低频部分，而该前馈控制自动增益控制被 由低通滤波装置的输出端连接到增强装置的控制输入端。 3.权利要求1的音频系统，其特征在于该增强装置包括一个连 接在音频系统输出端和增强装置的控制输入端之间的反馈控制，该反 馈控制用于根据输出的音频信号来控制谐波发生器的增益。 4.用于权利要求1所要求保护的音频系统中的增强装置。
超低频II本发明涉及一个在权利要求1前述部分中所述的音频系统。 本发明还涉及用于这种音频系统中的增强装置。 音频信号的高保真再现理想地要求声音换能器能可靠地再现在 人类的整个听觉范围内的声音。该范围被确定为20-20,000Hz。然 而，实际上，最高保真度的扬声器系统也只能再现在40-20,000Hz 频率范围内的声音。这些高保真度系统包括用于再现该频率范围的高 端的小换能器(高音扬声器)，和用于再现该频率范围内的低端部分 的相对较大的换能器(低音扬声器)。自然地，这些扬声器系统在尺 寸上很大并占据了听音区域的相当大数量的空间。 然而，有许多喜欢高保真音响的顾客没有一个可以容纳高保真扬 声器系统的空间。认识到这一问题的制造商已经在向这些顾客销售具 有小扬声器系统的紧凑型音频系统。然而，考虑到这些扬声器系统的 相对较小尺寸，这些小扬声器系统不能再现在40-100Hz频率范围内 的音频信号。使用这些紧凑型音频系统的顾客将会发现这些缺陷并对 此系统失望。 这样一种音频系统可以由欧洲专利申请EP-A-0546619(专利参考 号PHA40624)。因为该发明的电动式扬声器，需要更大的声输出，尤 其上在低频处。然而经常是，例如在电视机或便携式音频单元中，该 声输出受到扬声器尺寸的严重限制。已经知道这种两难情况可以通过 使用一种经常被称为虚定调或遗失的基音的心理声学现象来解决，这 一现象是唤引一个更高低频响应的幻觉，而此时扬声器没有在这些低 频处放射更多的功率。这一幻觉可以通过用低频音调的谐波替换这些 低频音调来产生，这些低频音调存在于该音频信号中，但是不能由小 扬声器再现。这些谐波现在表现低频音调，被称为超低频(ultra bass)。 在已知的音频系统中选择一个音频信号的低频频带并提供给为 用于产生所选信号谐波的谐波发生器形式的增强装置。然后，所产生 的谐波被加到该音频信号中。以此方式改善了音频信号的低频听觉效 果。在已知的音频系统中，一个全波整流器被用作谐波发生器，它只 产生偶谐波。 本发明的一个目的是降低人为的东西从而具有更自然的效果，增 加音乐距离功效和具有尽可能多的效果量。另一个目的是具有一个自 适应系统以优化可用的头上空间和避免在最大音量时的失真。 本发明的再一个目的是进一步改善听觉所感受的低频音频信 号。 为此，本发明的第一方面提供一个如权利要求1所限定的音频系 统。 本发明是基于以下原理，为了克服在低频频带产生太多信号的问 题，更加有效的是使用一个前馈声音增益控制来根据所接收的输入信 号以控制谐波发生器的增益，从而只试图在增强装置端减少低频信号 的大小。 根据本发明的音频系统的一些实施例在从属权利要求中进行描 述。 本发明和附加特征将通过下面所述的和附图所示的实例变得更 加清楚，所述附加特征是可选地用于实现本发明的优点的。 图1是根据本发明的一个音频系统的示意性实施例， 图2是根据本发明的一个音频系统的第二实施例， 图3是根据本发明的增强装置的一个实施例。 在所有图中，相应的元件将用相应的参考数字来标记。 图1显示了一个音频系统AS1的示意性实施例，它包括一个处理 装置PM1。在此例中只显示了一个输入信号i1和一个输出信号o1。 当然，可以相同技术可以与立体声或多声道应用一起使用(例如见用 于立体声应用的图2)。