專利名稱：自動音頻信號動態(tài)范圍調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號的自動處理領(lǐng)域，更具體地，涉及音頻信號的動態(tài)范圍壓縮/擴(kuò)展領(lǐng)域。
動態(tài)范圍是諸如功率、電流、電壓或頻率那樣的參數(shù)的規(guī)定的最大級別與該參數(shù)的最小的可檢測的級別的比值。在音頻信號處理領(lǐng)域中，術(shù)語動態(tài)范圍通常是指通常被稱為信號電平的功率級別的動態(tài)范圍。信號電平通常以分貝(dB)來計(jì)量，以及動態(tài)范圍通常被表示為在最大信號電平與最小信號電平之間的差別，以dB計(jì)。在本申請中，動態(tài)范圍將涉及以dB計(jì)的信號電平的差別。
人的聽覺的動態(tài)范圍，即我們可感知的最輕的聲音與我們可舒服地聽到的最響的聲音之間的差別，約為120dB。由乙烯樹脂唱片典型地提供的動態(tài)范圍約為55dB。對于CD可提供的動態(tài)范圍約為90dB，以及對于DVD的動態(tài)范圍約為120dB。
壓縮器、擴(kuò)展器、和噪聲選通器是用來改變動態(tài)范圍的音頻信號處理設(shè)備。通常這樣做是為了在錄制時得到更協(xié)調(diào)的聲音，或提供特殊的效果以便在不提高最大音量下使得音樂聲音更響。壓縮器通過給較低電平的信號提供更高的信號增益以減小動態(tài)范圍而起作用。壓縮可提高演奏中較輕部分的響度和/或使得較響部分安靜。擴(kuò)展器是壓縮器的對立面。擴(kuò)展器使得音頻的較輕部分安靜和/或使得較響部分更響，以便提高動態(tài)范圍。噪聲選通器通過截?cái)嗷蚪刂馆^低的電平信號而降低動態(tài)范圍。
模擬廣播電臺通常壓縮音頻的動態(tài)范圍，因?yàn)槟M廣播中對廣播的最大音量和高的噪聲電平有法定限制。模擬廣播的接收機(jī)通常使用噪聲選通器來截?cái)嘈盘柕膭討B(tài)范圍的下面部分以減小噪聲。某些模擬接收機(jī)也包括擴(kuò)展器，用來擴(kuò)展接收信號的動態(tài)范圍。
在數(shù)字廣播中，不需要壓縮和噪聲選通器，因?yàn)闆]有音量限制以及傳輸噪聲不導(dǎo)致在譯碼后音頻信號中的噪聲。然而，數(shù)字廣播電臺繼續(xù)壓縮音頻，以便保持與模擬廣播相同的聲音，也因?yàn)樵S多收聽者處在嘈雜的環(huán)境下，或以相對較低的音量收聽。
長期以來一直看到，用戶在聲音質(zhì)量的各個方面通常想要更多的控制。即使某些最早的音頻設(shè)備也給用戶提供音量控制。當(dāng)立體聲第一次被開發(fā)時，就立即給用戶提供左和右聲道音量的單獨(dú)控制。以后，音頻設(shè)備給用戶提供高音和低音設(shè)置的控制，以及環(huán)繞聲通常給用戶提供前面和后面揚(yáng)聲器的音量的控制。
本領(lǐng)域技術(shù)人員被引導(dǎo)到以下的文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)在此引用以供參考。2003年1月2日公布的Adoram Erell的美國專利申請US2003/0002659 A1公開一種電話，其中由電話的揚(yáng)聲器提供的聲音的動態(tài)范圍可根據(jù)由電話的話筒接收的音頻信號中的噪聲而被調(diào)節(jié)。已公布的美國專利申請US 2001/0055400 A1公開了根據(jù)汽車中的音頻設(shè)備的音量設(shè)置的動態(tài)范圍壓縮。
雖然已經(jīng)知道，由揚(yáng)聲器提供的聲音的最佳動態(tài)范圍可能取決于環(huán)境噪聲或信號電平，但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)根據(jù)至少部分與環(huán)境噪聲電平或音量設(shè)置值無關(guān)的其它條件來控制揚(yáng)聲器的動態(tài)范圍是有用的。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)因?yàn)橐纛l演奏的聽眾通常不知道需要調(diào)節(jié)動態(tài)范圍，所以需要動態(tài)范圍的自動控制。