在声音交叉网络中的群延迟修正的制作方法
在声音交叉网络中的群延迟修正的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于均衡声音重放系统的群延迟的方法，具体地设及包括在低频换能 器和高频换能器之间具有至少一个交叉的声学换能器的系统。
【背景技术】
[0002] 使用两个或更多的驱动单元W传递一定范围的声频的多路扬声器需要在交叉点 的滤波W保证良好的振幅响应。然而，该些滤波可能结合致使在特定的频率上引入增加的 群延迟，该些增加的群延迟可导致感知的声音的涂抹。
[0003] 已知一些避免通过交叉的不规则的群延迟的方法，包含一阶交叉响应的应用或那 些使用相减法的衍生的应用（Small,R.H.,"ConstantVoltageCrossoverDesi即",Proc IREEAustralia,Vol31No3, 1970March,卵.66-73)、填充驱动器的应用炬aekgaard，E,"A NovelApproachtoLinearPhaseLousdpeakersusingPassiveCrossover Networks"，J.Audio化g.Soc，Vol25，No5，pp284-294)W及一般衍生的使用数字信号处 理值S巧的线性相位交叉的应用。
[0004] 也已知通过运用补偿的全通修正来平滑通过交叉系统引入的群延迟的方法 (Linkwitz,S.比，"ActiveCrossoverNetworksforNon-CoincidentDrivers",J.Audio 化拆oc,Vol24No1/2, 1976化肌3巧/化13；1〇13巧，卵.2-8)。
[0005] 声学换能器一般具有天然的低频的截止并且隔板上的或包围中的换能元件的组 合展现出高通的频率响应，其可W建模为高通滤波器系统。该种高通响应可W呈现显著的 或不规则的群延迟。接近系统截止的低频群延迟的增加可W是截止频率的周期的量级。如 果不加修正，听众可W觉察到在复合声音信号的低频成分在高频率配对物之后到达。
[0006] 根据换能器W及包围的总体设计，低频响应可W展现出减慢-转降（在过阻巧系 统）、在闭箱系统中的二阶的高通响应、在包含出口、辅助发射元件、或联接腔体的系统中的 四阶高通或者连同额外的预先处理音频的辅助滤波器的W上的任意一种W便提供低频扩 充、优化校准、或引入中间的或高阶的高通的响应。通常，由于整体系统设计系统将在一些 低的频率展现出增加的群延迟，并且该延迟隆起将趋于低于整体系统声音响应的量级的比 例。因此，对于特定的高品质的应用，闭箱扬声器迄今饱受欢迎或是高级的设计。
[0007] 扬声器系统的高通的响应可W建模为可分解为一阶成分和二阶成分的级联 来考虑的滤波，其中一些在其包围W及信号的其它预处理中将设及换能器的机械性 能。也巳知诸如六阶己特沃斯的高阶的响应可W设计在集合成对的二阶因子的四路里 W合成机械系统，与此同时第=阶可W是辅助滤波器；一般地选择结合W提供最小的 包围体积（Thiele,A.N. (1973). "Loudspeakers,EnclosuresandEqualisers,"Proc. IREE,：M(11)，pp. 425-448.)。
[000引已知非实时方法，借此可W在反转时间中通过与全系统具有相同相位响应的全通 滤波来预处理音频；当更迟的还原该些音频时导致了统一的群延迟响应。然而，并不总是便 于预处理音频并且尤其不便于用于不同设计中。
[0009] 使用实时因果稳定滤波给予负的延迟W补偿不需要的群延迟是不可能的。然而， 具有平坦的振幅响应的全通滤波可用来在特定频率范围中添加群延迟。M.F.QU6化as、 A.PetragliaW及M.R.化traglia在2004年发表于欧洲信号处理会议巧uropeanSi即al ProcessingConference) 125-127 页的题为"Efficientgroupdelayequalizationof discrete-timeHRfilters"的文章中描述了添加一系列全通滤波W实现有限的均衡的 方法。然而，仅用该方法并不能提供用于均衡全部的多路扬声器的群延迟的充分的手段。
