用於產生音頻信號的音頻系統、方法，計算機系統以及音頻信號的製作方法
2023-08-05 17:50:16
專利名稱：用於產生音頻信號的音頻系統、方法，計算機系統以及音頻信號的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於產生音頻信號的音頻系統。更具體而言，本發明涉及一種音頻系統，特別是音頻警報系統，其用於產生音頻信號，所述系統包括用於產生所述音頻信號的在基本頻率(base frequency)處的成分的模塊，以及用於產生所述音頻信號的在基本頻率之外的另外頻率(other frequencies)處的額外成分(further component)的模塊,其中使用分隔頻帶(separating frequency bands)將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分離，以便增強所述音頻信號的響度(loudness)。本發明還涉及用於產生音頻信號的方法，電腦程式以及音頻信號。
背景技術：
聲音報警(alarm sounds)在公共建築物中是不可缺少的,例如用於安全目的。聲音報警具有向周圍人群通知危險狀況的功能。而且，聲音報警應該在存在背景噪聲的情況下能夠在整個建築物中聽到，並且由此應該滿足多種規定。聲音報警經常由公共喊話系統(public address system)來提供,該公共喊話系統被調節為滿足上述規定。公共喊話系統的製造商主要關注於滿足規定，並且為公共喊話系統所警告的人群提供安全性。但是在考慮到這種公共喊話系統的製造成本的情況下，製造商還關注於將系統的組件控制為低成本。特別是，放大器是影響成本的組件，其中，成本隨著放大器的最大輸出功率的增加而增加。因此，在本領域中，希望提供這樣的聲音報警，其一方面符合規定，並且另一方面不需要放大器的過大的最大輸出功率。同樣的理由適用於揚聲器的所需功率處理能力。具有較低的最大功率處理能力的揚聲器比高功率揚聲器便宜，並且如果需要更少的RMS功率來產生符合規定的聲音報警，則系統成本會降低。此外，這種公共喊話系統經常需要基於電池的備用電源。很多標準要求緊急報警系統應該能夠在使用其備用電源的情況下連續地產生至少30分鐘的警報聲。因此，備用電池造成了系統成本的一大部分。用於相同響度的聲音報警的較低放大器輸出功率降低了備份電池的尺寸和成本。依據心理聲學，已知的是，為了增加信號的響度，信號成分應該在不交疊的關鍵頻帶中儘可能地分布在整個可聽頻譜上。這個與警報聲(alarm tone)相關的科學知識已經在一些專利中在一定程度上得到應用，例如US3504364或US 7089176，其代表了最接近的現有技術。
發明內容
本發明涉及具有權利要求I的特徵的音頻系統，具有權利要求10的特徵的用於產生音頻信號的方法，具有權利要求11的特徵的電腦程式，具有權利要求12的特徵的音頻信號。從屬權利要求、說明書及其附圖
公開了本發明的優選實施例。
因此，本發明涉及音頻系統，其優選地適於和/或可操作用於產生音頻信號，特別是警報音頻信號。所述音頻信號或其主要部分位於可聽頻譜內，例如在200Hz至SkHz之間。所述音頻信號優選地體現為人工聲音(artificial tone)、例如,汽笛聲或恆定聲。研究所述音頻信號的頻率分布，所述音頻信號包括所述音頻信號的具有基本頻率的成分。優選地，該成分攜帶了所述音頻信號的信息內容。如稍後解釋的，該成分可以是固定頻率的信號或掃頻(frequency sweep),從而使得所述基本頻率是與時間相關的函數f(t)。所述基本頻率可以是所述音頻信號中的最低頻率，或者可以被隨意設置或由用戶定義，例如在頻率分布的中間。所述音頻系統包括用於產生所述音頻信號的在所述基本頻率處的成分的模塊，以及用於產生所述音頻信號的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊。為了增強所述音頻信號的響度，以這樣的方式將這些成分彼此分離使得它們位於用分隔頻帶彼此分隔開的、分開的所謂關鍵頻帶中。所述分隔頻帶可以被實現為硬成塊頻帶(hardblocking bands),在其他實施例中，所述音頻信號在所述分隔頻帶中的幅度非常小,例如 與所述音頻信號在基本頻率處的幅度相比非常小。根據本發明，建議的是，所述音頻系統包括用於定義和/或控制所述音頻信號的在所述基本頻率處和在所述另外頻率處的成分的相位關係的模塊。本發明的一個發現在於，所述相位關係是一個不影響RMS (均方根)的參數集。當信號的頻率成分位於不同的關鍵頻帶中時，所述音頻信號的響度同樣不受影響。因此，相位關係的改變不會影響所述音頻信號的技術特徵或可聽特徵。但是，改變所述相位關係允許改變所謂的波峰係數(Crest factor),因此所述音頻信號可以適應放大器的特性，使得例如對於相同的電源電壓而言可以增加放大器的最大輸出電平。可替換地，可以優化波峰係數以便在放大器的最大效率上使用放大器。特別是，工作在MB類、G類和H類上的放大器的效率是非常依賴於信號電平的。以下，給出了關於術語RMS、波峰係數等等的一些定義。應該注意到，這些定義僅是用於理解本發明的一般性概念的提示，並且優選地並不應限制這些術語的範圍。作為幅度為a0，頻率為f0的單正弦信號的簡單基本信號s0 (t)給出如下s0 (t) = a0sin (2 n f0t)該單正弦信號的均方根(RMS)給出如下= =鼻
I2—個複合聲音信號(tone complex)包括多個正弦信號作為成分,其中所述成分是頻率f0的N個諧波，該複合聲音信號的RMS值給出如下
