用于減少揚(yáng)聲器環(huán)境的寄生振動(dòng)的方法和相關(guān)處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明主要涉及一種用于減少揚(yáng)聲器環(huán)境的寄生振動(dòng)、同時(shí)保持對(duì)電聲音信號(hào)(S1)的低頻的感知的方法，該電聲音信號(hào)(S1)稱為原聲信號(hào)并且用于在由具有截止頻率(fc)的所述揚(yáng)聲器(HP)處理之后被廣播，其特征在于，該方法包括以下步驟：-識(shí)別引起揚(yáng)聲器(HP)振動(dòng)的頻帶，該頻帶稱為振動(dòng)頻帶，-將具有作為上限的接近揚(yáng)聲器(HP)截止頻率(fc)的頻率的原聲信號(hào)(S1)中的低頻帶(S2)隔離，-從被隔離的原聲信號(hào)(S3)的低頻帶(S2)中生成至少一個(gè)諧波信號(hào)(S3)，-組合原聲信號(hào)(S2)和諧波信號(hào)(S4)以獲得重組信號(hào)(S6)，-除去重組信號(hào)(S6)的振動(dòng)頻帶以獲得能夠被揚(yáng)聲器(HP)廣播的信號(hào)。
【專利說明】用于減少揚(yáng)聲器環(huán)境的寄生振動(dòng)的方法和相關(guān)處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在車輛聲學(xué)領(lǐng)域中，以機(jī)械和/或聲學(xué)方式與揚(yáng)聲器f禹合的結(jié)構(gòu)（門板、防水膜、 儀表盤）和雜物（纜線、螺釘）的不期望的可聽寄生振動(dòng)稱為"咔噠咔噠噪音"，這可以表示 成"抖動(dòng)（grelot)噪音"或"撞擊（coup)噪音"。以機(jī)械和/或聲學(xué)方式耦合的元件屬于 下文中的所謂的揚(yáng)聲器環(huán)境。
[0002] 該現(xiàn)象主要出現(xiàn)在揚(yáng)聲器發(fā)出低可聽頻率的情況下。噪音類似于結(jié)構(gòu)中給出的撞 擊或落入結(jié)構(gòu)中的小物體的振動(dòng)。通常，為了減少該噪音，人們可以：
[0003] -通過插入"減擺器"、泡沫片或墊片來使得結(jié)構(gòu)和揚(yáng)聲器機(jī)械地去耦；
[0004] -通過插入泡沫塊或通過減少接合處的機(jī)械連接來使得結(jié)構(gòu)彼此之間機(jī)械地去 奉禹；
[0005] -改變結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性，即硬度、質(zhì)量和摩擦力，以轉(zhuǎn)移某些模式的諧振頻率；
[0006] -撤銷由于揚(yáng)聲器的聲場而振動(dòng)的物體以及能夠與表面接觸且制造噪音的物體。
[0007] 文獻(xiàn)US2002 015255描述了一種稱為"低音補(bǔ)償"的方法，該方法適用于尺寸太小 而無法再現(xiàn)低頻的揚(yáng)聲器。所述方法的目的在于產(chǎn)生豐富的低音而不會(huì)由于揚(yáng)聲器本身使 該聲音失真。
[0008] 本發(fā)明涉及一種用于減少"咔噠咔噠噪音"的方法以及相關(guān)的處理裝置，該方法使 之能夠保持對(duì)廣播信號(hào)的低頻的感知。
[0009] 本發(fā)明特別有利地應(yīng)用于有聲廣播設(shè)備的領(lǐng)域，例如數(shù)字電視、車載收音機(jī)和MP3 播放器。
【背景技術(shù)】
[0010] 當(dāng)揚(yáng)聲器工作在低于其截止頻率的某個(gè)頻帶時(shí)，位于其被并入的環(huán)境中的物體可 能進(jìn)入振動(dòng)，這會(huì)產(chǎn)生令耳朵不舒服的聲音（上述"咔噠咔噠噪音"）。本文中將該頻帶稱 為"振動(dòng)頻帶"。還應(yīng)當(dāng)注意，揚(yáng)聲器的截止頻率取決于揚(yáng)聲器的固有特性。
