低音頻率放大裝置的製作方法

2023-10-10 19:33:14

專利名稱：低音頻率放大裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於音頻信號低音頻率的一种放大裝置，它有將音頻信號分解為一個第一信號部分和一個第二信號部分的第一批工具，有一個放大器，該放大器有個帶一個可調放大電路和一個用於壓縮第二個信號部分的控制電路的峰值壓縮器，並用第二批工具將第一個信號部分和壓縮了的第二個信號部分歸併到一起。
這樣一種裝置從US-PS 6,359,655就已知。這種裝置有一個經反饋可調的放大器，放大器的增益隨低音成分變化。在低電平時，低音信號的增益較高，在高電平時就較低。為了通過帶錐形揚聲器膜片的電動式揚聲器達到良好的音響效果，這類低音放大就足夠了。
對於通過平面揚聲器的聲音重放，這類低音放大就不適合。平面揚聲器有個位於一個平面上的發射面，以下也稱為板，並且也稱作為在分布模式下工作的揚聲器(distributed mode speaker)。由於美學原因，平面揚聲器的應用越來越廣泛。用平面揚聲器越來越不能使低音重放令人滿意。按照機械結構，與帶有錐形膜片的電動式揚聲器相比，平面揚聲器的振動受到限制。用電的裝置放大低音頻率能很快造成失真，尤其能造成機械限幅和聲音幹擾，往往在通過放大器實現電限幅之前就夠了。
因此本發明所基於的任務是給出一種用於平面揚聲器的放大器。
這個任務按照權利要求1的特徵被解決。按照本發明，放大器有個比較電路，該比較電路帶有一個耦連到輸入端的一個正向耦合回線部分和帶有一個耦連到峰值壓縮器一個輸出端的一個反饋回線部分。耦合的回線部分是一個正向調節的部分，該正向調節阻止將具有非常高的峰值信號輸送給放大器並再繼續傳送到揚聲器。因此，就給出了一個正向調節的、低音壓縮的音頻-系統和-方法，它提高了低音功率，同時阻止了諸如揚聲器的機械限幅那樣可感覺到的幹擾。低音信號的平均值按區域的方式不僅在時間上而且在頻率上都是最大的。設想是，將低音信號補充輸送給平面揚聲器，該低音信號使可聽到的聲音最大化，同時又為平面揚聲器在時間上和頻率上降低振動峰值。
有利的方式是，比較電路為從正向耦合的回線部分進入的輸入數值提供因數0.3-0.7，有利的方式是0.4-0.6，尤其是因數0.5。如果在正向調節中檢測到的峰值用因數0.5放大，這相當於壓縮率為50％，則與一個被斷開的峰值壓縮相比，可以將音量調節接通到高於3dB以上。音量調節也取決於在峰值-壓縮裝置中增益調節的衰減時間，該衰減時間在下面也稱為減幅時間。
有利的方式是，分解音頻信號的第一批工具有一個帶通濾波器。用已限帶寬的信號，峰值壓縮器能幹淨利落地工作。此外，沒有必要去擴大揚聲器不能重放的頻率，尤其是過低的頻率。
有利的方式是，分解音頻信號的第一批工具有一個加法電路。如果將揚聲器共振頻率以下的頻率、也就是一個聽者不能測定其來源方位的頻率放大，則能將兩個或多個頻道的低音頻率歸併到一個或多個加法電路中，由一個單一的壓縮器來處理並經過一個或多個揚聲器重放。
在低音信號被處理期間，在直接路徑上的信號能夠被揚聲器共振頻率以上的一個可自由選擇的高通濾波器濾波。因此，只將低音信號各個被處理的最小化的振動峰值傳送給揚聲器。
有利的方式是，放大器有自動增益控制。該增益控制檢查音頻裝置的輸出電平並減少低音路徑的功率，前題是被檢查的電平在一個定義的目標電平以上。因此，機械限幅在很高的輸出電平時被阻止。輸出電平是在第一個和第二個被壓縮了的信號部分相加之後和在可用手調節的音量控制之後得出的電平。
為了更好地理解本發明，下面用一個附圖詳細闡述一個實施例。
示出的有

圖1具有一個峰值壓縮器的放大低音頻率的一種裝置的方塊圖；圖2峰值壓縮器的電路圖。