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L 」 /U 3 — \j (\ v I \t f — % I""""""""" 11111111111111111 *4*""""""""" *4*""""""""" *4°*""""""""" *4*
v * *.....' 7 § 2 2 2 2n 22波峰係數是音頻信號的係數，其被定義為音頻信號的峰值與音頻信號的均方根(RMS)值之比。對於周期為T的連續時域信號s (t)，波峰係數給出如下
權利要求
1.音頻系統(1)，特別是音頻警報系統，其用於產生音頻信號，包括 用於產生(2)所述音頻信號的在基本頻率處的成分的模塊， 用於產生(3)所述音頻信號的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊，其中使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開，以便增強所述音頻信號的響度， 其特徵在於， 用於定義和/或控制(4)所述音頻信號的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關係的模塊。
2.如權利要求I所述的音頻系統(1)，其特徵在於，選擇所述音頻信號的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的所述相位關係，以減小和/或最小化所述音頻信號的波峰係數。
3.如權利要求2所述的音頻系統(I)，其特徵在於，所減小的波峰係數小於參考音頻信號的波峰係數的80%，特別是小於參考音頻信號的波峰係數的60%，且特別是小於參考音頻信號的波峰係數的40%，其中所述參考音頻信號的全部成分都具有相等的相位。
4.如上述任一權利要求所述的音頻系統(I)，其特徵在於，所述另外頻率是所述基本頻率的諧波，或者是從所述諧波中選出。
5.如上述任一權利要求所述的音頻系統(I)，其特徵在於，所述分隔頻帶是通過以下方式來確定的計算在所述基本頻率處和所述另外頻率處的聽覺濾波器，其中所述聽覺濾波器為每個頻率指定帶寬，將每個頻率調諧至一頻帶，其中所述頻率帶寬被設置為不交疊。
6.如權利要求5所述的音頻系統(I)，其特徵在於，所述聽覺濾波器被實現為等效矩形帶寬(ERB)濾波器。
7.如上述任一權利要求所述的音頻系統(1)，其特徵在於，所有頻率都被設置在可聽頻譜內，優選地在8kHz以下。
8.如上述任一權利要求所述的音頻系統(1)，其特徵在於，所述基本頻率的值是與時間相關的。
9.如權利要求8所述的音頻系統(I)，其特徵在於，與時間相關的所述基本頻率的最高頻率值定義了用於所述音頻信號的所述額外成分的諧波數量的最大量。
10.用於產生音頻信號，特別是音頻警報信號的方法， 其中，在基本頻率處產生所述音頻信號的成分， 其中，在所述基本頻率之外的另外頻率處產生所述音頻信號的額外成分，其中，使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開，以便增強所述音頻信號的響度， 其特徵在於， 選擇所述音頻信號的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關係，以便在將所述音頻信號的RMS值保持在恆定水平的同時降低所述音頻信號的波峰係數。
11.包含程序代碼模塊的電腦程式，當所述電腦程式在計算機和/或如權利要求.1-9中任一項所述的音頻系統(I)上執行時，所述程序代碼模塊能夠執行權利要求10所述的方法。
12.音頻信號，特別是音頻警報信號，例如體現在存儲器模塊上，所述音頻信號包括 所述音頻信號的在基本頻率處的成分，所述音頻信號的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分，其中，使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開，以便增強所述音頻信號的響度， 其特徵在於， 以規則和/或人工模式來設置所述音頻信號的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關係和/或者 波峰係數小於參考音頻信號的波峰係數的80%，特別是小於參考音頻信號的波峰係數的60%，且特別是小於參考音頻信號的波峰係數的40%，其中，所述參考音頻信號的全部成分具有相等的相位。
全文摘要
本發明涉及用於產生音頻信號的音頻系統。更具體而言，本發明涉及音頻系統，特別是音頻警報系統，其用於產生音頻信號，所述系統包括用於產生所述音頻信號的在基本頻率處的成分的模塊，以及用於產生所述音頻信號的在基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊，其中使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分離，以便增強所述音頻信號的響度。本發明還涉及用於產生音頻信號的方法，電腦程式以及音頻信號。
文檔編號H03G5/00GK102656626SQ200980162957
公開日2012年9月5日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者R·杜伊斯特斯, S·范拉爾特 申請人:羅伯特·博世有限公司