201214954 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於音訊驅動器，且具體言之，係關 於a訊驅動器之圍繞失真點定中心之位移模型的設計及使 用。 本申請案主張2010年7月15曰申請之申請案號為 61/364,594號之美國臨時專利申請案的優先權，該臨時專 利申請案藉此以引用方式併入本文中以達成所有目的，且 本申請案與以下各申請案有關：2010年2月24日申請之美 國專利申請案12/712，108 ; 2010年7月1曰申請之美國臨時 專利申請案61/360,720 ;及2010年7月15曰申請之美國臨時 專利申請案61/364,706。 【先前技術】 擴音器在特定條件下易發生多種形式之失真。擴音器失 真可使收聽者很惱火。舉例而言，「異音」失真發生在擴 音器紙盆撞擊擴音器之一部分時。此情形發生在擴音器紙 盆之向内位移過大時。在諸如行動電話之應用中，此失真 不僅可導致不良品質之再現，而且可能極其不好以致話語 為難理解的。隨著現今消費型電子器件中趨向使用更小且 更廉價之擴音器’問題只能是愈加惡化。 目前，在工廠中充其量只是量測擴音器之失真，且簡單 地將不滿足規格之擴音器丟棄。 【發明内容】 揭不一種用於針對一擴音器跨越一頻率範圍建構一位移 I5743l.doc -4 - 201214954 模型之系統及裝置。該所得位移模型圍繞一失真點定中 心 〇 在審閱完以下圖式及詳細描述後，熟習此項技術者將能 顯見或變得能顯見本發明之其他系統、方法、特徵及優 點。所有此等額外系統、方法、特徵及優點意欲包括於此 描述内，處於本發明之範疇内，且受所附申請專利範圍保 護。 【實施方式】 可參看以下圖式更好地理解本發明之態樣。圖式中之組 件未必按比例繪製，而是著重於清楚地說明本發明之原 理。此外’在圖式中’相同參考數字貫穿若干視圖指定對 應零件。 在接下來之描述中，貫穿本說明書及圖式用相同參考數 字來標記相同零件。諸圖式圖可能未按比例繪製，且出於 清晰及簡明起見，特定組件可能以廣義或示意性形式來展 示且藉由商業名稱來識別。 位移模型可用以預測失真之開始且使得補償模組能夠在 失真發生之前校正潛在之失真。雖然在過去曾使用過位移 模型’但該等位移模型係使用擴音器規格來建構，該等擴 音器規格提供意欲用於擴音器之操作的線性區中的實體參 數。使用此等規格建置之模型可能顯著偏離實際位移(如 =點附近所見)，從而導致允許失真發生或過早地補 禎失異，此情形可限制音訊系統所准許之響度的量。 使用擴音器規格之卜缺點在於：所建構;=未考慮 157431.doc 201214954 到擴音器之間的變化。開發用於擴音器之位移模型的另一 種方法為實體地量測擴音器之位移。然而，實體地量測擴 音器位移通常所需之儀器極其昂貴，且此方法在需求極高 (亦即，對於廉價之擴音器）的情形中將為不切實際的。 首先描述用於建構圍繞失真點定中心之位移模型的系統 及方法之實施例。隨後，揭示包含具有不同例示性補償選 項之失真模型的音訊驅動器之實施例。 用於針對擴音器跨越一頻率範圍建構位移模型之裝置可 包括一耦接至該擴音器之音訊驅動器、一耦接至該音訊驅 動器之信號產生器、一麥克風及一分析模組。該分析模組 逐步通過一易損頻率範圍《在每一頻率步階處，該分析模 組選擇一振幅且使用一信號產生器來產生一已知信號。轉 換該信號以由擴音器發聲且由麥克風接收。增加該振幅， 直至偵測到失真為止。當偵測到失真時，該分析模組記錄 相位及振幅》可在偵測到失真之前，以一振幅來判定相 位。在掃描完頻率範圍之後，將每一相位及量值轉換成一 複合樣本。藉由將該等複合樣本擬合至一無限脈衝回應 (IIR)濾波器來建構一反傳送函數。接著使此傳送函數反 向’從而產生該失真點附近之位移的IIR濾波器模型。 在實施例中，藉由預測待由麥克風接收之信號且將所 預期信號與所純之實際錢進行比較來判定失真。若該 等信號偏離，則偵測到失真。在一實施例中，錢一線性 預測性濾波器來產生該預期信號。可針對在未預期失真之 低振幅下由信號產生器產生之信號來訓練此線性預測性滤 157431.doc 201214954 波器。 一旦建構了失真模型，便可藉由將該模型及一失真補償 單元與一習知音訊驅動器合併來將該失真模型併入至音吨 驅動器中以防止失真。若干拓撲為可能的。在一實：例 中，該失真模型接收該失真補償單元之輸出且將一指示失 真之存在或不存在的信號回饋至該失真補償單元。在另— 實施例中，該失真模型接收該失真補償單元之輸入且將— 指示失真之存在或不存在的信號前饋至該失真補償單元。 另外，在位移相關失真之狀況下，該模型亦可供應所預測 之擴音器位移。 在涉及位移相關失真之另—實施例中，可使用—位移模 型來將音訊信號轉換成—位移信號。該失真補償單元對該 位移信號而非該音訊信號操作。接著藉由至位移模型之反 向濾波器將經補償之位移轉換回至音訊信號。 在另一實施例中，該音訊驅動器可進一步包含一耦接至 -麥克風以债測實際失真的失真债測單元。當發生並非預 測之實際失真時，可藉由改變臨限值或藉由使用信號產生 器及分析独諸校準及建韻模型來修正該模型。 在另-實施例中，藉由使用與擴音器串聯之電阻器來偵 測失真。可分析跨越該電阻器量測之電壓㈣則貞測失 真。 可使用如本文中所揭示的廣泛多種合適的失真補償單 凡在f化例中’ 6亥失真補償單元包含一動態範圍壓縮 器。在另-實施例中’ t亥失真補償單元包含一具有自動增 157431.doc 201214954 益控制之增益元件。在又一實施例中，該失真補償單元包 含一預看峰值縮減器。在再一實施例中，該失真補償單元 包含一可操作以添加一 DC偏差或一低頻信號的添加器。 在又一實施例中，該失真補償單元包含一 pIE)控制器。在 又一實施例中，該失真補償單元包含一具有自動增益控制 之增益元件及一可操作以添加一 DC偏差或一低頻信號的 添加器。在又一實施例中，該失真補償單元進一步包含一 可操作以控制該添加器及該增益元件的PID控制器。在又 一實施例中’該失真補償單元進一步包含一動態範圍壓縮 在一實施例中’亦可在失真補償單元中使用相位修改。 在另一實施例中’該相位修改電路僅修改最壞之干擾軌跡 的相位。 在再一實施例中’該失真補償單元包含一快速傅立葉變 換（FFT)、一分析模組、一衰減組及一反向FFT。該fft將 音訊信號轉換成頻率分量。該分析模組判定最壞之干擾頻 率分量且使用該衰減組來抑制最壞之干擾者。 在再一實施例中’該失真補償單元包含一濾波器組、一 均方根（RMS)估計器組、—分析模組、—衰減組，及一合 成組。該濾波器組將輸入信號分離成頻帶，該尺厘§估計器 估計該等㈣巾之每―者巾的能量，且該分龍組判定最 壞之干擾㈣。該分射纽接著藉由用衰減組使彼等頻帶 衰減來抑制最壞之干擾者。 在再一實施例中，該失真補償單元進一步包含一fft或 I57431.doc -8- 201214954 遽波器組、一分折描：έΒ、 >£, A ,. 。。Λ析模組、一包含一或多個等化器軍元之動 態等化器。該1皮器組或FFT提取個別頻率分量，且該八 析模組判定最壞之干擾者並將每一等化器單元之中心= 、 設定至最壞之干擾頻率。 : 在再-實施例t，每一等化器單元之中心頻率及(視情 況地)衰減係由PID控制器來設定。在此實施例及其他先前 所提及之實施例中，該失真補償單元亦可包含將虛擬低音 引入至受抑制之頻率的虛擬低音單元。 在另一實施例中，每一等化器裝備有一虛擬低音單元。 該虛擬低音單元包含一與該等化器中之帶阻滤波器互補的 帶通濾波器。使該等受抑制之頻率分量加倍、成三倍或甚 至成四倍以提供虛擬低音效應以暫時代替受抑制之頻率。 在先前所描述之實施例中的許多實施例中，可使用一多 工器來在未偵測到失真時繞過諒失真補償單元之作用部 分，藉此節約資源。 在另一實施例中，亦可使用上文所描述之動態範圍壓縮 技術來增加音訊信號中之響度之感知，甚至當該音訊信號 不在失真點附近時亦如此。 .圖1展示用於建構定中心於失真點處之位移模型的系統 的實施例。系統100包含音訊驅動器i i0(其包含放大器 112、擴音器驅動器4)、擴音器116、信號產生器104、 麥克風106及分析模組108。