收聽空間特性校正裝置的製作方法
2023-10-08 15:31:59 2
專利名稱：收聽空間特性校正裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於校正由收聽空間的形狀和大小引起的頻率畸變的裝置，特別是預先測定收聽空間的各種形狀引起的信號畸變特性、建立資料庫，用戶對各種空間可以進行校正的收聽空間特性校正裝置。
通常，在音頻設備中，用於記錄及重放聲音而使用的CD(盒式磁碟)或DAT(數字音頻磁帶)重放輸出的音頻聲音，因信號很弱而通過功率放大器放大到收聽者能夠收聽的程度。
放大了的聲音，通過揚聲器輸出實際可聽的聲音，這時，揚聲器輸出的聲音由於收聽者所在的收聽空間的音響特性而失真，同實際的聲音有差別。
引起重放的聲音失真的主要原因在於收聽空間的形狀和壁面的聲音反射率。
因此，收聽者實際聽到的聲音並不是由CD或DAT等輸出的原聲音，而是由於收聽空間的特性產生了失真的聲音。
為了解決上述問題，以往是向收聽空間輸出試驗信號，在根據返回的信號掌握收聽空間的特性後，再根據收聽空間的特性，通過校正畸變的頻率特性來對重放輸出的信號校正聲音的失真。
圖1是先有的這種校正頻率特性的收聽空間特性校正裝置的框圖。
根據圖1，先有的收聽空間特性校正裝置由信號源10、試驗信號生成器20、混頻器30、均衡器40、功率放大器50、揚聲器60、頻率特性檢測器80、A/D變換器90和控制器100構成，信號源10用來重放記錄在CD或DAT上的聲音;試驗信號生成器20產生用於校正收聽空間等特性引起的聲音失真的試驗信號;混頻器30用來把上述試驗信號生成器20產生的試驗信號載於傳送上述信號源10輸出的聲音的音頻設備的傳送線路;均衡器40用於補償由上述混頻器30輸出的信號的頻率特性;由於均衡器40輸出的聲音比較弱，功率放大器50用於把重放的聲音放大到收聽者能夠收聽的程度;揚聲器60用來把上述功率放大器50放大的聲音放大成可聽的聲音;頻率特性檢測器80從輸入到用於再次接收揚聲器60輸出的試驗信號的話筒70的試驗信號中提取收聽空間的頻率特性;A/D變換器90用來把上述檢測的頻率特性信號變換為數位訊號;控制器100用來把A/D變換器90輸出的信號與試驗信號進行比較，生成收聽空間的校正信號後，輸出給均衡器40，校正收聽空間引起聲音的頻率失真。
在上述構成的收聽空間特性校正裝置中，音頻設備一動作就由控制器100指示試驗信號生成器20輸出試驗信號。上述試驗信號生成器20根據控制器100的指令輸出試驗信號。
這時，所使用的試驗信號通常為白噪聲或粉紅噪聲，特殊情況時，使用脈衝信號。
由上述試驗信號生成器20輸出的試驗信號經混頻器30後，通過均衡器40、功率放大器50和揚聲器60輸出。通過上述揚聲器60輸出的試驗信號，由收聽空間的形狀及壁面的聲音反射率而發生畸變。
如上所述，在收聽空間發生了畸變的試驗信號，通過設置在收聽空間特定位置(使用者的收聽位置)的話筒70，輸入到頻率特性檢測器80中。頻率特性檢測器80根據輸入的試驗信號提取收聽空間的頻率特性。
這時，對於試驗信號生成器20輸出的試驗信號為白噪聲或粉紅噪聲的情況，上述頻率特性檢測器80檢查減少了的頻率部分。如果使用的是脈衝信號，則通過對輸入的信號進行FFT分析後，提取收聽空間的頻率特性。從頻率特性檢測器80提取的頻率特性信號為模擬信號，所以，由A/D變換器90把它變換為數位訊號。
將由A/D變換器90變換成數位訊號的頻率特性信號輸入到控制器100。控制器100把輸入的頻率特性信號和試驗信號生成器20輸出的原試驗信號進行比較後，提取收聽空間的傳輸特性。上述控制器100根據提取的收聽空間的傳輸特性，計算校正特性。把計算出的校正特性輸出到均衡器40。均衡器40在僅用從控制器100輸入的校正特性校正由信號源10重放、輸入的音頻聲音後，將其輸出到功率放大器50。
按上述方式校正頻率特性的技術，美國專利第4688258號「AU-TOMATICGRAPHICBOUALIZER」已作了詳細說明。根據上述專利，生成粉紅噪聲後，測量周圍環境的頻率特性，校正檢測的頻率特性、自動地控制圖示均衡器的頻率特性。
但是，上述技術為了接收由於收聽空間的特性及壁面的反射率引起畸變的信號，必須在收聽者所在的位置設置話筒，所以，十分麻煩，並且在話筒和音頻設備之間需要用別的導線連接。