该音频系统还包括一个用于接收音频输入信 号i1的输入端I1和一个用于将一个音频信号o1提供给扬声器L1的 输出端O1。该处理装置和增强装置都被连接到用于接收该音频输入 信号的输入端。该处理装置和增强装置的输出端被分别连接到一个用 于将所处理的信号相加并将组合信号提供给输出端O1的相加装置的 相应输入端 音频系统AS1的操作如下所示。所接收的信号i1在处理装置PM1 中进行处理，如通常在音频系统中所进行的一样，这是本领域技术人 员所公知的，故不需要进一步解释。该增强装置EM1将由输入信号 i1中选择一个频率范围，该频率范围的输入信号将不得不单独进行处 理，之后，在相加装置AM1中被加到所处理的信号中。增强装置EM1 包括来自增强装置EM1输入端的一个前馈控制FFC1和来自增强装置 EM1输出端O1的一个反馈控制FBC1。 为了克服在低频频带产生太多信号的问题，更加有效的是使用一 个前馈声音增益控制来根据所接收的输入信号以控制谐波发生器的 增益，从而只试图在增强装置端减少低频信号的大小。 随后将参照其他附图更加详细地描述根据本发明的增强装置的 操作。 图2示出了一个音频系统AS2的第二示意性实施例，它包括两个 输入端LI2，RI2。两个输入端都连接到用于对输入信号进行滤波以选 择将要被增强(改善)的较低频带部分的第一滤波装置F21。该较低 频带部分被提供给一个谐波发生器HG2，该谐波发生器还接收一个来 自第一滤波装置F21输出端的一个前馈控制FFC2的信号。该谐波发 生器HG2的输出端经第二滤波装置F22连接到一个反馈控制装置 FBC2，该反馈控制装置接收同时来自于一个左输出LO2和一个右输 出的一个反馈信号。该反馈控制装置FBC2的输出端分别经由第一相 加装置SUM21和第二相加装置SUM22连接到输出端LO2和RO2。 此图为显示在处理装置中对“正常”左和右音频信号的处理(见 图1：PM1)。 图3显示了一个音频系统AS3的第三实施例，该第三实施例是数 字版本的图2的模拟版本。该音频系统包括第一和第二输入端LI3， RI3和第一和第二输出端LO3，RO3。这些输入端被连接到用于将左 和右输入信号相加并将组合信号提供给第一滤波装置F31的相加设备 SUM1。在第一滤波装置中，输入信号被滤波以仅获得将要增强的低 频分量。第一滤波装置F31的输出端被连接到一个谐波发生器HG3， 该谐波发生器用于产生所接收的低通滤波后的输入信号的谐波。滤波 装置F31的输出端还被连接到谐波发生器HG3以提供前馈控制信号 FFC3。谐波发生器的输出端连接到反馈控制装置FBC3。谐波发生器 的输出端被连接到混音装置MIX3，在此例中由两个相加装置SUM2 和SUM3来表示。在该混音装置中，反馈控制装置FBC3的输出信号 分别与“正常的”左输入信号和与“正常的”右输入信号相合并。这 些输出端提供分别经由音量控制装置VC31，VC32提供到左输出端 LO3和右输出端RO3的相应输出信号。 这些控制信号还被作为反馈信号提供给反馈控制装置FBC3。 谐波发生器可以用所谓的OPAMP(运算放大器)，电阻和电容 来实现。 应注意到，在音频信号的“正常”信号通道中，可以包括一个高 通滤波器以改善音频系统的性能。例如，这些滤波器可以用于保护小 扬声器。它有助于防止扬声器在它的谐振频率之下的过驱动。对于较 大的扬声器，较少出现这种过驱动问题，这些滤波器可以去掉以改善 在输入信号的低频音色。 混音装置MIX3可以用于调节将要被加到“正常”音频信号中的 低频信号量。
本发明涉及一个在权利要求1前述部分中所述的音频系统。
