[发明专利]在音频系统中生成谐波

说明书

提供了一种用于通过使用谐波发生器从具有输入频率的输入信号生成谐波的方法和对应的系统，该谐波发生器具有相关联的增益控制器，该相关联的增益控制器用于生成用于控制谐波分量的振幅的可调节增益控制因子。该方法包括在包括调节不同阶数的至少三个谐波分量之间的相对平衡的过程中生成(S1)一系列谐波分量，这些平衡可通过控制至少两个增益控制因子来独立地调节。该至少两个增益控制因子中的每个特定增益控制因子是基于该输入信号和/或从该输入信号得到的信号的至少一个频率相关度量来调节的，该输入信号和/或从该输入信号得到的信号的该至少一个频率相关度量中的一个或多个频率相关度量对于对应的特定增益控制因子是唯一的。该方法进一步包括创建(S2)包括根据如由该至少两个增益控制因子控制的平衡的这些谐波分量的输出信号，其中，这些谐波分量之间的平衡取决于该输入频率。

技术领域

所提出的技术总体涉及音频处理，更具体地涉及一种用于生成谐波的方法和系统、一种用于生成虚拟低音信号(也称作心理声学低音感觉信号)的系统、一种音频处理系统和一种对应的总体音频系统、以及一种计算机程序和一种计算机程序产品。

背景技术

通常，在设计扬声器时会涉及若干约束条件，这些约束条件可能会影响音质。对于很多应用来说，价格点一直很重要。如今，尺寸也变得比以往任何时候都更加重要。小型便携式装置对扬声器的可允许尺寸有非常基本的限制。电池寿命在许多应用中也很重要。

尺寸和成本通常对低音性能的影响最大。扬声器的低频驱动器价格昂贵，因为它们需要具有较大的磁体和较大的物理尺寸。由于人耳的非线性影响，演奏低音的效率也比演奏较高频率的效率低。

同时，此时产生的许多音乐都需要能够很好地播放低频率的扬声器。能够再现50Hz的声音系统通常是准确播放任何类型音乐的必要条件，并且30Hz在现代电子音乐中并不罕见。

如果扬声器无法准确地再现正在播放的音频信号所需的整个频率范围，则其内容的很大一部分将丢失。大多数音乐是许多乐器的混合、跨越不同的频率区域，并且在产生过程中对这些乐器的混合量进行了严格的调节，以使歌曲听起来令人兴奋并经过深思熟虑。虽然缺少低音对歌词和旋律的影响不大，但有很多方面会受到影响。如果在某些时候正在单独演奏重要的低音线，则听者将只会感觉到寂静。不同乐器组或频率区域之间的平衡也将受到严重影响。例如，如果歌曲具有柔和的前奏，其后是带有大量低音的高声部分以使音乐听起来具有戏剧性，则如果无法再现所述低音，那么效果会消失。

然而，可以对到扬声器的信号进行电气修改，以部分地解决这些问题。可以在一定程度上使用音调控制件或均衡器来使低音更响亮，但是这种方法有两个主要缺点：

·扬声器在低频率时不是线性的。这意味着由均衡引起的人为高振幅将使得扬声器的行为难以预测。

·扬声器膜片将需要过度移动。膜片在不引起严重变形或破坏扬声器的情况下可以移动多少是有限制的。

然而，如果可以激发膜片以将DSP(数字信号处理器)实施到产品中，或者由于还需要其他某种功能而已经存在这样的DSP，则存在一些改进低音性能而不会出现上述缺点的方式。

此解决方案称为虚拟低音、虚拟低音增强或心理声学低音增强。关键概念的工作原理如下：

1.定义一个频率，高于该频率则有利于播放频率，低于该频率则需要一些帮助才能重现所有频率。

2.通过使用低通(或带通)滤波器提取所述较低频率范围。

3.从所述滤波器的输出生成谐波。

4.将谐波加回到输入信号或输入信号的一个版本中，该输入信号中已通过使用高通滤波器去除了较低的频率。

现在，扬声器的输出中应该有谐波，这些谐波可以由扬声器再现并且可由人类听者听到。根据所谓的基波缺失现象，如果听者听到基频的两个或更多个连续谐波，则可以感知到从其生成谐波的基波的音高。这使听者听到比扬声器能再现的音高更低的音高。