擴音器116為建構位移模型所 針對之擴音器。信號產生器104在分析模組1〇8之控制下產 生具有預定形狀及頻率之波形’分析模組108將由信號產 157431.doc 201214954 生器104產生之信號與在麥克風106處所接收之信號進行比 較。音訊驅動器110為音訊驅動器之類比部分的典型。音 訊驅動器之設計的合適變化（包括組合放大器112與擴音器 驅動器114 ’以及包括諸如防爆音電路之額外電路）意欲由 本發明涵蓋》 圖2展示用於建構定中心於失真點處之位移模型的系統 的另一實施例。系統200包含數位音訊驅動器2丨〇，除了數 位音訊驅動器210進一步包含數位至類比轉換器（dac)2〇2 之外’數位音訊驅動器210類似於音訊驅動器ιι〇β系統 200包含擴音器116、數位信號產生器202、麥克風ι〇6及分 析模組108。除了以數位方式產生信號之外，數位信號產 生器202以與信號產生器1〇4類似方式起作用。 圖3為說明分析模組108之操作的流程圖。該操作包含兩 個主要分量：藉由框3 10展示之量測或校準級，及藉由框 330展示之分析或模型建置級，量測級反覆遍歷易受失真 損壞之頻率集合，且對於彼等頻率中之每一者，增加信號 之量值直至體驗到失真為止。具體言之，在步驟312處， 選擇一頻率，且在步驟314處，選擇一振幅。在步驟316 $，分析模組1〇8使信號產生器1〇4(或2〇2)用選定振幅及選 疋頻率產生正弦波。該振幅與由音訊驅動器供應至擴音器 :電廢成比例。在步驟318處，記錄在麥克風處所接收之 L號與所產生信號之間的相位差。在步驟32〇處，分析模 組刚判定是否存在失真。若存在失真，則在步驟322處記 錄發生失真所在之振幅。若不存在失真，則在步驟…處 157431.doc •10· 201214954 選擇另-振幅。若在步驟320處债測到失真，則除非在步 驟似處判定已選擇所有相關頻率，否則分析模組⑽返回 至步驟302 ^通常，在步驟312處的頻率之選擇令，首先選 2-起始頻率，且在後續反錢，使彼頻率遞增。舉例而 吕，行動電話擴音器令之起始頻率可為2〇〇112，且在每一 反覆之後使此頻率遞增達1〇 Hz » 同樣，在步驟314處的振幅之選擇亦可為一反覆程序， 其中選擇選定頻率之起始振幅且使該振幅遞增或以其他方 式修改達—預定量’直至找到失真為止。另外，在步驟 320處，可對照一極限值來檢查所使用振幅。若達到一極 限值，則不記錄彼頻率之任何量測結果，且該程序前進至 步驟324。藉由對該振幅置以一極限值，確保了反覆之終 止。此外’極限值可防止過量電壓損壞擴音器。 一旦進行量測，便建構一位移模型。位移之絕對標度對 於達成預測失真之目的而言並不4要，此係因為僅相對於 失真點之位移才重要。舉例而言，若失真發生在2 mm之位 移處，則知道擴音器之當前位移為丨mm並不重要，而僅其 為至失真點之中途才重要。因此，在不損失一般性之情況 下，位移模型使用發生失真所在之位移為每單位1 .〇的標 度。基於在藉由框3 10指定的流程圖之部分中進行的量測 、’·。果可判疋引起位移之電壓（亦即，信號振幅），在該位 移處，對於跨越易損性範圍之頻率而言失真為已知的。易 損性範圍可基於應用而變化。舉例而言，對於行動電話中 之異θ失真’易損性範圍為2〇〇 Hz至600 Hz。在200 Hz以 157431.doc 201214954 下行動電話音讯驅動器並不產生任何聲音，且在goo Hz 以上 a °孔驅動器不能夠產生具有足夠功率以誘發異音失 真的信號。 可自所搜集之量測結果近似自位移至電壓之傳送函數。 在步驟332處，對於每一頻率，導出發生每單位1〇之位移 所在的複合電壓。量值為由信號產生器產生之電壓的振 幅，但相對於位移之相位的電壓之相位係自步驟318處的 該電壓與在麥克風處所接收之信號之間的相位差的量測結 果導出。已知，在麥克風處記錄之聲壓與位移之二階導數 成比例。因此，在麥克風處記錄之相位等於位移之相位移 位達1 80度。此關係僅在麥克風緊接於擴音器之情況下才 成立。若麥克風離擴音器較遠，則引入每一頻率之一額外 相位因子，該相位因子可經校正。此相位因子為麥克風距 擴音器之距離及信號之波長的函數，且可自擴音器與麥克 風之間的已知距離量測結果導出，或可自在失真發生之前 在步驟3 18處取得的相位樣本來判定。在位移之相位及量 值已知的情況下，可在步驟334處（諸如）藉由最小二乘擬合 來近似自位移至電壓之傳送函數。 作為一實例，可使用一^無限脈衝回應濾波器，其具有 可大體上表達為之傳送函數。可基於在步驟332 中導出之複合電壓而判定G(z)之最佳擬合係數。在步驟 336處，將G(z)反向以產生自電壓至位移之傳送函數。大 體上，可使用任何合適之璩波器。詳言之，可使用較高階 HR以達成較高準確性。 157431.doc •12· 201214954 忒模型可簡單地為傳送函數或者可如步驟338處所指示 藉由nR濾波器來實施。圖4說明具有傳送函數H(=)-d + /z~i 1 +辟一 之典型一階數位IIR的實施方案。該IIR包含分別應用係數 、/及-g之增益元件402、404及406、延遲線412及414，以 及k號求和器422及424，諸如一階IIR之一般實施方案 中可使用額外增益元件及延遲線來實施較高階iiR。 可使用不同方法來偵測是否發生失真，此情形取決於所 發生之失真的類型。舉例而言，異音失真發生在擴音器之 紙盆（諸如）因碰撞擴音器之底部而受阻時。因此，對正弦 波之回應看似被截斷。圖5展示輸入信號及對應異音失真 之例示性波形。波502為呈正弦波之輸入信號。波5〇4為無 失真發生之情況下的所得聲波。波5〇4歸因於音訊系統之 總體傳送函數而可能具有不同於波5〇2之振幅及相位，但 波形為正弦波。波506展示展現出異音失真之波形。當紙 盆之移動受阻時，結果為相料正弦波之極其顯著的偏 離。因此，將在麥克風處所谓測到之波形與所預期波形進 行比較可產生一可用以偵測失真的誤差量測結果。若誤差 超過預定臨限值，則分析模組1〇8判定已發生失真。 更詳言之，藉由基㈣產生信號及由麥克風接收之作號 而匹配振幅與相位來合成-輸出信號。或者，可使用低階 線性預測性滤'波器’其係針對來自麥克風之已經記錄之樣 =進行訓練。該線性預測性遽波器可接著合成所預期輸出 信號。當誤差超過預定臨限值時，則可推斷存在失真。實 務上’已發現’當誤差超過25犯時’則存在失真存在之 157431.doc •13· 201214954 rfj確定性。 請注意’圖4中所展示之位移模型為無限脈衝回應（nR) 之數位實施方案。亦可使用一類比模型。此外，在本發明 之剩餘部分中所呈現的實例使用數位信號處理，但亦可使 用類比實施例或者使用類比實施例。 圖ό展示使用諸如上文所描述之位移模型之位移模型的 音訊驅動器的實施例。除如藉由框21〇指示的標準音訊驅 動器之組件之外，音訊驅動器6〇〇亦進一步包含位移模型 602及失真補償模組604。在此實施例中，將位移模型6〇2 及失真補償模組604置於回饋組態。該模型在由dAC 2〇2 接收數位音訊信號之前分接該數位音訊信號。位移模型 602基於信號值而產生失真相關資料且將失真相關資料傳 輸至失真補償模組604。該資訊至少包含擴音器位移，但 亦可包含發生失真所在之臨限位準。在一些實施例中，失 真補償模組可獲得發生失真所在之每一頻率的量值。舉例 而s ’此量值可為針對易損範圍中之每一頻率在圖3之步 驟320處所判定的值。 回饋組態之一缺點在於：一旦模型偵測到可引起失真之 位移，該失真便已經發生《為此，失真補償模組6〇4將必 須更具預測性。舉例而言，若電壓之量值開始增加至接近