本发明还涉及用于这种音频系统中的增强装置。
音频信号的高保真再现理想地要求声音换能器能可靠地再现在 人类的整个听觉范围内的声音。该范围被确定为20-20,000Hz。然 而，实际上，最高保真度的扬声器系统也只能再现在40-20,000Hz 频率范围内的声音。这些高保真度系统包括用于再现该频率范围的高 端的小换能器(高音扬声器)，和用于再现该频率范围内的低端部分 的相对较大的换能器(低音扬声器)。自然地，这些扬声器系统在尺 寸上很大并占据了听音区域的相当大数量的空间。
然而，有许多喜欢高保真音响的顾客没有一个可以容纳高保真扬 声器系统的空间。认识到这一问题的制造商已经在向这些顾客销售具 有小扬声器系统的紧凑型音频系统。然而，考虑到这些扬声器系统的 相对较小尺寸，这些小扬声器系统不能再现在40-100Hz频率范围内 的音频信号。使用这些紧凑型音频系统的顾客将会发现这些缺陷并对 此系统失望。
这样一种音频系统可以由欧洲专利申请EP-A-0546619(专利参考 号PHA40624)。因为该发明的电动式扬声器，需要更大的声输出，尤 其上在低频处。然而经常是，例如在电视机或便携式音频单元中，该 声输出受到扬声器尺寸的严重限制。已经知道这种两难情况可以通过 使用一种经常被称为虚定调或遗失的基音的心理声学现象来解决，这 一现象是唤引一个更高低频响应的幻觉，而此时扬声器没有在这些低 频处放射更多的功率。这一幻觉可以通过用低频音调的谐波替换这些 低频音调来产生，这些低频音调存在于该音频信号中，但是不能由小 扬声器再现。这些谐波现在表现低频音调，被称为超低频(ultra bass)。
在已知的音频系统中选择一个音频信号的低频频带并提供给为 用于产生所选信号谐波的谐波发生器形式的增强装置。然后，所产生 的谐波被加到该音频信号中。以此方式改善了音频信号的低频听觉效 果。在已知的音频系统中，一个全波整流器被用作谐波发生器，它只 产生偶谐波。
本发明的一个目的是降低人为的东西从而具有更自然的效果，增 加音乐距离功效和具有尽可能多的效果量。另一个目的是具有一个自 适应系统以优化可用的头上空间和避免在最大音量时的失真。
本发明的再一个目的是进一步改善听觉所感受的低频音频信 号。
为此，本发明的第一方面提供一个如权利要求1所限定的音频系 统。
本发明是基于以下原理，为了克服在低频频带产生太多信号的问 题，更加有效的是使用一个前馈声音增益控制来根据所接收的输入信 号以控制谐波发生器的增益，从而只试图在增强装置端减少低频信号 的大小。
根据本发明的音频系统的一些实施例在从属权利要求中进行描 述。
本发明和附加特征将通过下面所述的和附图所示的实例变得更 加清楚，所述附加特征是可选地用于实现本发明的优点的。
图1是根据本发明的一个音频系统的示意性实施例，
图2是根据本发明的一个音频系统的第二实施例，
图3是根据本发明的增强装置的一个实施例。
在所有图中，相应的元件将用相应的参考数字来标记。
图1显示了一个音频系统AS1的示意性实施例，它包括一个处理 装置PM1。在此例中只显示了一个输入信号i1和一个输出信号o1。 当然，可以相同技术可以与立体声或多声道应用一起使用(例如见用 于立体声应用的图2)。该音频系统还包括一个用于接收音频输入信 号i1的输入端I1和一个用于将一个音频信号o1提供给扬声器L1的 输出端O1。该处理装置和增强装置都被连接到用于接收该音频输入 信号的输入端。该处理装置和增强装置的输出端被分别连接到一个用 于将所处理的信号相加并将组合信号提供给输出端O1的相加装置的 相应输入端
