TWI501657B - 電子音訊裝置 - Google Patents

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TWI501657B
TWI501657B TW099130849A TW99130849A TWI501657B TW I501657 B TWI501657 B TW I501657B TW 099130849 A TW099130849 A TW 099130849A TW 99130849 A TW99130849 A TW 99130849A TW I501657 B TWI501657 B TW I501657B
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Description

電子音訊裝置
本發明係有關於電子音訊裝置。
 發明背景
許多當代的電子裝置設計來重新產生音樂及/或其他音訊信號。該等電子裝置，諸如，例如，個人電腦、膝上型電腦、可攜式音訊播放器、行動電話、等等典型包括一整合音訊子系統，其處理表示重新產生來作為可聽見的聲音之音訊資訊的該等電子信號。該等音訊信號由與該電子裝置之該音訊子系統互連的一或更多整合或外部的電聲轉換器或揚聲器變換為可聽見的聲音。
每一電聲轉換器或揚聲器本身具有其一組電氣特性及參數，包括，例如，頻率響應、靈敏度、共振頻率、阻尼因數、順應性、等等。所使用之該特定電聲轉換器或揚聲器的該等電氣特性及參數會影響到將該等電氣音訊信號轉換為可聽見的聲音。因此，不同的電聲轉換器會將該相同的電氣音訊信號作不同轉換。例如，實體上較小的電聲轉換器，諸如，耳機，典型具有有限的能力來重新產生該音訊低音頻率範圍(小於近似200赫茲之頻率)中的頻率。
許多電子裝置中之該等音訊子系統會暴露於來自各種不同來源的電氣雜訊及干擾中，該等來源包括數位電路及信號以及射頻電路及該電子裝置中並由其產生之信號、進入該音訊信號路徑之接地迴路電流、以及洩漏進入該音訊信號路徑之電源/線雜訊。該等電氣干擾信號之一實質部分典型會落於該音訊頻率範圍內，而特別是該音訊低音頻率範圍內。因此，突顯該音訊低音頻率範圍之音訊子系統亦會突顯該低音頻率範圍中之該等不需要的電氣干擾信號，而因此使該重新產生音訊之品質降級。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種一種配適成連接至一揚聲器以產生音訊聲音之電子裝置，該電子裝置包含：一配適成接收一輸入音訊電氣信號之音訊子系統；以及一配適成接收該輸入音訊電氣信號並施加其包含一雙級帶通函數之一轉換函數以產生一輸出音訊電氣信號之等化器，該轉換函數係至少部分根據該揚聲器之一頻率響應。
圖式簡單說明
下列詳細說明並參照該等圖式將說明某些示範實施例，其中：第1圖是一根據本發明之一示範實施例，具有包含一等化級之一音訊子系統的一電子裝置之方塊圖；第2圖是一第1圖之該等化級的方塊圖；第3圖繪示一第1圖之該等化級施加的頻率響應曲線(增益對頻率)；以及第4圖繪示一根據本發明之一示範實施例，將一音訊信號修改以具有所欲音訊特性之方法。
 較佳實施例之詳細說明
第1圖是一根據本發明之一示範實施例，具有包含一等化級之一音訊子系統的一電子裝置之方塊圖。一電子裝置10包括依次包括多個音訊處理級之一音訊子系統100。更特別是，電子裝置10之該等音訊處理級包括一等化級102、一壓縮級104、一限制級106、一放大級108以及一輸出級110。該電子裝置10更包括一處理器或控制器112，其可為該音訊子系統100之一部分、整合一起或與其分開。
業界熟於此技者將體認圖式中顯示之該等功能性方塊及裝置僅為本發明之一示範實施例中可執行的功能性方塊及裝置之一範例。此外，亦可根據系統設計的考量因素來選擇包含不同功能性方塊之其他特定實施態樣。
該等化級(EQ級)102使用被動或主動電子元件或數位演算法來執行改變音訊子系統100之頻率響應特性的程序。如本文所使用，該術語〝頻率響應〞參照為一轉換器之一輸出對輸入比例來作為一頻率函數。
第1圖所示之該示範實施例中，一或更多的輸入音訊電氣信號114，諸如，例如，類比或數位電氣信號，可由該EQ級102來接收及處理。等化音訊信號116，諸如，例如，類比或數位信號，由該EQ級102輸出。該EQ級102包括等化級控制輸入122。該EQ級102之操作以及其輸入音訊電氣信號114之處理係至少部分根據該等化級控制輸入122。更特別是，至少部分根據該等化級控制輸入122，該EQ級102可改變該音訊子系統100之該頻率響應特性。根據該等化級控制輸入122可為，例如，數位或類比信號或其他類型的輸入。