臨限值之點’則失真補償模組604將接著在達到該臨限值 之前開始應用失真反制措施P 圖7展示使用位移模型之音訊驅動器的替代實施例。除 如藉由框210指示的標準音訊驅動器之組件之外，音訊驅 157431.doc -14· 201214954 動器700亦進一步包含位移模型6〇2及失真補償模組了⑽。 在此實施例中，將位移模型6〇2及失真補償模組7〇2置於前 饋組態。該模型在將數位音訊信號傳遞至失真補償模組 702之刖分接該數位音訊信號。此情形偏離音訊驅動器 600，在音訊驅動器6〇〇中，該模型在將數位音訊信號傳遞 通過失真補償模組6〇4之後分接該數位音訊信號。位移模 型602基於信號值而產生失真相關資料且將失真相關資料 傳輸至失真補償模組702。該資訊可包括擴音器位移、發 生失真所在之臨限位準，或其他合適資料。在一些實施例 中，失真補償模組可獲得發生失真所在之每一頻率的量 值。 前饋組態之一優點在於：在將信號提供至Dac 202之 刖，由模型預測出失真。失真補償模組7〇2不需要預測未 來失真。然而，一些補償技術可使用啟動及釋放時間來更 平滑地實施失真補償且使聲訊假影最小化。前饋組態之缺 點在於：在失真補償模組7〇2處理信號的同時使信號延 遲《然而，通常，此延遲為收聽者不可感知到之極短延 遲。 圖8展示使用位移模型之音訊驅動器的另一替代實施 例。除如藉由框210指示的標準音訊驅動器之組件之外， 音訊驅動器800亦進一步包含位移模型6〇2、失真補償模組 802及模型反向8〇4。此方法之優點在於：失真補償模組 802直接更改位移而非更改音訊信號。為了實施此音訊驅 動器’使用對位移模型602之反向。 157431.doc -15- 201214954 如上文所描述，可藉由HR濾波器來模型化該位移模 型。藉由一定義明確之傳送函數，可容易地計算一反傳送 函數。然而’反傳送函數可提出若干實際挑戰。首先，反 向模型可能不再為因果性的（亦即，需要未來輸入值為 了克服第一個障礙’除非具有知道未來值之能力，否則可 使用少許樣本之預看。另一問題為反傳送函數之穩定性， 此係因為不正確之函數可導致不穩定性。最佳反向濾波器 可提供跨越一頻率範園的對反向濾波器之準確近似且維持 穩定性。此等最佳反向濾波器之準確性亦可取決於所使用 之模型。依據前饋組態或模型反向組態來展示額外實施 例。 圖9展示使用位移模型之音訊驅動器的另一實施例。如 同音訊驅動器700，音訊驅動器9〇〇使用呈前饋組態之位移 模型602及失真補償模組702 »另外，音訊驅動器9〇〇包含 麥克風106及失真横測模組902。此組態尤其可用於原生麥 克風可用之電子器件中，諸如蜂巢式電話中。位移模型 602及失真補償模組7〇2如上文所描述般起作用。另外，失 真偵測模組902監視在麥克風處所接收之信號以判定是否 存在失真。 異音失真或其他類型之失真可發生在低於最初由位移模 型602預測之電壓的電壓下。舉例而言，隨著擴音器老 化，各種組件之組件磨損以及彈性及硬度改變。當失真偵 測模組902偵測到失真時，相應地調整位移模型6〇2。作為 一實例，可降低異音失真開始所在之位移臨限值。舉例而 157431.doc • 16 - 201214954 言，藉由首先計算位移模型602之方式，1〇之位移值為發 生異音失真所在之點。然而，若現在於出現〇95之位移值 時偵測到失真，則位移模型6〇2可將臨限值設定至低於 0.95之值。 ”圖3中之量測級不同，失真偵測模組9〇2尋找啟用信號 之失真而非校準信號（諸如，純正弦波）之失真。多數類型 之失真（諸如，異音失真）展現出可易於偵測到之特性頻譜 型樣。 圖10展示異音失真之例示性頻譜。波形1〇〇2展示包括脈 衝波列之異音失真的時域信號特性。波形丨〇〇4展示異音失 真之諧波富集頻譜特性；其再次類似脈衝波列。波形1〇〇6 展不存在有異音失真之例示性頻譜。雖然輸出信號可掩蓋 異音失真之較低階諧波，但較高階諧波仍存在❶甚至當自 然信號伴隨有諧波時，其亦傾向於快速地消亡，而與具有 更持久之較高階諧波之異音失真不同。因此，一些基本頻 譜分析可偵測到異音失真之存在。作為一實例，可使信號 數位化，可在一短窗内採用FFT，且失真偵測模組9〇2可尋 找高諧波之型樣。 圖11展示使用位移模型之音訊驅動器的再一實施例。除 了麥克風不可用之外，音訊驅動器11〇〇類似於音訊驅動器 900。對於可能不具有可用内建式麥克風之電子器件（諸 如，頭戴式耳機或MP3播放器），擴音器可充當粗略麥克 風，其中驅動擴音器之電流可反映失真之存在。為了量測 電流，音訊驅動器11〇〇包括與擴音器116串聯之電阻器 157431.doc 201214954 1102。電阻器1102上之電壓與流動至擴音器116之電流成 比例。差動放大器1104將電壓差轉換成絕對電壓，且類比 至數位轉換器（ADC)ll 06使該電壓數位化。可接著由失真 债測模組1108來分析經數位化之電壓《失真偵測模組丨1〇8 可尋找與失真偵測模組902相同種類之頻譜特性。精確邏 輯可變化，此係因為由麥克風106量測之信號與流動至擴 音器116之電流具有不同特性。然而，在兩種狀況下，異 音失真在頻譜中極其突出。 若藉由失真偵測模組1108偵測失真而不管位移模型6〇2 之預測，則可以與上文針對音訊驅動器900所論述之方式 類似的方式相應地調整位移模型6〇2。 圖12展示使用位移模型之音訊驅動器的又一實施例。音 訊驅動器1200與音訊驅動器9〇〇類似在於：其使用麥克風 106來偵測失真。音訊驅動器12〇〇亦包含失真偵測模組 1202，失真偵測模組12〇2可使用與如上文所描述的失真偵 測模組902所使用之技術類似的技術。若偵測到位移模型 602未預測到的失真，則失真偵測模組12〇2可如上文所描 述般修正失真模型602以考慮新失真點，失真偵測模組 1202可觸發位移模型6〇2之重新建置，或其可執行其他合 適功能。 可使用若干準則來判定是否應重新建置位移模型6〇2。 在諸如蜂巢式電話之一些電子器件中，時間受控制。可能 希望在固定時間週期之後重新建置模型，諸如，每六個 月。或者，電子器件可選擇在發生失真所在之實際位移偏 157431.doc •18· 201214954 離位移模型所預測之位移超過了特定臨限值時重新建置位 移模型。舉例而言，每單位1〇之位移最初可指示異音失 真之開始，但在擴音器老化之後，異音失真可能在每單位 0.8之位移處觀測到。 右指不模型重新建置，則音訊驅動器1200返回至校準功 月b在校準功能中，分析模組108使用信號產生器丨〇4產生 一序列正弦波且將其與由麥克風1〇6接收之信號進行比 較。使用上文（諸如）在圖3中所描述之方法建置新的位移模 型。當建置新的位移模型時，其替換位移模型6〇2且電子 器件/音訊驅動器返回至正常功能。 在另一實施例中，麥克風1〇6為可能為未經校準之較低 品質麥克風的内建式麥克風。最初，使用高品質之經校準 麥克風來建置位移模型602。因為擴音器之老化程序不大 可旎同等地影響所有頻率，所以模型重新建置操作藉由在 位移模型不再很好地適合的頻率處重新建構該模型來改進 當前模型，同時保留模型仍準確的位移模型之部分。此混 合方法可在使用内建式麥克風的同時考慮擴音器老化。 至此，已揭示位移模型建置之實施例。亦已描述使用位 移模型之各種組態。如下文所描述，亦可使用廣泛多種合 適之補償技術。 上文所描述之音訊驅動器可實施為單獨驅動器或整合至 諸如蜂巢式電話之電子器件中。其亦可以軟體來實施為個 人電腦中之音訊系統的部分。 圖13為說明音訊驅動器之數位前端的實施例的圖。在此 157431.doc •19· 201214954 貫施方案巾數位前端包含記憶體1314、處理器及音 訊介面測，其中此等器件中之每—者跨越—或多個資料 匯流排1310而連接。儘管說明性實施例展示使用單獨處理