也就是，雖然音頻設(shè)備的用戶喜愛一個動態(tài)范圍設(shè)置值勝過另一個動態(tài)范圍設(shè)置值，但用戶不明白動態(tài)范圍需要調(diào)節(jié)，或動態(tài)范圍是應(yīng)當(dāng)增加還是減小。在本發(fā)明中，音頻信號的動態(tài)范圍例如取決于環(huán)境或外部條件而被自動調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的一方面，聲音源接收輸入音頻信號和取決于與聲音無關(guān)的環(huán)境條件的感受信號。聲音源具有動態(tài)范圍控制器，該控制器自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于感受的信號。然后聲音源把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
輸入信號可以是調(diào)諧器，用于從來自電纜、衛(wèi)星或天線的調(diào)制的廣播信號提供基帶音頻信號；讀出器，用于從記錄載體提供音頻信號；或局域網(wǎng)連接。自動動態(tài)范圍控制器可提供連續(xù)的調(diào)節(jié)，例如正比于感受信號。替換地，自動動態(tài)范圍控制器可以提供取決于感受信號的預(yù)定的電平的離散的調(diào)節(jié)，例如取決于閾值電平的接通/關(guān)斷調(diào)節(jié)。
與聲音無關(guān)的環(huán)境條件，例如可以是一天的時間、環(huán)境光的級別、聲音源的位置、在聲音源的位置處的聲學(xué)特性、和當(dāng)聲波表示音樂時的該音樂的類別。
本發(fā)明的另一方面，聲音源接收輸入音頻信號和至少兩個感受信號。一個感受信號取決于環(huán)境聲音噪聲水平，另一個感受信號取決于諸如聲音源的音量設(shè)置值等不同的條件。聲音源具有動態(tài)范圍控制器，該控制器自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于兩個感受信號。然后聲音源把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
通過下面參照以下附圖的詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易明白本發(fā)明的另外各方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1顯示本發(fā)明的聲音源的具體的示例性實(shí)施例。
圖2顯示本發(fā)明方法中用于調(diào)節(jié)所提供的聲波動態(tài)范圍的具體的示例性實(shí)施例。
在圖1上，便攜式聲音源100包括動態(tài)范圍控制器102。這樣的便攜式聲音源包括AM/FM收音機(jī)、CD和DVD播放器、電視機(jī)、車載音頻系統(tǒng)、和MP3播放器。動態(tài)范圍控制器在輸入端104處接收音頻輸入信號和在一個或多個感受端106-108處接收感受信號，以及根據(jù)感受信號調(diào)節(jié)音頻輸入信號的動態(tài)范圍以在輸出端110處提供輸出信號。音頻輸出信號被引導(dǎo)到揚(yáng)聲器112，把音頻輸出信號變換成聲波。動態(tài)范圍控制器可以是一個或多個動態(tài)范圍壓縮器、動態(tài)范圍擴(kuò)展器或噪聲選通器的組合。揚(yáng)聲器112可以是用于把音頻輸出信號變換成聲波的任何裝置。揚(yáng)聲器可以是單聲道、立體聲和環(huán)繞聲的，以及可包括多種揚(yáng)聲器類型，諸如高音喇叭、號角、低音喇叭、或固態(tài)聲音裝置。輸入端104通過開關(guān)120連接到音頻信號輸入。音頻信號輸入的熟知的例子包括天線122和解調(diào)器/調(diào)諧器124。天線可以是用于接收地面廣播的射頻天線，或衛(wèi)星天線。這樣的輸入的熟知的例子包括蜂窩電話系統(tǒng)、AM/FM無線電、電視廣播、或無線網(wǎng)。替換地，輸入可以是存儲器裝置讀出器206，諸如CD、DVD、硬盤驅(qū)動器、或固態(tài)存儲器盒接口、另外，輸入可以是一個到有線網(wǎng)的連接208，諸如一個到CATV系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接。