[0011] 用于避免該振動(dòng)現(xiàn)象的已知方法是在待廣播信號(hào)中除去引起不期望的振動(dòng)的振 動(dòng)頻帶。然而，這種方法的缺陷在于，其除去了原作中的低頻內(nèi)容，這改變了聽者的感知。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明的目的是通過提出一種用于減少或除去揚(yáng)聲器環(huán)境中的寄生振動(dòng)同時(shí)能 夠保持原聲信號(hào)的低頻感知的方法來克服該缺陷。
[0013] 為此，在除去振動(dòng)頻帶之前，來自原始信號(hào)的低頻部分的諧波被生成并且被引入 可以被揚(yáng)聲器恢復(fù)的聲音信號(hào)部分中。以這種方式，聽者通過由大腦執(zhí)行的聲音重建來感 知被除去的低頻部分的聲音。
[0014] 本發(fā)明因而涉及一種用于減少揚(yáng)聲器環(huán)境中的寄生振動(dòng)同時(shí)保持對(duì)電聲音信號(hào) 的低頻感知的方法，所述電聲音信號(hào)稱為原聲信號(hào)并且用于在由具有截止頻率的所述揚(yáng)聲 器處理之后被廣播，
[0015] 其特征在于，包括以下步驟：
[0016] -識(shí)別引起揚(yáng)聲器環(huán)境振動(dòng)的頻帶，該頻帶稱為振動(dòng)頻帶，
[0017] -將具有作為上限的接近揚(yáng)聲器截止頻率的頻率的原聲信號(hào)的低頻帶隔離，
[0018] -從被隔離的原聲信號(hào)的低頻帶中生成至少一個(gè)諧波信號(hào)，
[0019] -組合所述原聲信號(hào)和所述諧波信號(hào)以獲得重組信號(hào)，以及
[0020] -除去重組信號(hào)（S6)中的振動(dòng)頻帶以獲得可以被揚(yáng)聲器（HP)廣播的信號(hào)。
[0021] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括在頻率上偏移所述諧波信號(hào)的頻譜線以使得位于 揚(yáng)聲器截止頻率之下的某些諧波被偏移到所述揚(yáng)聲器截止頻率之外以被揚(yáng)聲器廣播的步 驟。
[0022] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括在已經(jīng)除去振動(dòng)頻帶之后壓縮所述重組信號(hào)的低 頻部分的力度（dynamique)以增加對(duì)位于所述振動(dòng)頻帶周圍的所述重組信號(hào)的譜線的被 感知功率的步驟。
[0023] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括生成多個(gè)諧波信號(hào)并且組合所述諧波信號(hào)以獲得 稱為總諧波信號(hào)的信號(hào)的步驟，所述總諧波信號(hào)與原聲信號(hào)相組合以獲得所述重組信號(hào)。
[0024] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括從預(yù)先從原聲信號(hào)的低頻帶中生成的諧波信號(hào)中 生成至少一個(gè)諧波信號(hào)的步驟。
[0025] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，為了生成包含在所述諧波信號(hào)中的諧波，該方法包括臨時(shí)校 正或除去低頻帶的信號(hào)的負(fù)部分的步驟和除去由此產(chǎn)生的連續(xù)分量的步驟。
[0026] 本發(fā)明還涉及一種用于處理聲音信號(hào)的裝置，其特征在于，包括適于實(shí)施根據(jù)本 發(fā)明的方法的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 通過閱讀以下描述并檢查附圖，將更好地理解本發(fā)明。這些附圖僅作為對(duì)本發(fā)明 的說明但絕非限制而被給出。附圖示出了：
[0028] 圖1 :根據(jù)本發(fā)明的處理裝置的頻率塊的示意圖；
[0029] 圖2 :根據(jù)其生成多個(gè)諧波類型的根據(jù)本發(fā)明的處理裝置的實(shí)現(xiàn)變型的頻率塊的 示意圖；
[0030] 圖3:用于提取要被揚(yáng)聲器廣播的聲音信號(hào)的振動(dòng)頻帶的陷波濾波器的曲線的示 意圖。