器及δ己憶體的實施方牵，Mr *k Jxl Si I 系彳-具他實施例包括純粹以軟體進 行的作為應用程式之部公n 、心。丨刀的實施方案及以硬體使用信號處 理組件進行的實施方案。 音訊介面1306接收音訊輸入資料13〇2 ,音訊輸入資料 1302可由諸如音樂或視訊播放應用程式之應用程式或蜂巢 式電話接收器提供，且音訊介面13〇6將經處理之數位音訊 輸出13 04提供至音訊驅動器之後端，諸如圖2中之後端音 訊驅動器21G。處理器1312可包括中央處理單元（cpu)、與 音訊系統相關聯之輔助處理器、基於半導體之微處理器 (呈微晶片之形式）、巨集處理器、一或多個特殊應用積體 電路（ASIC)、離散半導體器件、數位信號處理器（DSp)或 用於執行指令之其他硬體。 記憶體13 14可包括揮發性記憶體元件（例如，隨機存取 記憶體（RAM) ’諸如DRAM& SRAM)與非揮發性記憶體元 件（例如，快閃記憶體、唯讀記憶體（R〇M)或非揮發性 RAM)之組合中的任一者。記憶體1314儲存一或多個單獨 程式，該一或多個單獨程式中之每一者包括用於實施待由 處理器1312執行之邏輯功能的可執行指令之有序列表。該 等可執行指令包括用於音訊處理模組1316之指令，音訊處 理模組1316包括可為先前所描述之彼等器件中之任一者的 位移模型602、失真補償模組1318，且視情況而包括分析 157431.doc -20· 201214954 模組108及模型反向804。音訊處理模組1316亦可包含用於 執打音訊處理操作（諸如，等化及濾波）之指令。在替代實 施例中’用於執行此等程序之邏輯可以硬體或軟體與硬體 之組合來實施。 蜂巢式電話尤其易發生峰值誘發之失真。由於通常使用 低成本揚聲器來縮減單位成本，故此等揚聲器比較昂貴之 揚聲器更易受異音失真損壞。 圖14為裝備有失真補償之蜂巢式電話的實施例。蜂巢式 電話14〇〇包含處理器1402、顯示I/0 M〇4、輸入1/〇 1412、音訊輸出驅動器1416、音訊輸入驅動器1422、^^介 面1426及記憶體，其中此等器件中之每一者跨越一或多個 資料匯流排1410而連接。 蜂巢式電話1400進一步包含藉由顯示1/〇 14〇4驅動之顯 不器1406。顯示器1406常常由液晶顯示器（LCD)或發光二 極體（LED)製成。蜂巢式電話14〇〇進一步包含經由輸入1/(=) 1412向蜂巢式電話之其餘部分傳達的輸入器件1414。輸入 器件1414可為諸多輸入器件中之一者，包括小鍵盤、鍵 盤、觸控墊或其組合。蜂巢式電話14〇〇進一步包含藉由音 訊輸出驅動器1416驅動之擴音器116、藉由音訊輸入驅動 器1422驅動之麥克風1424，及經由rF介面1426發送及接收 RF#號之天線1428。此外，音訊輸出驅動器^々“可包含可 為先則所描述之彼專器件中之任一者的位移模型6〇2、失 真補償模組1318 ,且視情況而包含分析模組1〇8及模型反 向 804。 157431.doc •21- 201214954 。。處理器刚可包括CPU、與音訊系統相關聯之辅助處理 :、基於半導體之微處理器(呈微晶片之形式)、巨集處理 益、一或多個ASIC、離散邏輯閘、Dsp或用於執行指令之 其他硬體。 。己隐體143G可包括-或多個揮發性記憶體元件及非揮發 性記憶體元件。記憶體143〇儲存一或多個單獨程式，該一 或多個單獨程式中之每一者包括用於實施待由處理器刚 執行之邏輯功能的可執行指令之有序列表1等可執行指 令包括控制及管理蜂巢式電話之許多功能的㈣1432。勒 體1432包含呼叫處理模組144〇、信號處理模組1442、顯示 驅動器1444、輸入驅動器1446、音訊處理模組1448及使用 介面1450。呼叫處理模組】44〇含有在呼叫期間管理及控 制啤叫起始、啤叫終止及内務處理操作之指令以及其他呼 叫相關特徵（諸如，呼叫者1(1及呼叫等待）。信號處理模組 1442含有在執行時管理蜂巢式電話與遠端基地台之間的通 信的指令’該管理包括（但不限於）判定信號強度、調整傳 輸強度及所傳輸資料之編⑮。顯*驅動器1444介接於使用 者介面1450與顯示1/0 14〇4之間，以使得可在顯示器14〇6 上展示適當訊息、文字及通報器。輸入驅動器1446介接於 使用者介面1450與輸入1/〇 1412之間，以使得來自輸入器 牛414之使用者輸入可藉由使用者介面1450來解譯且可進 行適當動作。使用者介面145〇控制終端使用者經由顯示器 1406與輸入器件1414之間的互動及蜂巢式電話之操作。舉 例而言，當經由輸入器件1414撥出電話號碼時使用者介 157431.doc •22· 201214954 面1450可使「正在呼叫中」顯示於顯示器剛上。音讯處 理模組⑽管理自麥克風1424所接收且傳輸至擴音器ιΐ6 之音訊資料。音訊處理模組1448可包括諸如音量控制及靜 音功能之特徵。在替代實施例中，用於執行此等程序之邏 輯可以硬體或軟體與硬體之組合來實施。另外，蜂巢式電 話之其他實施例可包含額外特冑，諸如藍芽介面及傳輸 器、相機及大容量儲存器。 在硬體音訊驅動器不可修改之實施射，彳將峰值縮減 以軟體使用個人電腦（PC)來實施，該個人電腦（pc)介接至 音效卡或實施為智慧型電話的用於播放聲音之「應用程 式」。圖15說明裝備有抗失真音訊增強之pc的實施例。大 體而言，PC 1500可包含廣泛多種計算器件中之任一者， 諸如桌上型電腦、攜帶型電腦、專用伺服器電腦、多處理 器計算器件、蜂巢式電話、PDA、手持型或筆控型電腦、 嵌入式器具等等。不管PC 1500之特定配置，pc。⑽可 (例如）包含記憶體1520、處理器15〇2、若干輸入/輸出介面 1504,及大容量儲存器153〇、用於經由輸出13〇4向硬體音 訊驅動器傳達的音訊介面1512,其中此等器件中之每一者 跨越一或多個資料匯流排15 1〇而連接。視情況，PC 15〇〇 亦可包含網路介面器件15〇6及顯示器15〇8，網路介面器件 1506及顯示器1508亦跨越一或多個資料匯流排丨5丨〇而連 接。 處理器件1502可包括CPU、與音訊系統相關聯之輔助處 理器、基於半導體之微處理器（呈微晶片之形式）、巨集處 157431.doc -23- 201214954 理器、一或多個ASIC、離散邏輯閘、DSP或用於執行指令 之其他硬體。 輸入/輸出介面15〇4提供用於資料之輸入及輸出的介 面。舉例而言，此等組件可與使用者輸入器件（未圖示）介 接，使用者輸入器件可為鍵盤或滑鼠。在其他實例中，尤 其在手持型器件（例如，PDA、行動電話）中，此等組件可 與功能按鍵或按鈕、觸敏螢幕、觸控筆等介接。舉例而 言，顯示器1508可包含電腦監視器或pc之電漿螢幕或手持 型器件上之液晶顯示器（LCD)。 網路介面器件1506包含用以經由網路環境傳輸及/或接 收資料的各種組件。舉例而言，此等組件可包括可與輸入 端及輸出端兩者通信之器件，例如調變器/解調變器（例 如，數據機）、無線（例如，射頻（RF))收發器、電話介面、 橋接器、路由器、網路卡等等。 -記憶體152G可包括揮發性記憶體元件與非揮發性記憶體 疋件之組合中的任-者。大容量健存器153〇亦可包括非揮 發性記憶體元件（例如’快閃記憶體、硬碟機、磁帶、可 重寫緊密光碟（CD-RW)等等）。記，隐體⑽包含可包括一或 多個單獨程式的軟體’該一或多個單獨程式中之每—者包 括用於實施邏輯功能之可執行指令的有序列表。常常二 執行程式碼可自非揮發性記憶體元件載人，包括 ⑽及大容量儲存器1530之組件。具體言之，軟體;包括 原生作業系統！522、-或多個原生應用程式、仿真系统， 或用於多種作業系統中之任一者的仿真應用程式/及/或 157431.doc •24· 201214954 仿真硬體平台、仿真作業系統等等。此等應用程式可進一 步包括：音訊應用程式1524，其可為獨立應用程式或外掛 程式；及音訊驅動器1526,其由應用程式使用以與硬體音 訊驅動器通信。音訊驅動器1526可進一步包含信號處理軟 體1528,信號處理軟體1528包含可為先前所描述之彼等器 件中之任一者的位移模型6〇2、失真補償模組i3i8，且視 情況而包含分析模組108及模型反向8〇4。或者，音訊應用 程式1524包含信號處理軟體1528。然而，請注意，用於執 行此等程序之邏輯亦可以硬體或軟體與硬體之組合來實 施。 大容量儲存器1530可格式化成將儲存媒體劃分成檔案的 諸多檔案系統中之-者。此等檔案可包括音訊檔案1532， 音訊檔案1532可保持可被播放之聲音樣本（諸如，歌曲卜 聲音檔案可以廣泛多種檔案格式來儲存，包括（但不限 於）RIFF、AIFF、WAV、MP3 及 MP4。 圖16展不使用時域動態範圍壓縮之失真補償模組的實施 例。動態範圍壓縮器1612接收輸入信號13〇2且基於輸入信 號1302、如由位移模型預測之位移丨6〇2及臨限值丨6〇6而產 生輸出信號1304❶動態範圍壓縮器1612將一給定輸入/輸 出函數應用於輸入信號1302以產生輸出信號13〇4。基於臨 限值1606而選擇該輸入/輸出函數。 圖1 7展示應用於位移信號的使用時域動態範圍壓縮之失 真補償模組的替代實施例。