[0010] 实时地，为了获得统一的群延迟，必须延迟全部的音频使得没有部分相较于来自 整个系统的最后的成分更早地到达；最大的群延迟一般与系统的低频高通响应相关并且可 W是几十毫秒。
[0011] 原则上，全通滤波可W设计为修正高通的响应。然而，为了覆盖从lOOHzW下到 20曲ZW上的频率范围，需要许许多多的滤波（五百个跨越所需的频率范围均匀分布的二 阶全通滤波的量级）并且冒着相当多的噪音积累的风险。
[0012] 在诸如Adam,V.和Benz,S.发表于 2007 年AudioElngineeringSociety122 次会 议第 7111 页 6pp的题为"Correctionofcrossoverphasedistortionusingreversed timeall-passHRfilter"的文章中也描述了包括信号的反向块处理的实时技术确实提 供了用于均衡群延迟的可能。然而，对于精确的高采样速率系统，该些方法需要很大的缓冲 W保证滤波状态在块边界或缓冲边界收敛。当足够的缓冲填满时该方法也在音频上施加了 显著的启动延迟，并且，例如，该种延迟可能与相关的影象不相符。
[0013] 通过W上讨论可知，需要用于实现具有低的额外的延迟的多路扬声器的群延迟的 均衡的实用性的方法。
【发明内容】
[0014] 根据本发明的第一方面，提供了根据在低频范围与高频范围之间具有交叉的声学 换能器系统的响应用于均衡总体群延迟的方法，该方法包括W下步骤：
[0015] 对包含交叉区域的较低频率范围中的信号应用修正，W大致均衡较低频率范围的 群延迟；
[0016]W及对较高频率范围中的信号应用信号延迟，W将该信号与已经均衡的较低频率 范围的信号进行更紧密的校准。
[0017] 根据本发明的第二方面，计算机程序产品包括计算机可执行的代码，当在声学换 能器系统的处理器上执行该计算机可执行的代码时导致该系统执行第一方面的方法。
[0018] 根据本发明的第=方面，声学换能器系统适于执行第一方面的方法。
[0019] 本发明设及用于均衡在声音重放系统中的群延迟随着频率的变化的方法，包括一 个或多个一同再现较低频率范围的换能器W及一个或多个再现重叠的或邻接的上部的频 率范围的其它换能器，其中该两个范围通过交叉办法统一。该种系统可作为一个总体的隔 板或包围中的或头戴式耳机中的多换能器组合来组装，或者作为分别封装的低音扬声器和 较高范围扬声器的组合来组装。
[0020] 在本发明的一个实施方式中，该方法使用全通滤波调节供应给较低频率再现组合 的信号W在该频率范围上使群延迟标准化，与此同时简单的时间延迟办法调节供应给相应 的上部频率组合的信号。本发明从而均衡了包括在较低频率换能器与较高频率换能器之间 具有至少一个交叉的声学换能器的声音重放系统的群延迟，并且可w低延迟实时运行。
[0021] 在包含超过一个交叉的多路系统的内部，可W不止一次地使用该方法；例如首先 在中音扬声器与高音扬声器的组合中修正群延迟的不规则，随后在该组合与相关的低音扬 声器之间修正总体的群延迟的不规则。
[0022] 本发明的方法可W作为在多路扬声器系统内部的信号处理单元实施，或者作为在 单独的扬声器系统内部的信号处理单元实施，通过该种方式总体响应达到需要修正的群延 时。上述单独的扬声器系统包含具有附属组合的单独的低音扬声器，该附属组合中附属物 的数目与低音扬声器的数目不必相等。
[0023] 该方法也可W在控制器或预处理器装置的内部使用，包含在环绕立体声或家庭剧 院的解码器、处理器、或接收器的内部，W调节供应给多扬声器的信号W便均衡得到的声音 中的群延迟中的变化。该方法也可W用于处理器信号的设计，该信号处理器使用了内部频 带分离和重组W更有效地为没有交叉的扬声器系统提供补偿。