[0031] 相同的、類似的或相似的元素在所有附圖中保持相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 圖1示出了實(shí)現(xiàn)對(duì)稱為原聲信號(hào)的電聲音信號(hào)S1的處理的裝置1。裝置1使之能 夠減少揚(yáng)聲器環(huán)境的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)保持對(duì)信號(hào)S1的低頻的感知。該信號(hào)S1可以例如是 立體聲信號(hào)的左或右聲音信號(hào)。對(duì)立體聲信號(hào)中的另一個(gè)信號(hào)進(jìn)行模擬處理。裝置1尤其 可以與數(shù)字電視、車載收音機(jī)或MP3播放器集成在一起。
[0033] 為此，裝置1包括一組功能塊A以及一組塊B，其中，功能塊組A確保從原始信號(hào) S1的低頻部分中生成諧波并將該諧波引入該原始信號(hào)S1內(nèi)部，塊組B確保提取原聲信號(hào)中 的產(chǎn)生揚(yáng)聲器環(huán)境振動(dòng)的低頻帶，稱為"振動(dòng)頻帶"。操作者通過將可變頻率信號(hào)施加到揚(yáng) 聲器并且識(shí)別"由耳朵"感知揚(yáng)聲器環(huán)境振動(dòng)的頻帶，來識(shí)別該振動(dòng)頻帶。該振動(dòng)頻帶位于 揚(yáng)聲器的截止頻率fc之下。
[0034] 更確切地說，組A包括被應(yīng)用于原始信號(hào)S1以獲得原始低頻聲音信號(hào)S2的低通 濾波器FLP1。在一個(gè)示例中，濾波器FLP1的截止頻率接近揚(yáng)聲器HP的截止頻率fc，該截 止頻率約為100Hz。
[0035] 信號(hào)S2隨后被施加到模塊HI的輸入端，從而使之能夠在輸出端生成諧波信號(hào)S3。 包含在信號(hào)S3中的諧波是低頻聲音信號(hào)S2的頻率的倍數(shù)。在一個(gè)示例中，只保持1階和 2階諧波。為了生成這些諧波，模塊H1除去例如臨時(shí)信號(hào)S3的負(fù)部分（模塊H1稱為"半 波整流器"）或校正臨時(shí)信號(hào)S2的負(fù)部分（模塊H1稱為"全波整流器"。"校正"是指將 臨時(shí)的低頻聲音信號(hào)S2的負(fù)增益值乘以-1。然后，由此產(chǎn)生的連續(xù)分量借助于截止頻率非 常低（約為20Hz)的高通濾波器而被除去。
[0036] 信號(hào)S3被施加到確保諧波信號(hào)S3的頻譜線的頻率偏移的模塊D1的輸入端，以使 得位于揚(yáng)聲器HP的截止頻率fc之下的某些諧波被偏移到揚(yáng)聲器的所述截止頻率fc之外。 為此，信號(hào)S3的每個(gè)譜線的頻率乘以整數(shù)N，N優(yōu)選地等于2。這保證了所生成的大部分諧 波將位于揚(yáng)聲器HP的最佳工作頻帶中。信號(hào)S3優(yōu)選地已經(jīng)事先借助于模塊E1而被均衡。 回想一下，在聲音處理中，該均衡在于減弱或增強(qiáng)組成聲音信號(hào)的一個(gè)或更多個(gè)頻帶。
[0037] 在附圖中被標(biāo)記為S4的被如此偏移的諧波信號(hào)然后借助于低通濾波器FLP' 1而 被濾波，以獲得稱為縮減的諧波信號(hào)的信號(hào)S5。濾波器FLP' 1因而使之能夠除去對(duì)于恢復(fù) 低頻信號(hào)無用的信號(hào)S4的高頻部分中的諧波。在一個(gè)示例中，低通濾波器FLP'1的截止頻 率大于揚(yáng)聲器HP的截止頻率fc。FLP' 1的截止頻率在2*fc至4*fc之間，或正好等于這些 受限值之一。
[0038] 在原始信號(hào)S1已經(jīng)被延遲模塊T延遲并且必要時(shí)被模塊E2均衡之后，原始信號(hào) S1與優(yōu)選地被模塊E3均衡的信號(hào)S5 -起被施加到組合裝置C1的輸入端。在一個(gè)不例中， 信號(hào)的組合在于被施加到裝置C1的輸入端的信號(hào)的逐個(gè)采樣的相加。應(yīng)當(dāng)指出，所施加的 延遲T對(duì)應(yīng)于由模塊FLP1、H1、E1、D1和FLP' 1對(duì)信號(hào)S1進(jìn)行處理的時(shí)間。該延遲T例如 是約10個(gè)采樣。