該失真補償模組意欲用於與音 訊驅動器800類似之實施方案中。動態範圍壓縮器17〇2接 157431.doc -25· 201214954 收位移輸入信號1602且藉由應用一給定輸入/輸出函數而 產生位移輸出信號16〇4。基於臨限值1606而選擇該輸入/ 輸出函數。 圖18說明可應用於輸入信號13〇2或位移輸入信號“”之 四個例示性輸入/輸出函數。曲線圖1810實施截斷函數， 亦即’動態範圍壓縮器1612或17〇2將輸入值映射至輸出 值，直至輸入值具有大於預定值1812之絕對值為止，此後 改為將預定值1812用作輸出。此預定值係基於該臨限值， 但未必與該臨限值相同，例如使用DRC 1612，依據向内位 移來給出該臨限值且依據電壓來給出該輸入信號。 截斷產生與正要避免之異音失真類似之頻譜假影。曲線 圖1820展示產生相同種類之截斷函數但具有自線性區至截 止區之平滑過渡的輸入/輸出函數。請注意，異音失真發 生在擴音器紙盆之向内位移撞擊擴音器之底座時，因此不 需要在兩個極性中壓縮動態範圍。曲線圖183〇展示具有單 側平滑截斷函數的輸入/輸出函數。請注意，負電壓轉變 為向内位移。儘管異音失真發生在向内位移上，但在失真 發生之前，向外位移亦存在一極限值。因此，可對向外位 移置以一第二極限值，如藉由曲線圖184〇中之預定極限值 1842展示。儘管曲線圖184〇展示在正電壓方向及負電壓方 向上應用平滑截斷的輸入/輸出函數’但其未必為對稱 的。 圖19展示使用自動增益控制之失真補償模組的實施例。 失真補償模組1900包含可變增益放大器19〇2及分析模組 157431.doc -26 - 201214954 刪。分析模組刪接μ隸職聽限值祕以判定 待應用於輸入信號⑽之增益以便產生輸出信號13〇4。當 向内位移值腿超過臨限值祕時，將衰減應用於輸入信 號。藉由適當衰減，避免了失真。急劇衰減可引起非所要 之聲訊假影，因此，衰減可具備啟動時間及釋放時間。且 :啟動時間之衰減逐漸地增加衰減，直至其在由啟動時間 疋義之週期之後達到充分哀減為止。衰減接著減小直至 在由釋放時間定義之週期之後不存在衰減為止。此外，當 向内位移值16〇2接近臨限值祕時，可應用衰減，以使得 在失真發生之前，衰減已經開始。 圖20展示使用自動增益控制之失真補償模組的另一實施 例。失真補償模組2000包含可變增益放大器19〇2及分析模 組2〇02。分析模組2002接收位移輸入信號1602及臨限值 1606且判疋待應用於位移輸入信號1 602之增益以便產生位 移輸出k號1604。當位移輸入信號超過臨限值丨6〇6時，將 衰減應用於位移輸入信號。可使用啟動時間及釋放時間來 減輕非所要之聲訊假影。 藉由失真補償模組19〇0及2000實施之增益概況可為適應 陡系統。洋言之，分析引擎1902及2002可經實施以適應性 地找到最佳解決方案。最佳化問題之目標為適應性地判定 在異曰適用之區内的衰減曲線CC/)。所尋求到的衰減曲線 應使響度之損失最小化，ΔΖ由方程式(1)給出。 157431.doc (1) -27- 201214954 ^ = ^(/y(/Xi-c(/)} (2) 在方程式（1)中，位移模型之頻率回應由开x⑺給出。響 二加權曲線彻表不人耳之靈敏度，輸人電壓信號（厂⑺）為 ”器之信號’且常數尺之值取決於擴音器之面積、 空氣密度及收聽者之距離。耗成本函數可依據△尤來定 義仁適應性系統具有戶斤強加之約纟：位移之改變不可 能使位移X超過預定臨限值。 圖21說明具有預看峰值縮減器之失真補償模組的實施 例該失真補償模組包含預看緩衝器21 〇2及分析引擎 21〇4。預看緩衝器儲存來自輸入13〇2之若干樣本。^+^固 樣本健存於預看緩衝器中。分析引擎⑽接收一或多個臨 限值1606。分析引擎21〇4確保發送至輸出13〇4之輸出值不 超過臨限值》 圖22說明具有預看峰值縮減器之失真補償模組的另一實 施例。該失真補償模組包含預看緩衝器22〇2及分析引擎 2204。預看緩衝器儲存來自位移輸入16〇2之若干樣本。 F+1個樣本儲存於預看緩衝器中。分析引擎2204接收一或 多個臨限值1606。分析引擎2204確保發送至輸出位移16〇4 之輸出值不超過臨限值。 圖23為說明由分析引擎21〇4或22〇4使用以確保輸出值維 - 持處於給定臨限值以下之方法的例示性實施例的流程圖。 在步驟2302處，將藉由f•指示之索引變數初始化至零。在 步驟2304處，用個輸入樣本填充預看緩衝器21〇2或 2202。在步驟2306處，將輸入樣本小+/>]與臨限值/1進行比 15743J.doc -28- 201214954 較。若χ[/+ρ]>τ，則在步驟2308處，將增益包絡函數 /(χ[ζ+Ρ]，Γ)【η】應用於預看緩衝器中之所有樣本，亦即， :φ]、χ〇+1]，…’ 具體言之，在預看緩衝器21〇2 或2202中’每一樣本:φ·勺·]由替換。在 步驟2310處，將对/]發送至輸出。在步驟2312處，自預看 緩衝器中移除樣本χ[ί]，且將樣本添加至預看緩 衝器，以使得預看緩衝器保持χ[ί·+1]、#+2]，.， ;φ·+ΡΠ、x[i+F+J]。在步驟2314處，使索引變數,·遞增。可 接者在步驟23 06處重複該程序。 在步驟2306處，假定臨限值τ為上限。然而，等同地， 該方法亦可應用於下限。在彼狀況下，步驟23〇6將判定是 否χ[ζ+Ρ]<Γ。預看索引户為介於〇與酽之間的預定數字。在 一實施例中，選擇在〇與妒之間的中點處的户。分析引擎 2104或2204預看户個樣本以判定將使信號衰減至何程度（哪 咍點亦不）作為最終結果，存在fT個樣本之延遲，因此 『之選擇應足夠小以使得不可顯著地感知到該延遲。 圖24為說明由分析引擎2 1 〇4或2204之另-實施例使用之 方法的㈣性實施例的流程圖，分析引擎測或贏接收 上限臨限值Α及下限臨限值Γ2。在步驟繼處，將藉由，·指 示之索引變數初始化至零。在步驟繼處，用㈣個輸入 樣本填充預看緩衝器21〇2或22()2。在步驟2楊處將輸入 樣本叩上限臨限值Γι進行比較。若小+ρ]>Γι，則在 步驟24G8處’將增益包絡函數/(小情]，η)[η】應用於預看 緩衝器中之所有樣本’亦即，朴刺 157431.doc -29· 201214954 否則，在步驟2410處 ，…谭下 L j开「I八咖厂队沮i 2 進行比較。若χ[Η·Ρ]<Γ2,則在步驟2412處，將增益包絡函 數/(αφ·+ίΠ，Γ2)【η]應用於預看緩衝器中之所有樣本亦 即，、Χ[ί+1]，…，X[汗阏。在步驟2414處，將文⑴發 送至輸出。在步驟24丨6處，自預看緩衝器中移除樣本 又⑴，且將樣本x[z+FT+l]添加至預看緩衝器，以使得預看 緩衝器現在保持册1]、叩+2] ’，外·情]、小情+7]。 在步驟418處，使索引變數遞增。可接著在步驟纖處重 複該程序。 在π-Γ2之特殊狀況下’可將步驟2G46及则可组合成 將1研尸]1與r,進行比較之單一測試。若丨柄，則可 將適當增益包絡函數應用於預看緩衝器中之所有樣本。 在步驟23〇8、2408及2412處，/指示-參數化之函數 族。對於Μ及Γ之不同值，厂產冼 ’產生為《之函數的不同增益包絡 (，)[卜1 /(㈣_及命琳g。該函數族中之函 數的另一所要特性為.兮 π , β〇 ^ ^ 為.5亥荨函數在0戽户之間及在户與之 曰.，早調的。舉例而言， 一 單調遞減且在•之間單朗7展/之函數在G抑之間 同值之週遞增。圖8展示針對似及Γ之不 曰益l絡函數的兩個實例。 一種建構一函數族之 包絡函數族。基底函數^基底函數建置一增益 綱=〇。亦希望（儘管 ]為._=G、奶=】及 …之間單調遞減：一；:f間單調遞增且 貧例展示於圖26中，其為分段 157431.doc 201214954 線性基底函數。該增益包絡函數族由方程式（3)導出。
