用于声音再现的补偿系统和方法技术方案

一种声音补偿系统改变用于输入到具有相关行为特性的声音再现设备的电声频信号。设备的行为特性由声音再现设备的各单个组件的个体或群组定义，并且包括机械、声学及电磁行为。模型包括模拟声音再现设备的行为特性中的至少一个的多个滤波器。滤波器由数字信号过程或由模拟电路定义，并且以相关联的频率、时间、相位及暂态响应中的一个或多个为特征。这些响应结合以定义模型的整体响应。滤波器包括可调节参数，用于改变滤波器响应，以产生与未经改变的滤波器的响应共轭并因而与声音再现设备的响应共轭的响应。一控制器修改参数。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种用在声音传输和再现系统中的补偿方法和系统，更具体地 说，涉及一种使用参数值来控制或调节具有变换或模型的过程的补偿方法和系统，所述变 换或模型具有像传输或再现系统中所使用的组件或元件那样的属性或响应。
技术介绍
大多数声频再现系统使用机电扬声器来声学地再现声频信号。扬声器的电气、机 械、及声学属性常常比理想的差，引起失真、响应异常、及声音的其他染色(coloration)。多 种技术被用来补偿扬声器的特性，以便提高所感觉到的声频质量。在实际上使用并且在文献中发现了扬声器的功能或行为模型，用于形成这 样的补偿。模型和建模过程如何工作的一个良好例子在“ActiveEqualization of Loudspeakers (扬声器的有源均衡)”，Speaker Builder, 1997年2月中描述。模型强化技 术语言，并且通常打算模仿或模拟扬声器系统对电刺激的声学响应。模型产生或综合常常 是从形成元件的功能分组开始，这些功能分组集中代表了扬声器的全部或一部分，或者像 扬声器的全部或一部分那样举动。线圈和磁铁部分成为由电阻器、电感器、电容器、反EMF 发电机及其他被变换部分所表示的电机。诸如空气体积、运动质量、声学加载、磁性制动、及 机械损耗之类的因素的组合可被分析，并被简化成LCR谐振器网络或电路。最经常的是，模 型中所表达的变换后的机电、声学、及机械表示被进一步简化或减小到较少元件。模型仍像 扬声器那样响应，但形成模型的部分已没有对于形成扬声器的部分的准确行为等同。因此， 当扬声器的部分被改变时，传统模型既不打算也不能够进行针对参数的零相位补偿。人们能描述良好构思的模型的频率响应以及其他属性的特征，并逆转该频率响应 及其他属性，并且实现扬声器的线性相位校正。该技术的确多少能起点作用，但其依靠传统 模型的专用、不灵活电路或特殊过程限制其用于单扬声器设计。某些构造成在多个驱动器 中划分信号频谱的高质量交叉(crossover)网络可能具有象这样的某种共轭响应校正。低频谐振提升(boost)是专门为大多数扬声器而设计的。通常使传统模型表示可 量化和可预测声学行为以及影响低音响应的其它扬声器设计因素。机械构造和空气的属性 确定频率、谐振损耗及配置对来自扬声器的声学输出的影响。能以这种方式对于较宽的频 率范围设计和实现对零相位共轭或同阶校正的良好近似。几个组件需要匹配谐振行为，但 当对具有类似概念和设计的不同扬声器进行调节时这些组件都彼此相互作用。因此，操作 未被严格地按参数控制，因为必须根据模型重新计算调节以产生最精确重现新扬声器所需 要的最小相位或准确匹配。当添加较多校正时，相互作用问题变得难以克服。每当进行调 节时，必须以实验方式调整系统或分析模型。因此，用于响应平化的集总模型过程是为特定扬声器而固有设计的。对于其它扬声器必须重新设计该过程。传统曲线拟合方法可能要求建立几百个数据点和相应调节，并且要求多个组件或 大量处理功率匹配所获取的频率响应。模拟方法是不实际的，而数字过程需要大量计算和 大规模的体系结构来实现这点。在没有对扬声器及其操作的知识的情况下，两者都不能提 供相位精确响应或稍后描述的隐藏校正。在没有模型的情况下，根据所测量的响应把幅度、 时间和相位校正结合在一起的努力变得很艰难。扬声器的某些最重要行为(关于声学可感觉效果)不能由传统方法来建模或实 现。这样的行为包括驻波干扰、模态分散(modal breakup)和耦合谐振以及来自这样的潜 在相互作用的声学和机械行为的非线性后果。起相反作用的随机运动或分散可能发生。即 使当平均响应保持平坦或者与再现的其它频率相同时，能量在信号刺激期间也能逐渐增长 而当信号变化或停止时也能被释放。