[0039] 在裝置C1的輸出端獲得了稱為重組信號(hào)的信號(hào)S6,該信號(hào)S6隨后被組B處理以 尤其確保從待廣播的聲音信號(hào)中除去振動(dòng)頻帶。
[0040] 更確切地說，組B包括高通濾波器FHPa和低通濾波器FLPa，它們被應(yīng)用于信號(hào)S6 以分別獲得高頻重組信號(hào)S7和低頻重組信號(hào)S8。濾波器FLPa和FHPa的截止頻率優(yōu)選地 是相同的。這些截止頻率被選擇為接近揚(yáng)聲器HP的截止頻率fc。
[0041] 陷波濾波器Frej被應(yīng)用于低頻重組信號(hào)S8以從信號(hào)S8中除去振動(dòng)頻帶。圖3 中用虛線示出了該濾波器Frej的曲線，所述濾波器Frej具有以下特性：中心頻率f0、衰減 增益Η和基本上對(duì)應(yīng)于截止頻帶寬度的品質(zhì)系數(shù)Q。當(dāng)然，根據(jù)振動(dòng)頻帶的幅度以及該振 動(dòng)頻帶的寬帶來適配這些值。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例中，對(duì)于約為58至63Hz的振動(dòng)頻帶，-- = 60Hz，H = -12dB，Q = 5。作為變型，陷波濾波器Frej被高通濾波器代替。
[0042] 在陷波濾波器Frej的輸出端所獲得的信號(hào)S9被施加到適于壓縮信號(hào)S9的模塊 L1的輸入端。對(duì)信號(hào)S9的壓縮在于減少包含所生成的諧波的低頻信號(hào)的力度以增加被感 知的功率。為此，增加了位于振動(dòng)頻帶周圍的諧波。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例中，低頻信號(hào)的力度被 壓縮在12dB。
[0043] 在模塊L1的輸出端所獲得的壓縮信號(hào)S10和高頻重組信號(hào)S7被施加到組合模塊 C2的輸入端，例如加法裝置。在信號(hào)S10被施加到模塊C2的輸入端之前，優(yōu)選地借助于模 塊E4來使信號(hào)S10均衡。在一個(gè)示例中，由模塊C2實(shí)現(xiàn)的信號(hào)組合，如對(duì)于模塊C1那樣， 在于被施加到裝置C2的輸入端的信號(hào)的逐個(gè)采樣的相加。在模塊C2的輸出端所獲得的聲 音信號(hào)S11是被施加到揚(yáng)聲器HP的輸入端以進(jìn)行廣播的聲音信號(hào)。
[0044] 應(yīng)當(dāng)指出，從信號(hào)S1的低頻部分中獲得的并且被引入聲音信號(hào)中的諧波將允許 聽者感知原始信號(hào)中的低頻聲音，盡管除去了所述聲音的一部分（振動(dòng)頻帶），同時(shí)避免了 揚(yáng)聲器HP環(huán)境中的振動(dòng)。
[0045] 作為變型，如虛線箭頭所示，頻率偏移模塊D1可以被置于諧波生成模塊的上游。
[0046] 圖2示出了根據(jù)其生成多個(gè)諧波類型的處理裝置的實(shí)現(xiàn)。
[0047] 為此，與低通濾波器FLP1-FLPN相關(guān)聯(lián)的多個(gè)模塊H1-HN彼此并聯(lián)或串聯(lián)連接。來 自低通濾波器FLP1-FLP4的信號(hào)分別標(biāo)為S2、S2'、S2' '和S2' ' '。在模塊H1-H4的輸出端 所獲得的諧波信號(hào)分別標(biāo)為S3、S3'、S3''和S3'''等等。
[0048] 在兩個(gè)諧波生成系統(tǒng)H3和H4彼此串聯(lián)連接的情況下，從在上游連接的模塊H3所 生成的諧波信號(hào)S2' '中獲得了在下游連接的模塊H4的諧波信號(hào)S3' ''。
[0049] 如果使用多個(gè)諧波生成系統(tǒng)H1-HN，則模塊H1-HN優(yōu)選地實(shí)施不同的諧波生成方 法，或者至少是對(duì)于相同的方法具有彼此不同的調(diào)整參數(shù)。
[0050] 來自諧波生成系統(tǒng)H1-H4的信號(hào)S3、S3'、S3"和S3"'被施加到信號(hào)組合裝置 C3的輸入端，例如實(shí)現(xiàn)與加法裝置C1和C2相同的加法運(yùn)算的加法裝置。優(yōu)選地，在諧波生 成系統(tǒng)H1-HN的輸出端所獲得的信號(hào)S3、S3'、S3' '和S3' ''在其被施加到組合裝置C3的 輸入端之前借助于模塊E1、E5、E6和E7而被均衡。在裝置C3的輸出端獲得了稱為總諧波 信號(hào)的信號(hào)S3g。