另外，由於音頻設備內應裝設有頻率特性檢測器、A/D變換器和用於計算校正特性的裝置，所以，價格昂貴。
因此，本發明的目的旨在提供一種經濟的收聽空間特性校正裝置，該裝置把對應於收聽空間的形狀及大小的收聽空間的信號畸變特性建立資料庫，可以根據使用者的選擇，校正信號的畸變，能夠排除設置話筒和增加連接導線帶來的麻煩，進而可以去掉話筒等不必要的裝備，簡化音頻設備的設置和結構。
為了達到上述目的，本發明的收聽空間特性校正裝置由開關轉換器、資料庫、控制器和頻率特性校正器構成，開關轉換器用於輸入收聽空間的特性數據;資料庫用來存儲基於收聽空間的特性校正頻率特性的數據和校正頻率特性的程序;控制器根據上述開關轉換器的輸入，利用上述資料庫判讀並輸出相應的收聽空間的特性數據及程序;頻率特性校正器按照上述控制器的程序，利用控制器的特性數據校正音頻設備輸出的信號，並向功率放大器輸出。
下面接合附圖詳細說明本發明。其中圖1是先有的收聽空間特性校正裝置的框圖，圖2～圖5是本發明收聽空間特性校正裝置的實施例的說明圖，圖2是本發明的裝置的框圖，圖3是本發明一個實施例的框圖，圖4是空間形狀及揚聲器的位置的示例圖。圖5a、圖5b是圖2或圖3的校正裝置的電路圖。
本發明的裝置預先測定收聽空間的形狀及大小等決定的校正特性，並存儲到存儲器中，由使用者直接選擇適合於設備所在空間的形狀及大小的校正特性，以此來校正重放聲音的收聽空間引起的失真。
按照圖2，本實施例的收聽空間特性校正裝置由信號源10、開關轉換器110、資料庫120、控制器130、顯示器140、頻率特性校正器150、功率放大器50和揚聲器60構成。信號源10用來重放記錄在如CD或DAT等音頻設備的記錄媒體上的聲音;開關轉換器110由使用者用以輸入收聽空間的特性數據;資料庫120用來存儲收聽空間的特性決定的頻率特性數據和補償頻率特性的程序;控制器130根據開關轉換器110的輸入，利用資料庫120判讀並輸出符合於收聽空間的特性數據及程序;顯示器140根據控制器130的控制，對由開關轉換器110輸入的收聽空間的形狀及大小進行顯示;頻率特性校正器150接受到控制器130的控制信號後，對信號源10輸出的重放信號補償收聽空間產生的頻率失真;功率放大器50將頻率特性經過校正的重放信號放大到可以收聽的程度;揚聲器60將由功率放大器50放大過的聲音放大成為可聽聲音。
這裡，在預先測定由於收聽空間的形狀和大小而畸變的頻率特性後，把為校正畸變的程序和為校正頻率的係數預先存儲到資料庫120中。
因此，使用者在操作開關轉換器110，輸入關於收聽空間的形狀的數據時，控制器130根據輸入的數據在顯示器140上顯示收聽空間的形狀和大小。
另外，控制器130從資料庫120接受用於校正與該輸入數據相當的由收聽空間的特性所決定的頻率特性的程序和係數並將其輸出。
頻率特性校正器150通過控制器130接收校正用的程序和用於校正頻率特性的係數數據，對信號源10輸出的重放信號在收聽空間應產生的頻率失真進行校正後輸出。
功率放大器50將由上述頻率特性校正器150校正過頻率失真的重放信號放大後輸出。揚聲器60將功率放大器50放大過的重放信號放大為可聽聲音後輸出。
按照圖3，開關轉換器110由第1開關112、第2開關114和第3開關116構成，校正頻率特性的模式變更時或使用者選擇頻率特性校正結束時，使用第1開關112;選擇收聽空間的形狀時使用第2開關114;設定收聽空間的大小時使用第3開關116。
資料庫120由存儲著程序和頻率特性校正信號(係數)的ROM122構成，該程序的頻率特性校正信號用於校正由利用開關轉換器110選擇的收聽空間的條件決定的頻率特性。
顯示器140由LCD激勵器142和LCD144構成，LCD激勵器142根據控制器130輸入的與收聽空間的形狀和空間的大小對應的數據輸出LCD激勵信號;LCD144根據LCD激勵器142輸出的激勵信號顯示收聽空間的形狀和空間的大小。
頻率特性校正器150由A/D變換器152、數位訊號處理器154和D/A變換器156構成，A/D變換器152用來把由信號源10重放的模擬信號的音頻信號變換為數位訊號;數位訊號處理器154接收到控制器130輸入的程序和用於頻率特性校正的係數數據後，對信號進行處理;D/A變換器156用來把用上述數位訊號處理器154處理過的數位訊號再次變換為模擬信號。