圖1示出的是用於放大低音頻率的一種裝置1，該裝置帶有兩個輸入端2和3、一個加法器4、一個高通濾波器5、一個帶通濾波器6、一個第二個高通濾波器7、一個放大器8、兩個另外的加法器9和10、兩個輸出端11和12、和兩個另外的輸入端13和14。放大器8有一個峰值壓縮器15和一個自動增益控制16。峰值壓縮器15有一個可調節的放大電路17、一個控制電路18和一個比較器19。一個正向耦合的回線部分20將可調放大器17的一個輸入端21與比較器19連接，並且一個反向耦合的回線部分22將可調放大器17的一個輸出端23與比較器19連接。自動增益控制16有一個另外的可調放大電路24、一個另外的控制電路25和一個第二個比較器26。在輸出端11和12上，連接有兩個可用手操作的音量調節27和28，其將信號輸出到(未示出)揚聲器。音量調節27和28的輸出端連接在輸入端13和14上，這兩個輸入端用導電的連接控制第二個比較器26。
該裝置的功能如下將帶有左和右各一個頻道的一個立體聲系統的兩個數字音頻信號AL和AR加在裝置1的輸入端2和3上。將兩個音頻信號AL和AR傳送給加法器4，相加，並將相加後的信號限制在帶通濾波器6的頻帶中。裝置1有一條具有帶通濾波器6、壓縮低音信號振幅峰值的正向調節峰值壓縮器15和如果輸出電平過高就將數值降低的自動增益調節16的特殊實施的低音路徑29。帶通濾波器6是一個帶有一個無限脈衝響應(IIR＝infinite impulse response)的IIR濾波器。峰值壓縮器15穩定信號的峰值，而同時脈衝的尾部受到保護或得以保持。在低音路徑29的輸入端，有加法器4，它將左和右頻道的信號相加。然後低音路徑29的輸出信號可以被直接加給左和右路徑30和31的被高通濾波器濾波過的信號。
圖2示出的是帶有放大電路17、控制電路18和比較器19的峰值壓縮器15。比較器19在它的被布置到正向調節回線部分20的輸入端32上，有個電平識別電路33。電路33通過具有一個很短的為0.1ms的反應時間和一個很長的為3秒的衰減時間的正向調節，檢測最大的信號峰值。將一個n-數值的數字輸入信號x傳送給電平識別電路33，以下也稱作為濾波器，並且識別電路33輸出一個n-數值的數位訊號y，該信號可以用常數Ta和Tr如下計算y(n)＝|x(n)|+Kp*(y(n-1)-|x(n)|)+Km*|(y(n-1)-|x(n)|)|其中Kp＝(Kr+Ka)/2Km＝(Kr-Ka)/2Kr＝exp(-1/(Tr*樣本頻率))Ka＝exp(-1/Ta*樣本頻率))
輸入信號的絕對值是傳送給一個一階的接入濾波器(Angriffsfilter)和釋放濾波器(Freigabefilter)33的。用一個短的起振時間Ta和一個較長的減幅時間Tr，輸入信號x(n)的峰值在具有信號y(n)的濾波器33的輸出端上。樣本頻率(Musterfrequenz)是通過出現兩個連續樣本之間的時間間隔定義的。
在濾波器33後接著一個放大器34。放大器34用因數0.3-0.7放大輸入信號y(n)，有利的方式是用0.4-0.6，尤其是用因數0.5。在一個第二朝向反向耦合回線部分22的輸入端35上，有另一個電平識別電路36。這個電平識別電路36的功能按照為電平識別電路33所闡述的同樣功能而工作。識別電路33經過放大器34給出信號，識別電路36直接將信號給到一個比較電路37上。一個輸出信號從比較電路37到達帶有一個增益降低電路38和一個增益提高電路39的控制電路18。電路33-39如下工作在比較電路37中，將減少50％的濾波器33的濾波響應與濾波器36的濾波響應進行比較。如果變化了50％的數值大於由濾波器36的反向耦合回線來的濾波響應，則在降低電路38中放大器的增益用常數DEC_GAIN來減小。如果數值較大，在增益提高電路39中放大器17的增益用常數INC_GAIN擴大。放大因數的極限值為1.0和0.01。