[0051] 對(duì)在組合裝置C3的輸出端獲得的信號(hào)S3g所執(zhí)行的后續(xù)處理步驟與對(duì)來自圖1 中的模塊H1的信號(hào)S3所實(shí)現(xiàn)的處理步驟相同。換句話說，除了諧波生成模塊H1-HN的數(shù) 量增加之外，裝置1的其余部分相對(duì)于圖1所示的保持不變。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于減少揚(yáng)聲器的環(huán)境的寄生振動(dòng)、同時(shí)保持對(duì)電聲音信號(hào)（si)的低頻感知 的方法，所述電聲音信號(hào)（S1)稱為原聲信號(hào)并且用于在由具有截止頻率（fc)的所述揚(yáng)聲 器（HP)處理之后被廣播， 其特征在于，該方法包括以下步驟： -識(shí)別引起所述揚(yáng)聲器（HP)的環(huán)境振動(dòng)的頻帶，所述頻帶稱為振動(dòng)頻帶； -將所述原聲信號(hào)（S1)的低頻帶（S2)隔離，其中所述原聲信號(hào)具有作為上限的接近所 述揚(yáng)聲器（HP)的截止頻率（fc)的頻率； -從被隔離的原聲信號(hào)（S3)的低頻帶（S2)中生成至少一個(gè)諧波信號(hào)（S3); -組合所述原聲信號(hào)（S2)和所述諧波信號(hào)（S4)以獲得重組信號(hào)（S6);以及 -除去所述重組信號(hào)（S6)的振動(dòng)頻帶以獲得能夠被所述揚(yáng)聲器（HP)廣播的信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟：在頻率上偏移所述諧波信號(hào) (S3)的頻譜線以使得位于所述揚(yáng)聲器（HP)的所述截止頻率（fc)之下的某些諧波被偏移到 所述揚(yáng)聲器（HP)的所述截止頻率（fc)之外以被所述揚(yáng)聲器廣播。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，其包括以下步驟：在已經(jīng)除去所述振動(dòng) 頻帶之后壓縮所述重組信號(hào)（S6)的低頻部分的力度以增加位于所述振動(dòng)頻帶周圍的所述 重組信號(hào)（S6)的譜線的被感知功率。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，其包括以下步驟：生成多個(gè)諧波信 號(hào)（S3，S3'，S3''，S3'''）并組合所述諧波信號(hào)以獲得稱為總諧波信號(hào)（S3g)的信號(hào)，所述 總諧波信號(hào)（S3g)與所述原聲信號(hào)組合以獲得所述重組信號(hào)（S6)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其包括以下步驟：從預(yù)先從所述原聲信號(hào) (S1)的低頻帶（S2)中生成的諧波信號(hào)（S3''）中生成至少一個(gè)諧波信號(hào)（S3'''）。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，為了生成包含在所述諧波信號(hào) (S3, S3'，S3''，S3'''）中的諧波，所述方法包括以下步驟：臨時(shí)校正或除去所述低頻帶的 信號(hào)的負(fù)部分的步驟和除去由此產(chǎn)生的連續(xù)分量。
7. -種用于處理聲音信號(hào)的裝置，其特征在于，包括適于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至6之一 所述的方法的裝置。
【文檔編號(hào)】F16F15/00GK104115510SQ201280054768
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】弗雷德里克·阿馬杜, 托馬斯·埃斯諾, 亞歷山大·塞尼雷斯 申請(qǐng)人:阿爾卡米斯