因此，使用者一按下第1開關112，控制器130就檢測到並確認用於校正收聽空間決定的頻率特性的模式。
然後，通過操作第2開關114確認輸入的收聽空間的形狀，和通過操作第3開關確認輸入的收聽空間的大小。
在由上述第3開關116的操作對收聽空間的大小的輸入結束時，再次操作第1開關112，由控制器130確認對收聽空間的特性的輸入已告結束。
這樣，利用開關轉換器110輸入收聽空間的信息時，控制器130向顯示器140的LCD激勵器142輸出關於收聽空間的形狀及大小的數據。LCD激勵器142根據上述控制器130的輸入數據，輸出LCD激勵信號。
LCD144在根據LCD激勵器142輸出的激勵信號顯示收聽空間的形狀的同時，用橫縱比X∶Y表示收聽空間的大小。
這時，若上述比值按照收聽空間的形狀固定為1∶2、2∶1、1∶1，然後，由第3開關116隻輸入橫軸數據，就能自動地設定縱向的大小，那是很方便的。
即，利用第2開關114選擇具有橫縱比為1∶2的形狀的收聽空間，利用第3開關116的操作將橫向設定為5m，就能根據收聽空間橫縱比自動地把收聽空間的縱向設定為10m，這樣就能夠方便地利用。
另一方面，一旦由於上述使用者對開關轉換器110的操作輸入了收聽空間的形狀和大小，控制器130就從資料庫120中讀出用於校正符合頻率特性畸變的程序和係數，然後輸出給頻率特性校正器150。
這時，根據上述收聽空間的形狀和大小，預先把用於校正畸變的頻率特性的程序和用於校正頻率的係數存儲在資料庫120內。
因此，當頻率特性校正器150輸入信號源10的重放信號時，利用校正頻率信號預先校正並輸出收聽空間發生畸變的頻率特性。其中，A/D變換器152把從上述信號源10輸入的重放信號變換為數位訊號。這是因為使用作為校正頻率特性的DSP的數字濾波器的緣故。
這樣，變換為數位訊號的重放信號，利用由例如數字濾波器等頻率特性校正元件構成的上述DSP154中，根據由控制器130輸入的校正頻率信號(係數)校正頻率特性，由DSP154校正過頻率特性的重放信號，利用D/A變換器156再次變換為模擬信號。
功率放大器50把經過頻率特性校正器150校正過頻率特性的重放信號放大後輸出。揚聲器60把功率放大器50放大的重放信號變為收聽者能聽到的聲音。
另一方面，按照圖4，收聽空間200的橫縱比為X∶Y。這時，通常，收聽空間最好定為欣賞音樂時最理想的形狀的橫縱比，規定為現在居室常見形狀的橫縱比，效果也很好。
但是，本發明為了簡便起見，作為例子舉出了示於圖4(a)、(b)、(c)中其橫縱比(X∶Y)分別1∶2、2∶1和1∶1的收聽空間200的形狀。
因此，為了根據上述收聽空間的形狀和大小校正頻率特性，應該預先把用於校正頻率特性畸變的校正頻率信號存儲到資料庫120內。
為此，在上述形狀的收聽空間中，揚聲器202、204的位置預先設定在正面左右兩側，然後設定收聽者206的位置。
一旦設定了收聽者的位置，就在該位置設置話筒，預先檢測收聽空間的頻率特性。
也就是說，根據設定的各種收聽空間的形狀和大小，檢測引起不同畸變的頻率特性。按上述方式檢測的頻率特性連同收聽空間的資料一起預先存儲到圖2或圖3所示的資料庫120內。這裡，上述資料包括為了在顯示器140顯示出收聽空間形狀的數據和控制器130的動作的程序。
根據圖5，在本發明中，為了校正頻率，使用了數字濾波器。通常，離散系統分為遞歸系統和非遞歸系統。
由於非遞歸系統的脈衝響應為有限長序列，所以，將非遞歸系統稱為FIR系統。於是，數字濾波器也有遞歸型和非遞歸型兩種，前者稱為IIR濾波器，後者稱為FIR濾波器。
由於滿足相同的濾波效果所需要的濾波器的級數N很少，圖5所示的IIR濾波器具有減少存儲器及係數計算器等硬體的負擔的優點，從而可把信號的頻率範圍分為多個頻帶，分別調整各個頻帶產生的信號的放大和縮小。
圖5所示的FIR濾波器由於不需要反饋環而具有安全可靠的長處，能夠滿足線性位相特性的頻譜，可以廣泛應用于波形傳送，有能夠同時調整整個頻率範圍的功能。
在上述圖5a和圖5b中，Z-1為延遲元件，
為倍增器，
為加法器。
在本發明中，為了進行數字處理電路中的信號處理，以IIR濾波器和FIR波濾器為例進行了說明，但是，也可以用其它任何濾波器進行處理。
在圖6中，(a)所示的波形是在使用者設定的特定收聽空間預先測量的畸變頻率特性的一個例子。