該壓縮級104接收並使用被動或主動電子元件或數位演算法來執行壓縮等化音訊信號116之程序。壓縮音訊信號124，諸如，例如，類比或數位信號，由該壓縮級104來產生作為輸出。該壓縮級104包括壓縮級控制輸入126。該壓縮級104之操作及其等化音訊信號116之處理係至少部分根據壓縮級控制輸入126。更特別是，至少部分根據壓縮級控制輸入126，該壓縮級104可改變等化音訊信號116之該壓縮特性，而因此改變該音訊子系統100之壓縮特性。
該限制級106接收並使用被動或主動電子元件或數位演算法來執行限制壓縮音訊信號124之程序。限制音訊信號128，諸如，例如，類比或數位信號，由該限制級106來產生作為輸出。該限制級106包括限制級控制輸入130。該限制級106之操作及其壓縮音訊信號124之處理係至少部分根據限制級控制輸入130。更特別是，至少部分根據限制級控制輸入130，該限制級106可改變壓縮音訊信號124之該限制特性，而因此改變該音訊子系統100之限制特性。
該放大級108接收並使用被動或主動電子元件或數位演算法來執行放大限制音訊信號128之程序。放大音訊信號132，諸如，例如，類比或數位信號，由放大級108來產生作為輸出。該放大級108包括放大級控制輸入134。該放大級108之操作及其限制音訊信號128之處理係至少部分根據放大級控制輸入134。更特別是，至少部分根據放大級控制輸入134，該放大級108可改變限制音訊信號128之該放大特性，而因此改變該音訊子系統100之放大特性。
該輸出級110接收並使用被動或主動電子元件或數位演算法來執行將放大音訊信號132介接至一或更多輸出裝置，諸如，例如，電聲轉換器、輸出連接器、或隨後的電路。該等輸出音訊信號136，諸如，例如，類比或數位信號，由該輸出級110來產生作為輸出。該輸出級110包括輸出級控制輸入138。該輸出級110之操作及其放大音訊信號132之處理係至少部分根據該輸出級控制輸入138。
該控制器112電氣上與該EQ級102、該壓縮級104、該限制級106、該放大級108以及該輸出級110的每一個連接，並個別發出對應的該等級控制輸入122、124、126、130、134 以及138至每一級。該控制器112，諸如，例如，一微處理器，執行控制軟體140並接收一或更多控制輸入信號142，其每一信號於下文中更特別說明。
該音訊子系統100之該等音訊處理級的每一級，亦即，該EQ級102、該壓縮級104、該限制級106、該放大級108以及該輸出級110，至少部分根據其個別的控制輸入(亦即，該等EQ級控制輸入122、該等壓縮級控制輸入126、該等限制級控制輸入130、該等放大級控制輸入134以及該等輸出級控制輸入138)來將一個別的處理特性或轉換函數(fE 、fC 、fL 、fA 、fO )施加至其個別的音訊輸入信號114、116、124、128以及132，其所有輸入信號由控制器112發出，而因此產生個別的輸出信號116、124、128、132以及，最後，該輸出音訊信號136。
該等化級102藉由使用被動或主動電子元件或數位信 號處理演算法來執行改變，諸如，例如，其輸入電氣音訊信號114之該頻率響應特性的程序。現參照第2圖，該EQ級102施加一轉換函數fE 至其輸入電氣音訊信號114。一般而言，該轉換函數fE 可包含具有第一帶通特性BP1及第二帶通特性BP2之一雙級帶通轉換函數。
特別是，該轉換函數fE 施加具有一第一中心頻率FC1 、一Q因數Q1 、及一增益準位G1 之一第一帶通特性BP1至該輸入電氣音訊信號114。該轉換函數fE 更施加具有一第二中心頻率FC2 、一Q因數Q2 、及增益準位G2 之一第二帶通特性BP2至輸入電氣音訊信號114。該等第一及第二中心頻率FC1 及FC2 、Q因數Q1 及Q2 、以及增益準位G1 及G2 之每一個係至少部分根據一電聲轉換器或揚聲器144之該頻率響應。如本文所使用，該術語“電聲轉換器”及“揚聲器”意欲包括重新產生聲音之任何裝置，包括耳機(headphones)、耳朵芽(earbuds)、壓電性元件等等。
現參照第3圖，其顯示將該轉換函數fE 之一示範實施例施加至該輸入電氣音訊信號114的一頻率響應數據圖(施加之增益對照頻率)150。該示範實施例中，該轉換函數fE 之該第一帶通特性BP1包括近似65赫茲之一第一中心頻率FC1 、近似0.5之一第一Q因數Q1 以及近似+2dB之一第一增益準位G1 。該轉換函數fE 之該第二帶通特性BP2包括近似20千赫茲之一第二中心頻率FC2 、近似1.0之一第二Q因數Q2 以及近似+2dB之一第二增益準位G2 。