音频系统AS1的操作如下所示。所接收的信号i1在处理装置PM1 中进行处理，如通常在音频系统中所进行的一样，这是本领域技术人 员所公知的，故不需要进一步解释。该增强装置EM1将由输入信号 i1中选择一个频率范围，该频率范围的输入信号将不得不单独进行处 理，之后，在相加装置AM1中被加到所处理的信号中。增强装置EM1 包括来自增强装置EM1输入端的一个前馈控制FFC1和来自增强装置 EM1输出端O1的一个反馈控制FBC1。
为了克服在低频频带产生太多信号的问题，更加有效的是使用一 个前馈声音增益控制来根据所接收的输入信号以控制谐波发生器的 增益，从而只试图在增强装置端减少低频信号的大小。
随后将参照其他附图更加详细地描述根据本发明的增强装置的 操作。
图2示出了一个音频系统AS2的第二示意性实施例，它包括两个 输入端LI2，RI2。两个输入端都连接到用于对输入信号进行滤波以选 择将要被增强(改善)的较低频带部分的第一滤波装置F21。该较低 频带部分被提供给一个谐波发生器HG2，该谐波发生器还接收一个来 自第一滤波装置F21输出端的一个前馈控制FFC2的信号。该谐波发 生器HG2的输出端经第二滤波装置F22连接到一个反馈控制装置 FBC2，该反馈控制装置接收同时来自于一个左输出LO2和一个右输 出的一个反馈信号。该反馈控制装置FBC2的输出端分别经由第一相 加装置SUM21和第二相加装置SUM22连接到输出端LO2和RO2。
此图为显示在处理装置中对“正常”左和右音频信号的处理(见 图1：PM1)。
图3显示了一个音频系统AS3的第三实施例，该第三实施例是数 字版本的图2的模拟版本。该音频系统包括第一和第二输入端LI3， RI3和第一和第二输出端LO3，RO3。这些输入端被连接到用于将左 和右输入信号相加并将组合信号提供给第一滤波装置F31的相加设备 SUM1。在第一滤波装置中，输入信号被滤波以仅获得将要增强的低 频分量。第一滤波装置F31的输出端被连接到一个谐波发生器HG3， 该谐波发生器用于产生所接收的低通滤波后的输入信号的谐波。滤波 装置F31的输出端还被连接到谐波发生器HG3以提供前馈控制信号 FFC3。谐波发生器的输出端连接到反馈控制装置FBC3。谐波发生器 的输出端被连接到混音装置MIX3，在此例中由两个相加装置SUM2 和SUM3来表示。在该混音装置中，反馈控制装置FBC3的输出信号 分别与“正常的”左输入信号和与“正常的”右输入信号相合并。这 些输出端提供分别经由音量控制装置VC31，VC32提供到左输出端 LO3和右输出端RO3的相应输出信号。
这些控制信号还被作为反馈信号提供给反馈控制装置FBC3。
谐波发生器可以用所谓的OPAMP(运算放大器)，电阻和电容 来实现。
应注意到，在音频信号的“正常”信号通道中，可以包括一个高 通滤波器以改善音频系统的性能。例如，这些滤波器可以用于保护小 扬声器。它有助于防止扬声器在它的谐振频率之下的过驱动。对于较 大的扬声器，较少出现这种过驱动问题，这些滤波器可以去掉以改善 在输入信号的低频音色。
混音装置MIX3可以用于调节将要被加到“正常”音频信号中的 低频信号量。
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已知一种音频系统,它用于由例如预先录制的CD来再现音频信号或再现所接收的收音机信号。为了改善尤其是在低频范围中的信号,知道所谓的超低频带。本发明提出通过引入前馈控制以克服在提供具有将过驱动扬声器的音量的低频范围内信号中存在的问题来进一步改善这些信号。 。
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