[0024] 描述的方法也可W用于多路声音重放机的设计，W能实现更多的统一的群延迟， 否则其中基础声学设计不太合适。
[00巧]在本发明的一些实施方式中，修正是包含在设计阶段W便能从换能器系统中获得 足够的系统性能，否则该换能器系统的群延迟响应是不受欢迎的，例如作为可能的结果如 果；（i)高阶系统设计，例如使用10阶来延伸较小的机柜的响应，或者（ii)其中延伸中音 扬声器系统的声音低频响应的方法另外混淆了交叉设计。
[0026] 描述的方法可W作为模拟办法或数字处理办法来实施W获得低频全通响应，与此 同时用于上部部分的延迟可W使用声音、模拟或数字存储器或其它办法。
[0027] 描述的方法也可W在软件中实施，作为对使用数字信号处理器值SP)的现有的系 统的改善。
[0028] 虽然本发明不设及像该样的交叉的修正，但是本发明凭借使用本发明实现的接近 统一的群延迟确实简化了用于优化交叉的设计的额外的方法。
[0029]在本发明的第一种实施方式中，设计了一系列全通滤波W均衡在多路扬声器内部 的直到相关交叉频率或者稍微在相关交叉频率W上的低频信号的群延迟。由于在系统转 降与交叉之间的频率范围可W仅是一些八音度，该种修正可W使用相对少的全通滤波单元 来完成。设计了全通系统 使得当其与低频换能器系统结合时对相关的频率呈现统一的延 迟。供应给较高频率信号通道的信号可W随后用其它方式被适当地推迟，并且该可能随后 导致跨越整个频率范围提供恒定群延迟的总体的系统，并且因此呈现更纯净的总体的声音 效果。
[0030]本发明的第二种实施方式利用反向块处理技术提供向后过滤低频音频信号的办 法，在正向信号上有效地实现明显的负的群延迟。由于该种处理仅需要用于多路系统的较 低频率部分，因此可W通过在一系列均衡全通滤波应用之前向下采样低频信号来克服状态 收敛的问题。通过在高频信号通道内部的纯延迟方法获得与高频系统的总体的音频校准。
[0031]本发明的第=种实施方式使用每个扬声器系统具有一个输入W及一个输出的预 处理器，该预处理器设计为提供均衡外接扬声器的低频群延迟的信号。该处理使用了频带 分离方法W将信号分为低频部分和高频部分，其中在低频部分内部可W使用全通滤波W提 供合适的群延迟，而在高频部分包含纯延时。上范围W及下范围随后通过频带接合方法重 组w提供预补偿信号，该频带接合方法可w是简单的加法。
[0032] 本发明的第二方面的计算机程序产品可W作为对现有数字信号处理器值S巧扬 声器系统的升级或增强来实现，或者作为现有的多路的或立体的音频处理器的升级或增强 来头施。
[0033] 根据本发明的第=方面的声学换能器可包括多路扬声器或其它换能器组合的下 范围部分和上范围部分。可替代地，或另外地，声学换能器可包括多路系统中的任何频率邻 近的成对的驱动器范围，不包含最低的频率范围，例如在高音扬声器之间或在中音扬声器 与高音扬声器组合之间。
[0034] 在一些实施方式中，声学换能器系统可包括与一个或多个扬声器的组合的单独的 包围或机柜中的低频系统，该低频系统例如次低音扬声器，所述组合中存在交叉，无论是声 音的或者通过滤波方法。
[00巧]在一些实施方式中，声学换能器系统可包括在相关单元内部的信号处理，用于与 扬声器系统的组合或其它换能器的组合协同执行方法，其中其它换能器包含环绕处理器、 家庭剧院接收器W及类似装置，信号处理包含低音管理、交叉W及校准方法。
[0036] 在一些实施方式中，声学换能器系统可包括补偿信号处理装置，其中较低频率范 围通道W及较高频率范围通道是内部的并且由频带分离方法产生，然而低频信号和高频信 号的后修正重组通过频带接合方法发生在信号处理中，W便提供为声学换能器系统修正的 复合信号，在声学换能器系统中没有任何交叉或者声学换能器系统是全范围的。
[0037] 本领域技术人员能够理解，本发明根据本申请能有多种实现。此外，本发明促进了 用于声学换能器系统的其它设计方案，例如设及交叉形式的，其可利用本发明提供的群延 迟修正。