因為g^]=o，所以/(Μ Γ)[0]=1 ;因為g[户]=1，所以 /〇i/，r)[p]=|j，且因為g[叼=〇，所以以Μ Γ)[阏=1，從而滿 足a ;包絡函數族之所要特性。此外，若g在〇與ρ之間及 在尸與妒之間為單調的，則/(M，r)在0與户之間及在尸與#之 間為單調的。應強調，儘管基底函數為產生增益包絡函數 族之便利且有效率方式，但其決非唯一的方式且其亦並不 涵蓋所有合適的增益包絡函數族。 圖27A至圖27D展示可用以產生一增益包絡函數族之基 底函數的其他實例。圖27A為在對數標度上檢視之分段線 性基底函數（以dB為單位）。圖27B為用作基底函數之窗函 數的實例。圖27C為使用漢明窗函數作為基底函數的實 例。最後，圖27D為在遞增部分與遞減部分之間不具有任 何對稱性的基底函數的實例。 參數化之增益函數族的另一變體為：使用預看緩衝器中 之一個以上樣本來定義增益函數。更具體言之，應用於預 看緩衝器中之所有樣本的增益為函數 /〇φ·]，χ[Ζ·+1]，…，;φ·+π]，Γ)。此增益包絡函數之一實例由方 程式（2)給出。 /(4W·+4 …，4·+=1 -〔卜会 >W， 其中 157431.doc -31- (4) 201214954
^ -·^|Σχ [i+^]或λ/=y^|x[/+灸]I 在此實例中，增益函數可用以控制信號之功率。 圖28展示應用恆定（DC)偏差之失真補償模組的實施例。 失真補償模組2800包括分析模組2806，分析模組2806基於 位移值1602及臨限值12〇8而計算DC偏差28〇4。藉由添加 器2802將DC偏差2804添加至輸入信號1302以產生輸出信 號1304。或者’失真補償模組28〇〇將Dc偏差添加至位移 輸入1602以產生位移輸出信號1604。大體上，在擴音器中 將避免延長之DC偏差，此係因為其可能具有有害效應。 然而，由於異音失真歸因於過量向内位移而發生，故正 DC偏差之添加可用以將擴音器紙盆向外移位達較小量， 從而抵消向内位移中之一些向内位移。在需要時，可添加 如由分析模組2806判定的足夠DC偏差。常常，由於潛在 之擴音器損壞，許多音訊驅動器裝備有濾波器以抑制任何 DC分量。因此，可使用極低頻率信號來代替dc偏差。此 頻率可足夠低以使得不會顯著地影響到收聽體驗。 圖29展示應用DC偏差之失真補償模組的另一實施例。 如同失真補償模組2800，失真補償模組包含判定由添加器 2802添加之DC偏差2804的分析模組2806。失真補償模組 2900可將DC偏差2804應用於位移1604以產生位移輸出 1606 ’可將DC偏差2804應用於輸入信號1302以產生位移 輸出信號1304 ’或可執行其他合適功能。更具體言之，分 析模組2806包含比較器29〇2、最大函數29〇4及控制器 2906。比較器2902計算位移值16〇2與臨限值ι606之間的 157431.doc •32· 201214954 差。最大函數2904採用該差與零之間的最大值，因此，控 制器2906接收一誤差函數’該誤差函數在該位移值小於該 臨限值時為零且在該臨限值小於該位移值時為該差。控制 器2906可為比例-積分-導數（PID)控制器。 此項技術中熟知PID控制器用於提供一回饋機制以將一 程序變數（在此狀況下，為上文所描述之誤差信號）辦整至 一特定設定點（在此狀況下，為零）。分別回應於當前誤 差、累積的過去誤差及預測的未來誤差而使用比例係數 户、積分係數/及導數係數D調整PID控制器。 作為一實例’紙盆位移模型602之輸出指示為讨„]，且誤 差表達為e[n]=max(y[n]^，0)，其中s為發生失真所在之位 移。PID控制器之輸出M(«)可藉由以下方程式來表達： u[n]=u[n- l]+ -P(e[»]-eh-l])+/(e[«T)+ D{e[n\-2e[n -1]+ e[n - 2]) 比例 ’ 或藉由以下替代式子來表達： «[n]=^(M[«-l]+P(e[n]-e[«-l])+/(e[„])+£)(eW.2e[n.1]+e[n.2])) 其中J為諸如0.999之定標因子。在另一實施例中，控制信 號w[n]可經濾波以使該信號平滑。 如上文所指示，户係數、/係數及公係數分別控制系統多 快地回應於當前誤差、累積的過去誤差及預測的未來誤 差。此等係數之選擇控制該控制器之啟動時間、釋放時間 及穩定時間。此外，該等係數定義控制信號之頻率範圍， 且該PID控制器經調諧以產生包含藉由擴音器之異音區定 義之頻率的校正信冑。可使用纟他調適或最佳㈣算法來 157431.doc -33· 201214954 調諧PID控制器。 PID控制器基於誤差信號及P、I及D係數而產生添加至音 訊信號之控制信號。由PID控制器來調整該控制信號以將 所接收誤差信號驅動至零。 圖30展示應用DC偏差及自動增益控制之失真補償模組 的實施例。失真補償模組3000包含分析模組3002，分析模 組3002調整可變增益放大器1902之增益且導出如所展示的 由添加器2802添加之DC偏差2804。此混合架構使用自動 增益控制方法與DC偏差方法兩者之優點。失真補償模組 3 000可應用於輸入信號13 02或位移信號1602。 圖31展示失真補償模組3000之特定實施方案。分析模組 3 002包含比較器2902及最大函數2904，最大函數2904產生 (如上文所描述）用於失真補償模組2900之誤差信號。使用 該誤差信號來產生成本函數3102。該成本函數亦可包括應 用於可變增益放大器1902之增益。基於該成本函數，控制 器31 04設定可變增益放大器1902之增益且導出DC偏差 2804。可將該增益併入至該成本函數中以促進或阻止控制 器3104對自動增益調整之使用。控制器31 04可為與針對失 真補償模組2900所描述之PID控制器類似的PID控制器。 圖32展示應用DC偏差、自動增益控制及時域動態範圍 壓縮之失真補償模組的實施例。分析模組3202接收位移值 1602及臨限值1606，設定可變增益放大器1902之增益，導 出DC偏差2804，且設定動態範圍壓縮器1612。 請注意，失真補償模組3200可應用於輸入信號1302或位 157431.doc -34- 201214954 移k號1602 ’如同下文所描述之剩餘失真補償模組中的大 多數。為了維持後續圖中之清晰，將該等圖描繪為僅應用 於輸入信號1302。應理解，失真補償模組可容易地經調適 以應用於失真輸入信號1602。 圖33展示使用相位操縱之失真補償模組之實施例，該失 真補償模組可用於諸如蜂巢式電話之話語相關應用中。失 真補償模組3300包含分析模組3302、相位修改模組3304及 合成模組3306。基於話語之相位修改方法將音訊信號分裂 成軌跡。可將人類話語模型化為具有與其相關聯之頻率、 振幅及相位的複數個軌跡。分析模組33〇2將一信號再分成 訊框且判定該訊框上每一軌跡的頻率、振幅及相位。相位 修改模組3304使用每一軌跡之頻率、振幅及相位資訊來判 定每一軌跡之最佳相位以便使峰值振幅最小化。跨越該訊 框，内插該頻率、振幅及最佳相位。此等經修正之值接著 由合成模組3306使用以建構具有較低峰值振幅的新音訊信 號。 用於使用相位修改之特定系統及方法可見於2〇〇9年12月 23 曰申請的題為「System and Method for Reducing Rub and Buzz Distortion in a Loudspeaker」的先前申請之申請 案第61/290,001號及美國專利第4,856,〇68號中，該兩專利 以引用方式併入本文中。 圖34展示使用相位操縱之失真補償模組的另一實施例。 失真補償模組3400類似於上文所描述的具有分析模組 3302、相位修改模組3304及合成模組3306之失真補償模組 157431.doc •35· 201214954 33 00 »另外’失真補償模組34〇〇進一步包含多工器34〇2， 多工器3402亦可實施為開關或可以軟體由條件碼來實施。 若分析模組3302(諸如）基於位移值16〇2及臨限值16〇6而判 定無失真將臨’則繞過相位操縱且准許輸入信號13〇2未經 更改地通過。 圖3 5展示使用相位操縱之失真補償模組的又一實施例。 失真補償模組3500包含分析模組35〇4、相位修改模組35〇6 及合成模組3508 »分析模組3504接收頻率極限3502，頻率 極限3502為如在模型建置之量測級期間判定的易損範圍中 之頻率的最大振幅。舉例而言，此等值係在步驟32〇處判 定。分析模組3504(諸如）基於位移值16〇2及臨限值16〇6而 判定在未加以補償之情況下是否將存在任何失真。