增益＝增益*INC_GAIN增益＝增益*DEC_GAININC_GAIN＝10exp(24/(起振時間*樣本頻率*20))DEC_GAIN＝10exp(-24/(減幅時間*樣本頻率*20))濾波器33的減少了50％的濾波響應成為一個目標電平。將這個目標電平與通過反饋檢測到的峰值比較，並且控制電路18用一個很短的為20ms的減幅時間調節在輸出端上應用的增益，以便將目標電平確定，以很快地消除由於輸入端-信號的幹擾。50ms的上升時間持續較長，以便得到信號-幹擾的整個延續時間的時間幀，不顧這些，信號將被減弱。壓縮器15與音量控制無關地穩定信號的峰值，且沒有增加不希望有的幹擾。聲音保持純正且沒有信號畸變，即沒有不希望可感受到的幹擾。因為電平檢測是向前調節的，峰值壓縮只與輸入-信號AL和AR有關。用這種裝置可得到高峰值壓縮率，這些壓縮率低於由正向調節檢測到的峰值-電平的0.5倍。
因為在此錐形揚聲器膜片或板的振動是重要的，要注意振動曲線與頻率的關係。此關係由揚聲器的特徵參數，如Small和Thiele參數確定。從曲線和揚聲器的壓力響應能推導出可能的低音提升，它使低音-頻率-壓力響應最大化，而在振動曲線中的最大值沒有被提高。
隨著在帶通濾波器6中的放大，可得到更多可感受的低音頻率，只是降低了低音頻率的尖峰。
參考符號表1低音頻率放大裝置2輸入端3輸入端4加法器5高通濾波器6帶通濾波器7高通濾波器8放大器9加法器10加法器11輸出端12輸出端13輸入端14輸入端15峰值壓縮器16自動增益調節17放大電路18控制電路19比較器20正向調節回線部分21輸入端22反向調節回線部分23輸出端24放大電路25控制電路26比較器27音量調節28音量調節29低音路徑30路徑31路徑
32輸入端33電平識別電路34放大器35輸入端36電平識別電路37比較電路38增益降低電路39增益提高電路
權利要求
1.音頻信號(AL，AR)低音頻率的放大裝置(1)，它有將音頻信號(AL，AR)分解為一個第一信號部分和一個第二信號部分的第一批工具(4，5，6和7)，有一個放大器(8)，該放大器有個具有一個可調放大電路(17)和一個的用於壓縮第二個信號部分的控制電路(18)峰值壓縮器(15)，並用第二批工具(9，10)將第一個信號部分和壓縮了的第二個信號部分歸併到一起，其特徵在於峰值壓縮器(15)具有個帶有一個到輸入端(21)的正向耦連的回線部分(20)和帶有一個到峰值壓縮器(15)的輸出端(23)的反向耦連回線部分(22)的比較電路(19)。
2.如權利要求1的裝置，其特徵在於比較電路(19)為從輸入端(22)進入的輸入數值提供因數0.3-0.7、有利的方式是0.4-0.6、尤其是因數0.5。
3.如權利要求1的裝置，其特徵在於第一批工具(4，5，6和7)為了分解音頻信號(AL，AR)有個帶通濾波器(6)。
4.如權利要求1或3的裝置，其特徵在於第一批工具(4，5，6和7)為了分解音頻信號(AL，AR)有個加法電路(4)。
5.如權利要求1或2的裝置，其特徵在於放大器(8)有個自動增益控制器(16)。
6.帶有左、右各一個頻道的立體聲系統的一左和一右數字音頻信號(AL，AR)低音頻率的放大方法，以下列方法步驟進行-將音頻信號(AL，AR)帶通限制，-然後被帶通限制的音頻信號(AL，AR)在正向和反向耦接的峰值壓縮器中被壓縮，-此外將音頻信號(AL，AR)高通濾波以及-將被壓縮的音頻信號加給高通濾波過的音頻信號。
7.如權利要求6的方法，其特徵在於將帶通限制前的左和右音頻信號相加，並且將相加後的信號壓縮後加給各自的高通濾波過的音頻信號。
全文摘要
本發明是關於音頻信號低音頻率的一种放大裝置。將低音成分傳送給一個可調的放大器。比較電路將所述放大器輸出端和輸入端的信號進行比較。如果正向耦連信號的電平大於反向耦連信號的電平，則低音功率被降低，否則被提高。對於平面揚聲器振動峰值在時間上和在頻率上被減小。
文檔編號H04R3/00GK1582602SQ02820521
公開日2005年2月16日 申請日期2002年10月14日 優先權日2001年10月17日
發明者L·B·坦格赫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司