【附图说明】
[0038] 本发明的示例将参照附图详细描述，其中：
[0039] 图1示出了多路扬声器的基本流程图，在该种情况下，S路扬声器包括S个驱动 单元；
[0040] 图2是用于二阶、四阶、六阶、八阶、W及十阶扬声器的低频群延迟的示例；
[0041] 图3示出了全通滤波W及它们的组合的群延迟的两个示例；
[0042] 图4示出了使用八个全通滤波的部分群延迟均衡W及一旦使用延迟线的感知的 总体延迟；
[0043] 图5示出了 =路扬声器的流程图，该=路扬声器包含在低频驱动单元或低音扬 声器驱动单元上的一系列全通滤波W及用于剩余信号通路校准系统的总体群延迟的延迟 线；
[0044] 图6示出了用于分解音频信号进入用于反向块处理的块之内的方法，其中每个块 作为单级处理；
[0045] 图7示出了用于S路扬声器系统的流程图，该S路扬声器系统在低频信号通道上 执行反向块处理使得可使用一系列全通滤波来求反总体的群延迟。在高频通道中使用纯延 迟来校准扬声器输出；W及
[0046] 图8示出了用于预处理单元的流程图，该预处理单元在通过频带接合处理在输出 上重组w前，在输入信号上执行频带分离、在低频通道上修正群延迟w及对高频通道应用 补偿的纯延迟。
【具体实施方式】
[0047] 根据正在使用的声学换能器系统，本发明可W通过许多不同的方式实施。W下参 照附图描述了一些示例性的实现。
[0048] 全通滤波修正
[0049] 多路扬声器包含两套或多套驱动单元，其中每套驱动单元可W包含一个或多个扬 声器驱动单元并且可W看作不同的信号通道的端点。图1中的流程图示出了一种可行的S 路扬声器系统，其中音频信号1通过为各个驱动单元设置的不同的滤波器。低通滤波器4 W及延伸低频响应的辅助滤波器5用于低音扬声器驱动器8的信号；带通滤波器3用于中 音7驱动单元的信号；W及高通滤波器2用于高音扬声器6的信号。
[0050] 在多路扬声器中的每个驱动单元运行在不同但重叠的频率范围中。因此，对于理 想的扬声器，应当过滤每个信号通道W保证每个驱动单元的交叉点结合使得全部扬声器的 总体振幅W及相位响应满足期望的响应。
[0051] 图2示出了多种S路扬声器箱的群延迟的占支配地位的低频特征。显著的群延迟 (在该示例中最多可见于25化左右）将导致低频声音在相关的高频分量之后到达或者导致 瞬时的、模糊的W及通常退化的总体听觉效果。
[0052] 已知的用于调整系统的群延迟而没有改变总体的振幅响应的方法是通过使用全 通滤波，如在M.F.Qu6化as、A.化tragliaW及M.R.化traglia在2004年发表于欧洲信号 处理会议巧uropeanSi即alProcessingConference) 125-127 页的的题为"Efficient groupdelayequalizationofdiscrete-timeHRfilters"的文章中所描述的。二阶数 字全通滤波的传递函数可定义为：
[0053]
[0054] 根据滤波的需求选择参数a和b，其中。=、巧;且b=r2。其中r对应于滤波孔 半径（零半径由1/r给出），为了保证稳定的因果滤波需要r< 1，f。是中屯、频率，W及Fs 是采样频率。
[00巧]图3示出了从两个二级全通滤波获得的总体群延迟的示例，其中二级全通滤波的F,为 96000Hz，fC等于 100化和 200Hz，W及r对应于 0. 995 和 0. 996。
[0056] 理想地，需要一组具有负的群延迟的全通滤波来均衡扬声器箱的群延迟，诸如图2 中弯折处所示的。然而，虽然有可能设计一种具有负的群延迟的全通滤波，但是滤波将成为 非因果的从而导致整个系统不稳定。
[0057] 可替代的解决方案需要数W百计的全通滤波器W跨越从低到高的全部频率范围 W建立起平坦的正的群延迟。该一滤波器的数目就实时实现而言通常是不切实际的并且引 入显著的噪音增强。