另外，需要考虑与运动部分的刚度(stiffness)和用 于远离驱动音圈的运动的高频解耦有关的其它空间因素。这些因素中的任一个都能对双耳 听觉产生源运动、延迟能量释放以及相位误差。通常，这样的破坏响应可能是不可见的，或 者很难由传统麦克风和频谱分析器校准方法来解释。例如，由节点(nodal)和驻波行为产生的不必要的响应影响扬声器的稳定时间、 方向行为及辐射输出。通常，这些响应引起信息信号的感觉变化，然而从响应图中可能看不 到或识别不出这些感觉变化。具有大存储能量的机械运动在换能器不同部分处可能异相。 声学输出可能显得是平坦的，但人类双耳听觉能把行为本地化到其源，并且改变后的感觉 能使立体成像变坏。通常，机械干扰是可听见的，但是从使用频率扫描和麦克风进行的响应测量中是 看不见或难以解释这种机械干扰的。辐射表面的部分能以相对于其他部分的不同相位关 系振动，从而其加性声学输出与换能器内的运动和所涉及的能量存储相比较低。当在节点 频率处的信号变化并且突然停止时，存储能量的释放能与在不同频率处的其他信号相互作 用。所产生的在两个频率之间的差拍声是可听到的并且非常令人讨厌。具有在干扰频率范 围中的频谱的声音可能显得较响并且是粒状的。人类双耳听觉能把干扰本地化到驱动器或 方向波瓣可能从其弹回的表面，由此进一步损害来自多扬声器立体声再现的舞台幻觉。对 于这种情形，必须充分衰减产生机械干扰的频率，以防止结果响应的未掩蔽的再现。经验已 经表明，实现这一点所需要的尖锐深陷波器(notch)除去校正频率周围的足够能量以产生 鼻音。如果修改这种不适当校正以实现平坦响应，那么机械声音与潜在的不合需要的平衡 象差一道保持。用换能器、外壳、及扩展低音响应的谐振装置，如端口或无源辐射器来构造多个小 扬声器。通常，这些部分设计成实现效率、频率响应精度、低音扩展、及可接收失真之间的实 际和经济折衷。便宜、低功率系统的设计者一般选择较高效率，以便降低放大器要求，以及 电源和封装的有关成本。折衷情形暴露多个不合需要的行为方面。大多数传统扬声器校正方法应用幅度均衡的某种变化以平化和扩展来自扬声器 的响应。调节有时通过耳朵实现。为了进行定量调节，人们必须获得有关数据。实现这点 的大多数普通技术使用来自噪声刺激的频谱分析。然后，响应图或显示指示如何调节均衡 器。基于延迟接收或抽样窗口的较成熟技术能测量来自扬声器的第一到达响应，并且能除 去高频室内干扰以产生类似无回声的数据。目的是捕获与室内听众或标准测量操作有关的信息，在该标准测量操作中，通常指定一个测试麦克风，并将其放置在离扬声器一米处。这 样的技术产生单点测试麦克风听起来平衡的响应。一种或多种已知系统通过调节路径长 度、或时间延迟来把多个扬声器对准一个收听位置，从而稍微胜过这种技术。其他技术在一个事件之后提供暂态响应波形、瀑布图或一系列频谱图。获取群延 迟和与时间有关的信息。这样的数据需要解释，并且对于频率响应校平(leveling)操作的 用途有限。能识别一些行为响应，但必须知道关于扬声器的更多信息。为此需要诸如加速 度计、差分声学探针、以及麦克风之类的测量器件设备。检测仪器可被放置得靠近一个可疑 行为地点，并且被移动以探测响应如何随位置变化。可在所有可疑频率上调谐或缓慢扫过 加权陷波，同时主观地观察噪声产生。需要关于部件尺寸、收听位置、以及地板、书架、可能 的计算机监视器、或可能是收听环境的一部分的其他介入物体的更多信息。需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于改变输入到具有相关行为特征的声音再现设备的电声频信号的声音补偿系统，所述系统包括所述声音再现设备的模型，具有模拟所述声音再现设备的行为特性的多个滤波器，其中：每个所述滤波器具有相关的响应，可被结合以定义所述模型的整体响应；以及对应于所述声音再现设备的一单个组件的至少一个所述滤波器可响应于所述声音再现设备的所述单个组件被另一单个组件替换而被另一滤波器替换，其中所述另一滤波器模拟另一单个组件的行为特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：麦茨米尔博格，亚历克斯里姆伯里斯，蒂莫西E昂德斯，基思O约翰逊，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]