因此，使用者為了校正上述畸變的頻率特性，預先把控制頻率特性校正器150的DSP154的程序和係數以及為在顯示器140中顯示上述收聽空間形狀的數據存儲到資料庫120內。
在圖6中，(b)所示的波形是用於校正在圖6a所示的特定收聽空間中畸變了的頻率特性的一個頻率特性圖例。因此，使用者操作開關轉換器110選擇具有圖6a所示的畸變頻率特性的收聽空間時，控制器130就把預先存儲在資料庫120內的程序和系統讀出，並輸給頻率特性校正器150。
於是，頻率特性校正器150便產生具有圖6b所示的頻率特性的信號，根據圖6a所示的收聽空間的特性，輸出具有畸變頻率特性的再生音，如上所述，本發明的校正裝置，把對應於收聽空間的形狀及大小等的收聽空間的信號畸變特性建立資料庫，通過使用者的選擇，可以校正信號的畸變，從而可以排除設置話筒的麻煩及連接導線，進而減去微音機等不必要的裝置，使音頻設備的設置和構成簡化，成本低。
雖然以上所述僅提及到收聽空間的形狀和大小，但對於構成空間壁面的材料的反射率也能夠通過建立資料庫達到本發明的目的。另外，顯然關於收聽空間的形狀，通常可以提供各種各樣的形狀。
在以上所述中，對很具體的實施例作了說明，但顯然，在不脫離本發明的範圍內，本發明完全可以實施於各種變形的情況。
權利要求
1.一種收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於包括開關轉換器、資料庫、控制器和頻率特性校正器；所述開關轉換器用來輸入收聽空間的特性數據；所述資料庫用來存儲校正由收聽空間特性所決定的頻率特性的數據和校正頻率特性的程序；所述控制器根據上述開關轉換器的輸入，利用上述資料庫判讀並輸出適合於收聽空間的特性數據和程序；所述頻率特性校正器根據上述控制器輸出的程序，利用控制器輸出的特性數據校正音頻設備輸出的信號，並輸出給功率放大器。
2.按權利要求1所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於所述開關轉換器由第1開關、第2開關和第3開關構成，當校正頻率特性的模式變更時或使用者選擇頻率特性校正結束時，使用第1開關;第2開關用來選擇收聽空間的形狀;第3開關用來設定收聽空間的大小。
3.按權利要求1所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於所述裝置包括用於顯示由開關轉換器輸入的收聽空間的特性數據的顯示器。
4.按權利要求1及3所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於為了校正由收聽空間的形狀和大小所決定的頻率特性，資料庫存儲了預先測量的校正頻率(係數)和用於校正頻率特性的頻率特性校正器的控制程序。
5.按權利要求1所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於所述頻率特性校正器由A/D變換器、數位訊號處理器和D/A變換器構成，所述A/D變換器用來把信號源重放的模擬信號的音頻信號變換為數位訊號;所述數位訊號處理器接收到控制器輸入的程序和用於校正頻率特性的係數數據後，對信號進行處理;所述D/A變換器用來把由上述數位訊號處理器處理過的數位訊號再變換為模擬信號。
6.按權利要求5所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於所述數位訊號處理器由IIR濾波器構成。
7.按權利要求5所述的收聽空間特性的校正裝置，其特徵在於所述數位訊號處理器由FIR濾波器構成。
全文摘要
本發明涉及校正由於收聽空間的形狀及大小引起的頻率畸變的裝置，特別是預先測定收聽空間的各種形狀引起的信號畸變特性、建立資料庫，從而使使用者可以對各種空間校正畸變的收聽空間特性校正裝置。還有對收聽空間的形狀及大小引起的收聽空間的信號畸變特性建立資料庫，通過使用者的選擇可以校正信號的畸變，從而可以排除設置話筒和連接導線的麻煩，省掉話筒等不必要的裝置，簡化音頻設備的設置及構成，降低了成本。
文檔編號G10K15/00GK1076072SQ9310145
公開日1993年9月8日 申請日期1993年2月11日 優先權日1992年2月28日
發明者李喜秀 申請人:三星電子株式會社