若不存 在失真，則准許輸入信號13〇2未經更改地通過。若預測到 失真，則選擇前導干擾頻率，諸如最接近於其頻率極限之 頻率。抑制彼等頻率，且判定對應於彼等頻率之執跡以及 彼等轨跡之量值及相位。 相位修改模組3506使用每一軌跡之頻率、振幅及相位資 訊來判定每一軌跡之最佳相位以便使峰值振幅最小化。跨 越該訊框，内插該頻率、振幅及最佳相位。此等經修正之 值接著由合成模組3508使用以建構受抑制頻率之替換信號 但此信號具有較低峰值振幅。接著由合成模組35〇8將此替 換信號再組合成音訊信號（在頻率之抑制之後）。 失真補償模組3500優於失真補償模組33〇〇之優點在於： 僅更改少許干擾頻率而非更改所有頻率（如同失真補償模 157431.doc •36· 201214954 組3300之狀況）。 圖36展示在頻域令操作之失真補償模組的實施例。失真 補償模組3600包含FFT 36〇2、衰減組36〇4、反向 FFTdFFT)36G6及&析模組3_。分析模組3_接收頻率 極限3502及由附36G2產生之頻域#料。分龍組3繼基 於位移值16 0 2及臨限值！ 6 〇 6而判冑未經補償之信號中是否 存在失真。若存在失真，則基於頻域資料及頻率極限 3502,分析模組3608判定最壞之干擾頻率，亦即，接近於 其對應頻率極限的任何頻率。將選定頻率傳達至衰減組 3604，衰減組3604使選定頻率衰減。在一變化中，衰減可 具有啟動及釋放時間。在另一變化中，不僅使一或多個干 擾頻率衰減’而且亦使附近頻率衰減。
圖37展示在頻域中操作之失真補償模組的另一實施例。 失真補4員模組37〇〇包含fft 3602、衰減組3604、iFFT 3606及分析模組3702。FFT 3602、衰減組3604及iFFT 3606如上文所描述般。然而，分析模組37〇2判定（諸如， 基於位移值1602及臨限值1606)在未經補償之信號中是否 發生失真。若不發生失真’則多工器37〇4允許輸入信號 1302未經更改地通過，且可完全繞過補償邏輯。 圖3 8展示使用濾波器組之失真補償模組的實施例。失真 補償模組3800包含濾波器組3810、rmS組3820、衰減組 3830、合成組3806及分析模組3808。濾波器組3810將輸入 信號1302分離成易損頻率範圍内之複數個頻帶。另外，濾 波器組3810提供包含在易損頻率範圍以上的頻率分量的剩 157431.doc 37- 201214954 餘信號。如此實例中所展示，濾波器組381〇包含複數個帶 通滤波器3812a至3812η及高通濾波器3814。高通渡波器 3814隔離易損頻率以上之頻率且每一帶通濾波器隔離易損 頻率範圍内之頻帶》包含RMS量測模組3822a至3822η之 RMS組3820量測或估計每一頻帶上之功率且將各別功率值 供應至分析模組3808。分析模組3808判定（諸如，基於所 接收功率值及頻率極限3502)哪些頻帶對潛在失真作用最 大。分析模組3808設定衰減組3830對易損範圍中之頻帶的 衰減，衰減組3830可包含數位定標器或可變增益放大器 (諸如，3832a至3832η)。除了衰減之干擾頻帶之外，將增 益設定至1。合成濾波器組3806重編該信號以產生輸出信 號1304。如上文所論述，衰減可使用啟動及釋放時間。 圖39展示使用濾波器組之失真補償模組的替代實施例。 如同失真補償模組3800，失真補償模組3900包含據波器組 3810、RMS組3820、衰減組3830及合成組3806。分析模組 3902判定（諸如’基於位移值16〇2及臨限值ι6〇6)在未經補 償之信號中是否發生失真。若不發生失真，則多工器39〇4 允許輸入信號1302未經更改地通過，且可完全繞過補償邏 輯。 圖40展示使用動態等化之失真補償模組的實施例。失真 補償模組4000包含頻譜功率模組4002、一或多個動態等化 器4004a至4004η ’及分析模組4006。頻譜功率模組4〇〇2可 為諸如針對失真補償模組3600所描述之FFT或諸如針對失 真補償模組3800所描述之濾波器組及RMS組。不管特定實 157431.doc •38· 201214954 施方案，頻譜功轉組彻24測或估計輸人錢麗中在 易損範圍内之頻率或頻帶的功率。藉由將所量測頻率功率 位準與頻率極限搬進行比較，可識別出干擾頻率。對於 此等頻率中之每一者’可將__動態等化器設定至彼干擾頻 率作為其中心頻率。亦可設定等化器中之每—者的頻寬以 及啟動及釋放時間。 圖4i展示使用動態等化之失真補償模組的替代實施例。 失真補償模組侧亦包含一或多個動態等化器4·至 _4n'然而’中心頻率及頻寬係由控制器41〇2設定控 制器侧接卜誤差信號，該誤差信號係自零及臨限值 祕與位移们602之間的差（如由比較心们及最大函數 _計算）中的最大值導出。控制器伽使用誤差回饋來 判定中心頻率且視情況而判定動態等化器中之每一者的頻 寬。控制器4102亦可判定每一動態等化器之衰減因子。控 制器4102可為採用單一輸入值（例如，誤差信號）且產生向 量輸出（例如，中心頻率）的向量控制器。 圖4 2展示使用虛擬低音以提昇所感知響度之失真補償模 組的實施例。失真補償模組42⑽為將頻譜資訊提供至分析 模組4202的失真補償模組3600、3700、3800、3900或4000 的擴增。基於受抑制之頻率，分析模組觀經由虛擬低音 模組4204a至42G4n來提昇所感知響度u擬低音模組 提昇已X抑制之干擾頻率的—或多個諧波。—種方法為藉 由將增益應用於譜波來提昇自然諸波。另一種方法為在譜 波頻率下合成一信號且插入該合成信號。再-種方法為隔 15743I.doc -39· 201214954 離干擾頻率且將其頻率移位至一或多個譜波頻率。亦可使 用其他合適組態或者使用其他合適組態。舉例而言，在圖 36中，分析模組36〇8可經修改以將受抑制頻率移位至其諧 波中。一旦在如由FFT 3602提供之頻域中，可以非常直接 了當之方式來執行移位操作。 圖43展示具有虛擬低音之動態等化器模組的實施例。動 態等化器模組4300可與等化器400牦至4〇〇411 一起使用。包 含帶阻遽波器键及帶通遽波器侧之互補滤波器對自輸 入信號提取特定頻帶。信號4306使頻帶受抑制。所提取之 頻帶信號4308移位至該頻率之雙倍、三倍及/或四倍以產 生用添加器4310插入至信號4306中的虛擬低音信號。可選 擇性地啟動頻率倍增器4312、三倍器43 14及四倍器4316。 舉例而言’若等化器之中心頻率為3〇〇 Ηζ，但易損範圍為 200 Hz至800 Hz ’則使頻率倍增仍將產生6〇〇 Hzi干擾頻 率。此諧波可受到抑制或衰減。然而，可允許其通過，此 係因為其不可能對位移有同樣大作用。可使等化器之中心 頻率為可調的，如同濾波器對之頻寬。另外，亦可由動態 等化器模組4300來實施啟動及釋放時間。可使用中心頻率 輸入4322來調整濾波器對之中心頻率。可使用頻寬輸入 4324來調整濾波器對之頻寬。類似地，可使用啟動時間輸 入4326及釋放時間輸入4328來藉由調整濾波器對之啟動及 釋放時間來調整等化器之啟動及釋放時間。 圖44揭示使用動態範圍壓縮來提昇響度之音訊驅動器的 實施例。驅動器4400類似於驅動器7〇〇，但進一步包含在 157431.doc • 40· 201214954 失真補償單元702之前的動態範圍壓縮器44〇2。動態範圍 壓縮器44〇2將增益概況應用於音訊信號，此情形增加所感 知響度同時抑制信號_之峰值。可使用與圖丨9令所插述之 系統類似的系統。動態範圍壓縮器44〇2適應性地判定尤其 在易造成失真之頻率範圍内的衰減曲線匸⑺。所尋求到的 衰減曲線應使響度之損失最小化，由方程式（1)給出。 成本函數亦可同時使峰值最小化。 應強調，上文所描述之實施例僅為可能的實施方案之實 例。在不脫離本發明之原理的情況τ，可冑上文所描述之 實施例作出許多變化及修改。在本文中，所有此等修改及 變化意欲包括在本發明之範嘴内且受以下中請專利範圍保 護。 