傳感器輸入端106-108接收來自傳感器210-216的傳感器信號。圖上的橢圓表示可以提供另外的傳感器。這里，傳感器具有非常廣泛的意義。傳感器可以是檢測或確定諸如環(huán)境、外部或內(nèi)部條件的條件的任何裝置。例如，傳感器可以是時鐘212，用來提供一天中的時間；或多個話筒214和216，用來檢測環(huán)境聲音水平；或處理器210，用來確定輸入音頻信號的動態(tài)范圍。另外的檢測器可包括環(huán)境光傳感器、諸如GPS那樣的位置傳感器、網(wǎng)絡(luò)檢測傳感器(例如，確定聲音源處在汽車內(nèi)時)、或用于確定聲音源的位置的聲學(xué)特性的傳感器。在處理器210的情形下，處理器可以檢測輸入音頻信號的功率電平或它可以檢測音頻信號中的信息，諸如信號中音樂的類別。傳感器可以是通信設(shè)備，它例如接收來自無線電的代碼或紅外遙控信號，以用于識別聽眾，以及傳感器可以提供感受信號以表明聽眾對于動態(tài)范圍的喜愛情況。
在圖2上，顯示了本發(fā)明的方法的一個例子200。在步驟202，接收輸入音頻信號。在步驟204，接收感受信號。感受信號可以取決于與環(huán)境噪聲或聲音音量無關(guān)的任何環(huán)境或外部條件。在步驟206，調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，調(diào)節(jié)取決于該感受信號。在步驟208，例如通過揚(yáng)聲器把輸出音頻信號變換成聲波。
以上的說明僅僅說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)看作為把所附權(quán)利要求限制于任何具體的實(shí)施例和實(shí)施例組。因此，雖然本發(fā)明是具體地參照具體的示例性實(shí)施例詳細(xì)地描述的，但應(yīng)當(dāng)看到，可以作出許多修改和改變而不背離如以下的權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的更廣義的和預(yù)期的精神和范圍。因此，技術(shù)說明書和附圖僅僅被看作為說明性的，而不是限制所附權(quán)利要求的范圍。
在解譯所附權(quán)利要求時，應(yīng)當(dāng)看到(a)單詞“包括”并不排除不同于給定的權(quán)利要求中列出的那些的、附加的單元或步驟的存在；(b)在單元前面的單詞“一個”不排除多個這樣的單元的存在；(c)在權(quán)利要求中的任何標(biāo)號不限制它們的范圍；(d)幾個“裝置”可以由同一個項(xiàng)目或硬件或軟件實(shí)施的結(jié)構(gòu)或功能代表；以及(e)每個公開的單元可以由硬件部分(例如分立的電子電路)、軟件部分(例如，計(jì)算機(jī)編程)、或它們的任何組合組成。
權(quán)利要求
1.一種聲音源，包括一個用于接收輸入音頻信號的輸入端(104)；一個用于接收感受信號的輸入端(106)，該信號取決于與聲音無關(guān)的環(huán)境條件；動態(tài)范圍控制器(102)，它自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于感受信號；以及揚(yáng)聲器(112)，它把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
2.權(quán)利要求1的聲音源，其中輸入是從一個或多個以下的項(xiàng)目中選擇的解調(diào)器/調(diào)諧器(124)，用于從來自電纜、衛(wèi)星或天線的調(diào)制的廣播信號提供基帶音頻信號；讀出器(206)，用于提供來自記錄載體的音頻信號；以及網(wǎng)絡(luò)連接(208)。
3.權(quán)利要求1的聲音源，其中動態(tài)范圍調(diào)節(jié)根據(jù)感受信號在動態(tài)范圍調(diào)節(jié)的離散的各預(yù)定水平之間切換。
