[发明专利]用于控制音频信号的临界频带中的失真的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年8月18日提交的美国临时专利申请No.61/401,746的优先权，其全部内容通过引用合并到本申请中。

技术领域

本发明涉及用于控制由扬声器发出的声音的失真的方法和系统。在典型的实施方式中，通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中可能发生总谐波失真的（再现的音频信号的）临界频带中的失真进行限制来控制失真。

背景技术

贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“对”信号或数据执行操作（例如，滤波或压缩）的表达用于广义上表示对信号或数据、或对该信号或数据的处理过的版本（例如，对在对信号执行操作之前已经经历了初步滤波的信号的版本）直接执行操作。类似地，“将滤波器施加于”信号的表达用于广义上表示将该滤波器直接施加于信号、或信号的处理过的版本（例如，对在将相关的滤波器施加于信号之前已经经历了初步衰减或其他滤波的信号的版本）。

贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“系统”的表达用于广义上表示设备、系统或子系统。例如，确定滤波器的子系统可以称为滤波器系统、并且包括这样的子系统的系统（例如，包括扩音器、用于在扩音器的信号路径中施加滤波器的装置以及确定滤波器的子系统的系统）也可以称为滤波器系统。

贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“扬声器”和“扩音器”同义地用于表示任何发声变换器。

贯穿包括权利要求在内的本公开内容，由扬声器“再现”信号（例如，“输入”信号或“输入音频”信号）的表达表示使扬声器响应于该信号来产生声音，包括通过执行任何所需的信号的放大和/或其他处理。

移动电话扬声器和其他微型扬声器经常呈现大量失真，该大量失真限制了扬声器可以以舒适的方式为用户再现音频的最大音量。例如，当以其中总谐波失真（THD）达到峰值（即，呈现局部最大值）的范围内的频率过度驱动扬声器时，任何扬声器的输出都遭受失真。

在本发明以前，还不知道如何通过使用在扬声器测量操作中预定的控制参数对其中THD达到峰值的（再现的音频信号的）临界频带中的失真进行限制来以计算上有效的方式限制扬声器（例如，微型扬声器）的输出的失真。

贯穿包括权利要求在内的本公开内容，（信号的）“总谐波失真”和“THD”表达中的每个表达用于广义上表示信号的总谐波失真（在本领域中公知的意义上）或表明信号的总谐波失真的估计的任何值（例如，任何测量值）。信号的“THD”的示例（如本文所使用的）是表明信号的THD加上噪声（THD+N）的测量值。

已经提出采用其他技术（例如，Volterra–Wiener建模）来限制扬声器失真，但这些技术通常要求高水平的计算复杂性，因而不能以实用的方式在便携式声音设备例如移动电话上或者在需要高程度的计算效率的其他应用中实现。

本发明的失真控制系统的典型实施方式结合压缩器和/或限幅器用于增加扬声器的输出的平均（例如，RMS）功率同时防止数字削波（digital clipping）。压缩器通常通过检测（在一段时间上平均的）信号水平以及经由其瞬时值是由相应的所检测的水平来确定的随时间变化的量对信号进行放大来限制待再现的音频信号的整体动态范围。一种类型的被称为RMS压缩器的压缩器检测信号的RMS功率，并且通过其瞬时值是由相应的所检测的RMS功率来确定的随时间变化的量对信号进行放大。限幅器对待再现的音频信号的峰值进行扫描，并且通常以防止削波的方式在每个峰值处（或左右）使信号进行衰减。“压缩器/限幅器”包括压缩器级顺次限幅器级（通常，在信号处理链中限幅器级跟随压缩器级）。

压缩器或压缩器/限幅器的使用可以确保即使安静的内容（其没有最佳地利用数字PCM域）也能在移动电话扬声器（或其他扬声器）上发出响亮且清晰的声音。对于已经响亮的内容（即，最佳地利用数字PCM域的内容，例如一些新近混合的流行音乐），压缩器（或压缩器/限幅器）不应当显著地修改音频，以便不引起过度的数字失真。

在本文中，我们使用“响度最大化器（loudness maximizer）”的表达来表示通常包括压缩器和/或限幅器的系统，该系统被配置成限制再现的音频信号的动态范围，以及增加再现的音频信号的感知的整体平均响度水平，且优选地不引入听得见的不期望的处理产物。