一頻率響應數據圖(增益對照頻率)150顯示施加該轉換 函數fE 之該示範實施例凸顯近似40赫茲至近似100赫茲之音訊低音頻率範圍內並於近似65赫茲之FC1 處具有近似+2dB之一峰值凸顯度的一頻率範圍。
如上所述，該低音頻率範圍亦會包含一特定量之電氣干擾信號，諸如，例如，接地迴路電流及電源/線雜訊。因此，連結具有該低音音訊頻率範圍中完全無電氣干擾信號之一音訊信號通道(亦即，具有一低雜訊底板之一音訊信號通道)的電子裝置及音訊子系統，最有利於施加該特定轉換函數fE 及該頻率響應數據圖150。
該頻率響應數據圖150更顯示施加該轉換函數fE 之該示範實施例亦凸顯近似5千赫茲至近似20千赫茲之音訊高音頻率範圍內並於近似20千赫茲之FC2 處具有近似+2dB之一峰值凸顯度的一頻率範圍。因此，整體來看時，該頻率響應數據圖150相當近似一典型或平均的人類耳朵及/或人類聽力之一典型或平均準位的一反相頻率響應曲線。
該等輸出音訊信號136由具有延伸至近似一第一中心頻率FC1 之一低頻響應以及類似地延伸至近似一第二中心頻率FC2 之一高頻響應的一或更多電聲轉換器或揚聲器重新產生時，可施加該特定轉換函數fE 及該頻率響應數據圖150。該類頻率響應相當平坦，諸如，例如，-3dB。
現參照第4圖，其顯示一將一音訊信號修改以具有所欲音訊特性之方法的一實施例。該方法一般參照為該參考數字400。
方塊410中，決定一揚聲器之頻率響應特性。如方塊420 中所示，其選擇包括雙級帶通參數之轉換函數參數。方塊430中，施加該轉換函數。
決定一揚聲器之該頻率響應特性的程序(方塊410)可包括個別決定該上及下頻率，fUPPER 及fLOWER ，其中一特定電聲轉換器或揚聲器之該輸出準位落於一預定準位或臨界值以下，諸如，例如，該“平坦”或平均準位以下近似-2dB至近似-3dB的一準位。該等頻率通常參照為“截止”頻率。
選擇轉換函數參數之程序(方塊420)包括個別至少部份根據上及下頻率響應限度fUPPER 及fLOWER 來選擇第一及第二帶通特性BP1及BP2。更特別是，選擇轉換函數參數之程序(方塊420)可包括選擇該第一帶通特性BP1之一第一中心頻率FC1 、一第一Q因數Q1 以及一第一增益準位G1 ，以及選擇該第二帶通特性BP2之一第二中心頻率FC2 、一第二Q因數Q2 以及一第二增益準位G2 。
施加該轉換函數之程序(方塊430)包括施加具有該等轉換函數參數，亦即，方塊420中選擇之FC1 、Q1 、G1 、FC2 、Q2 以及G2 的雙帶通轉換函數特性。如方塊440中所示，該轉換函數諸如，例如，使用被動或主動電子元件或數位信號處理演算法來施加於一輸入音訊電氣信號，以因此改變該輸入音訊電氣信號之該頻率特性，並產生修改之音訊信號。
根據本發明之一示範實施例，該方法400可產生一輸出音訊信號，其具有修改及補償用來重新產生對應該輸入音訊信號之該可聽見聲音的一特定電聲轉換器或揚聲器之該頻率響應特性中的任何瑕疵之頻率特性。因此，該重新產 生音訊之品質及精確性可明顯增強。
具有中等至高等靈敏度之電聲轉換器或揚聲器用來將包括於該音訊頻率範圍中具有一頻率構件之電氣干擾的任何音訊信號重新產生為可聽見聲音時，本發明之示範實施例可有效改善音訊品質。此外，對照描述為嚴格及受控制之期望品質，處理整個低音頻率範圍已被凸顯之一音訊信號時，本發明之示範實施例可改善音訊效能而無一般描述為模糊或爆炸聲之不期望效應。
再者，本發明之示範實施例選擇性凸顯某些音訊頻率或音訊頻率範圍而不需將不期望之品質給予該重新產生之音訊。此外，凸顯其某些音訊頻率或範圍之程序並不會不適當地凸顯該音訊頻率範圍中之不期望的電氣雜訊信號。
10‧‧‧電子裝置
100‧‧‧音訊子系統
102‧‧‧等化級、等化器
104‧‧‧壓縮級
106‧‧‧限制級
108‧‧‧放大級
110‧‧‧輸出級
112‧‧‧處理器或控制器
114‧‧‧輸入音訊電氣信號
116‧‧‧等化音訊信號、輸出音訊電氣信號
122‧‧‧等化級控制輸入
124‧‧‧壓縮音訊信號
126‧‧‧壓縮級控制輸入
128‧‧‧限制音訊信號
130‧‧‧限制級控制輸入
132‧‧‧放大音訊信號
134‧‧‧放大級控制輸入
136‧‧‧輸出音訊信號
138‧‧‧輸出級控制輸入
140‧‧‧控制軟體
142‧‧‧控制輸入信號
144‧‧‧電聲轉換器或揚聲器
150‧‧‧頻率響應數據圖
400‧‧‧方法
410、420、430、440‧‧‧方塊