【圖式簡單說明】 圖1展示用於建構定令心於失真點處之位移模型的系統 的實施例； 圖2展不用於建構定中心於凑直赴旁 傅疋r匕π失異點處之位移模型的系統 的另一實施例； 圖3為說明分析模組之操作的流程圖； 圖4說明典型一階數位IIR濾波器之實施方案； 圖5展示展現出失真之例示性波形； 圖6展示使用位移模型之音訊驅動器的實施例； 圖7展示使用位移模型之音訊驅動器的替代實施例. 圖8展示使用位移模型之音訊驅動 例 窃的另一替代實施 157431.doc •41· 201214954 圖9展示使用位移模型之音訊軀動器的另一實施例； 圖10展示異音失真之例示性頻譜； 圖11展示使用位移模型之音訊驅動器的再一實施例； 圖12展示使用位移模型之音訊驅動器的又一實施例； 圖13為說明音訊驅動器之數位前端的實施例的圖； 圖14為裝備有失真補償之蜂巢式電話的實施例； 圖15說明裝備有峰值縮減音訊增強2PC的實施例； 圖16展示使用時域動態範圍壓縮之失真補償模組的實施 例； 圖17展示應用於位移信號的使用時域動態範圍壓縮之失 真補償模組的替代實施例； 圖18說明可用於動態範圍壓縮器中之四個例示性輸入/ 輸出函數； 圖19展示使用自動增益控制之失真補償模組的實施例； 圖20展示使用自動增益控制之失真補償模組的另一實施 例； 圖21說明具有預看峰值縮減器之失真補償模組的實施 例； 圖22說明具有預看峰值縮減器之失真補償模組的另一實 施例； 圖23為說明由分析引擎2104或2204使用以確保輸出值維 持處於給定臨限值以下之方法的例示性實施例的流程圖； 圖24為說明由分析引擎之另一實施例使用之方法的例示 性實施例的流程圖； 157431.doc -42- 201214954 圖25說明增益包絡函數中之所要特性； 增益包絡函數族之基底函數的實 圖26展示用於產生一 例； 圖27A至圖27D展示可用 底函數的其他實例； 以產生一增益包絡函數族之基 圖28展示應用直流（〇〇偏# 、）揭差之失真補彳員模組的實施例； 圖29展示應用DC偏差之4吉#廉设z u α m左又夭異補償模組的另一實施例； 圖30展示應用DC偏差；5白# 兩左及自動增益控制之失真補償模組 的實施例； 圖3!展示應用DC偏差及自動增益控制之失真補償模組 的特定實施方案； 圖32展示應用DC偏差、自動增益控制及時域動態範圍 >1縮之失真補償模組的實施例； 圖33展示使用相位操縱之失真補償模組之實施例，該失 真補償模組可用於諸如蜂巢式電話之話語應用中； 圖34展示使用相位操縱之失真補償模組的另一實施例； 圓35展示使用相位操縱之失真補償模組的又一實施例； 圖36展示在頻域中操作之失真補償模組的實施例； 圖37展示在頻域中操作之失真補償模組的另一實施例； 圖38展示使用濾波器組之失真補償模組的實施例； 圖39展示使用濾波器組之失真補償模組的替代實施例； 圖40展示使用動態等化之失真補償模組的實施例； 圖41展示使用動態等化之失真補償模組的替代實施例； 圖42展示使用虛擬低音以提昇所感知響度之失真補償模 15743I.doc • 43· 201214954 組的實施例； 圖43展示具有虛擬低音之動態等化器模組的實施例；及 圖44揭示使用動態範圍壓縮以提昇響度之音訊驅動器的 實施例。 【主要元件符號說明】 100 系統 104 信號產生器 106 麥克風 108 分析模組 110 音訊驅動器 112 放大器 114 擴音器驅動器 116 擴音器 200 系統 202 數位至類比轉換器（DAC)/數位信號產 生器 210 數位音訊驅動器/框 310 框 330 框 402 增益元件 404 增益元件 406 增益元件 412 延遲線 414 延遲線 157431.doc -44 - 201214954 422 信號求和器 424 信號求和器 502 波 504 波 506 波 600 音訊驅動器 602 位移模型 604 失真補償模組 700 音訊驅動器 702 失真補償模組 800 音訊驅動器 802 失真補償模組 804 模型反向 900 音訊驅動器 902 失真偵測模組 1002 波形 1004 波形 1006 波形 1100 音訊驅動器 1102 電阻器 1104 差動放大器 1106 類比至數位轉換器（ADC) 1108 失真偵測模組 1200 音訊驅動器 157431.doc · 45 - 201214954 1202 失真偵測模組 1302 音訊輸入資料/輸入信號 1304 數位音訊輸出/輸出信號 1306 音訊介面 1310 資料匯流排 1312 處理器 1314 記憶體 1316 音訊處理模組 1318 失真補償模組 1400 蜂巢式電話 1402 處理器 1404 顯示I/O 1406 顯示器 1410 資料匯流排 1412 輸入I/O 1414 輸入器件 1416 音訊輸出驅動器 1422 音訊輸入驅動器 1424 麥克風 1426 射頻（RF)介面 1428 天線 1430 記憶體 1432 韌體 1440 呼叫處理模組 157431.doc -46- 201214954 1442 信號處理模組 1444 顯示驅動器 1446 輸入驅動器 1448 音訊處理模組 1450 使用者介面 1500 個人電腦（PC) 1502 處理器 1504 輸入/輸出介面 1506 網路介面器件 1508 顯示器 1510 資料匯流排 1512 音訊介面 1520 記憶體 1522 原生作業系統 1524 音訊應用程式 1526 音訊驅動器 1528 信號處理軟體 1530 大容量儲存器 1532 音訊檔案 1602 位移/位移輸入信號 1604 位移輸出信號 1606 臨限值 1612 動態範圍壓縮器（DRC) 1702 動態範圍壓縮器（DRC) •47- 157431.doc 201214954 1810 曲線圖 1812 預定值 1820 曲線圖 1830 曲線圖 1840 曲線圖 1842 預定極限值 1900 失真補償模組 1902 可變增益放大器 1904 分析模組 2000 失真補償模組 2002 分析模組 2102 預看緩衝器 2104 分析引擎 2202 預看緩衝器 2204 分析引擎 2800 失真補償模組 2802 添加器 2804 直流（DC)偏差 2806 分析模組 2900 失真補償模組 2902 比較器 2904 最大函數 2906 控制器 3000 失真補償模組 157431.doc 48· 201214954 3002 分析模組 3102 成本函數 3104 控制器 3200 失真補償模組 3202 分析模組 3300 失真補償模組 3302 分析模組 3304 相位修改模組 3306 合成模組 3400 失真補償模組 3402 多工器 3500 失真補償模組 3502 頻率極限 3504 分析模組 3506 相位修改模組 3508 合成模組 3600 失真補償模組 3602 傅立葉變換（FFT) 3604 衰減組 3606 反傅立葉變換（iFFT) 3608 分析模組 3700 失真補償模組 3702 分析模組 3704 多工器 157431.doc -49- 201214954 3800 失真補償模組 3806 合成組 3808 分析模組 3810 濾波器組 3812a至3812η 帶通濾波器 3814 高通遽波器 3820 均方根（RMS)組 3822a至3822η 均方根（RMS)量測模組 3830 衰減組 3832a至3832η 可變增益放大器 3900 失真補償模組 3902 分析模組 3904 多工器 4000 失真補償模組 4002 頻譜功率模組 4004a至4004η 動態等化器 4006 分析模組 4100 失真補償模組 4102 控制器 4200 失真補償模組 4202 分析模組 4204a至4204η 虛擬低音模組 4300 動態等化器模組 4302 帶阻濾波器 157431.doc -50- 201214954 4304 帶通渡波器 4306 信號 4308 頻帶信號 4310 添加器 4312 頻率倍增器 4314 頻率三倍器 4316 頻率四倍器 4322 中心頻率輸入 4324 頻寬輸入 4326 啟動時間輸入 4328 釋放時間輸入 4400 驅動器 4402 動態範圍壓縮器 157431.doc -51-