4.權(quán)利要求3的聲音源，其中取決于感受信號，在一些情形下，輸出信號的動態(tài)范圍等同于輸入信號的動態(tài)范圍，以及在其它情形下，輸出信號的動態(tài)范圍顯著小于輸入信號的動態(tài)范圍。
5.權(quán)利要求1的聲音源，其中自動動態(tài)范圍控制根據(jù)感受信號的基本上連續(xù)的變化而提供輸出音頻信號動態(tài)范圍調(diào)節(jié)水平的基本上連續(xù)的變化。
6.權(quán)利要求1的聲音源，其中與聲音無關(guān)的環(huán)境條件是一天中的時間。
7.權(quán)利要求1的聲音源，其中與聲音無關(guān)的環(huán)境條件是環(huán)境光的級別。
8.權(quán)利要求1的聲音源，其中輸入音頻信號是音樂，以及與聲音無關(guān)的環(huán)境條件是音樂的類別。
9.權(quán)利要求1的聲音源，其中與聲音無關(guān)的環(huán)境條件是聲音源的位置。
10.權(quán)利要求1的聲音源，其中與聲音無關(guān)的環(huán)境條件是聲音源的位置處的聲學(xué)特性。
11.權(quán)利要求1的聲音源，其中多個傳感器根據(jù)多個環(huán)境條件提供一個或多個感受信號，以及動態(tài)范圍控制根據(jù)一個或多個感受信號調(diào)節(jié)動態(tài)范圍。
12.一種方法，包括接收輸入音頻信號；接收感受信號，該信號取決于與聲音無關(guān)的環(huán)境條件；自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于感受信號；以及把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
13.一種聲音源，包括用于接收輸入音頻信號的輸入端；用于根據(jù)一個條件接收第一感受信號的輸入端，該條件是環(huán)境聲音噪聲電平；用于根據(jù)另一個不同的條件接收第二感受信號的輸入端；動態(tài)范圍控制器，它自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于第一和第二感受信號；以及揚(yáng)聲器，用于把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
14.權(quán)利要求13的聲音源，其中所述另一個條件涉及到聲音。
15.權(quán)利要求13的聲音源，其中所述另一個不同的條件是聲音源的音量設(shè)置。
16.權(quán)利要求13的聲音源，其中所述另一個不同的條件是輸入音頻信號的動態(tài)范圍。
17.一種聲音源，包括用于接收輸入音頻信號的輸入端；用于根據(jù)與聲音無關(guān)的外部條件接收感受信號的輸入端；動態(tài)范圍控制器，它自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，該調(diào)節(jié)取決于感受信號；以及揚(yáng)聲器，用于把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
18.權(quán)利要求17的聲音源，其中與聲音無關(guān)的外部條件是聽眾的身份。
19.權(quán)利要求17的聲音源，其中與聲音無關(guān)的外部條件是揚(yáng)聲器與聽眾之間的距離。
20.權(quán)利要求17的聲音源，其中與聲音無關(guān)的外部條件是聲音源的位置。
21.權(quán)利要求17的聲音源，其中與聲音無關(guān)的外部條件是輸入音頻信號的源。
全文摘要
聲音源接收輸入音頻信號和取決于外部條件的感受信號。聲音源具有動態(tài)范圍控制器，自動調(diào)節(jié)輸入音頻信號的動態(tài)范圍以提供輸出音頻信號，這種調(diào)節(jié)取決于感受信號。然后聲音源把輸出音頻信號變換成環(huán)境聲波。
文檔編號H03G7/00GK1914796SQ200580003347
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者R·M·約瑟夫, P·L·薩維基 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司