BP1‧‧‧第一帶通特性
BP2‧‧‧第二帶通特性
fE 、fC 、fL 、fA 、fO ‧‧‧轉換函數
FC1 ‧‧‧第一中心頻率
FC2 ‧‧‧第二中心頻率
G1 、G2 ‧‧‧增益準位
Q1 、Q2 ‧‧‧Q因數
第1圖是一根據本發明之一示範實施例，具有包含一等化級之一音訊子系統的一電子裝置之方塊圖；第2圖是一第1圖之該等化級的方塊圖；第3圖繪示一第1圖之該等化級施加的頻率響應曲線(增益對頻率)；以及第4圖繪示一根據本發明之一示範實施例，將一音訊信號修改以具有所欲音訊特性之方法。
10．．．電子裝置
100．．．音訊子系統
102．．．等化級、等化器
104．．．壓縮級
106．．．限制級
108．．．放大級
110．．．輸出級
112．．．處理器或控制器
114．．．輸入音訊電氣信號
116．．．等化音訊信號、輸出音訊電氣信號
122．．．等化級控制輸入
124．．．壓縮音訊信號
126．．．壓縮級控制輸入
128．．．限制音訊信號
130．．．限制級控制輸入
132．．．放大音訊信號
134．．．放大級控制輸入
136．．．輸出音訊信號
138．．．輸出級控制輸入
140．．．控制軟體
142．．．控制輸入信號

Claims (15)

  1. 一種連接至一揚聲器之電子音訊裝置，該電子音訊裝置包含：接收一輸入音訊電氣信號之一音訊子系統；以及施加包含一雙級帶通函數之一轉換函數以產生一輸出音訊電氣信號之一等化器，該轉換函數係至少部分根據該揚聲器之一頻率響應，其中該雙級帶通函數係被選擇來強調一低頻峰值及一高頻峰值。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子音訊裝置，其中該揚聲器包含一組耳機之一部分。
  3. 如申請專利範圍第1項之電子音訊裝置，其中該轉換函數包括第一及第二中心頻率、第一及第二增益因數、以及第一及第二Q因數。
  4. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中該等第一及第二中心頻率係至少部分根據該揚聲器之對應的第一及第二截止頻率。
  5. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中該等第一及第二增益因數係至少部分根據該揚聲器之第一及第二截止頻率的每一頻率之一增益。
  6. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中該第一及第二Q因數係至少部分根據該揚聲器之頻率響應於其第一及第二截止頻率之外下降時所對應的第一和第二速率。
  7. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中該第一及第二中心頻率係分別近似65赫茲及20千赫茲。
  8. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中該第一及第二Q因數係分別近似0.5及1.0。
  9. 如申請專利範圍第3項之電子音訊裝置，其中有第一增益準位及第二增益準位係各近似+2dB。
  10. 一種用以修改一輸入音訊電氣信號以供一揚聲器產生聲音之方法，該方法包含下列步驟：決定該揚聲器之頻率響應特性；決定包含一雙級帶通函數之一轉換函數，該轉換函數係至少部分根據該揚聲器之該頻率響應特性；以及將該轉換函數施用於該輸入音訊電氣信號以藉此產生一修改之音訊電氣輸出信號，其中該雙級帶通函數係被選擇來強調一低頻峰值及一高頻峰值。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該揚聲器包含一組耳機之一部分。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該轉換函數包括第一及第二中心頻率以及第一及第二Q因數。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該轉換函數更包括第一及第二增益因數。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等第一及第二中心頻率近似等於該揚聲器之第一及第二截止頻率。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第一及第二中心 頻率係分別近似65赫茲及20千赫茲。
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