[0058] 因此，本发明的第一个实施方式在低频通道中运用一系列的全通滤波W均衡扬声 器的群延迟响应，该群延迟响应被均衡在充分超过低音扬声器信号通道的交叉频率的频 率。例如，假设用于低音扬声器的八阶Linkwitz-化ley低通转降，振幅响应在交叉频率之 上半个八音度降低24分贝，在该频率波形充分地降低W保证可W忽略的群延迟干设。图4 示出了一套八均衡二阶全通滤波的群延迟W及用于扬声器系统的群延迟和结合的群延迟。
[0059] 全部群延迟均衡是通过延迟在额外的信号通道中的信号来实现，该过程对应于现 有示例中的中音扬声器W及高音扬声器的馈送。在本示例中，延迟被引入在DSP系统的存 储缓冲的内部。如图5的流程图所示，缓冲实现对应于均衡低频系统群延迟的纯延迟9。
[0060] 因此，在本发明的第一实施方式中，应用了一系列全通滤波使之均衡或者对使用 正的群延迟的低频通道应用了一系列全通滤波W达到目标统一延迟水平，并且该一系列的 全通滤波W该样的方式完成W便在交叉频率提供合适的相位，并且随后在剩余的音频路径 中插入相等的延迟，本实施方式中该过程对应于中音扬声器W及高音扬声器馈送。
[0061] 虽然示为在低音扬声器与中音扬声器部分之间的修正，等同的实施方式可在低音 扬声器系统与单路或多路较高频率扬声器之间修正。本方法还可用于修平中频-高音扬声 器系统的群延迟，其可W使用相同方法反过来与低音扬声器结合。
[006引步骤；
[0063] ?使用迭代过程W应用和调节一系列全通滤波、均衡扬声器的低频成分的群延迟 响应至跨越所关屯、的频率范围的正的时间延迟。
[0064] ?延伸该均衡直到W及超过低频驱动单元的交叉频率。
[0065] ?在剩余高音扬声器馈送内（例如中音扬声器和高音扬声器）实现延迟。
[0066] ?保证总体的扬声器响应在交叉处良好地接合、适当地调节滤波和延迟线。
[0067] 反向块处理
[0068] 使用全通滤波补偿正的群延迟的可替代的方法是反向处理信号。可W构造一系列 具有正的群延迟的全通滤波，该些全通滤波可W将多路扬声器的低频信号通道的群延迟标 准化。一旦经过计算，可W在试音前将该些滤波在反向时间中应用于已知信号。然而，该对 于实时系统是不现实的。因此，本发明的第二种实施方式利用反向块处理，该反向块处理使 得全通滤波的附加群延迟能实时地从低频信号通道中有效地去除，当该反向块处理与用于 高频信号通道的纯延迟方法结合 时可W有效地均衡整个系统。
[0069] 图6描绘了一种该样的反向块处理的应用，其中可使用两个或更多缓冲W便于处 理。该系统当第一次装填缓冲时会呈现初始启动延迟，该延迟可W通过高频通道内的纯延 迟补偿。该缓冲可W看作一种后进先出（LIFO)的缓冲，因为该缓冲是用正向信号装填但是 滤波用于首先从最后一次采样开始。
[0070] 第一缓冲A的处理，可W在缓冲B-填满时就开始，或者至少在由重叠Bi到BJ占 据的区域被填满时。其中l<j?n，j对应于在长度为n的块缓冲内部的重叠区域的采样偏 移量。该种重叠是必须的W保证滤波状态足够稳定来提供缓冲A的精确的滤波W阻止在该 块边界的处理的信号中的不连续性。
[0071] 当额外的音频在块C中缓冲为下面处理步骤作准备时，即为块B的滤波（采样Cj. 到Bi)做准备时，可W使用允许从Bj.回到Ai的区域的滤波的第S缓冲。一旦块已经滤波， 其可W传至出口通道用于试音，并且该缓冲对再次使用开放。
[0072] 除非考虑到查错而使用额外的缓冲，长度为j的重叠区域应当具备足够的尺寸W 保证滤波状态稳定。然而，对于高采样速度信号将需要大而通常不现实的采样数目W用于 滤波状态稳定W获得用于高精度系统的可接受的程度。该种大量的采样将在缓冲填满时系 统的启动上需要相当快速的处理器、大的缓冲w及在系统上的长的延迟。
[0073] 如图7所示提供一种解决方案，其通过在反向块处理12W及全通滤波10之前向 下采样11低频信号（其已经被合适地低通滤波4)整数因子N。此后，如果需要的话，可W 再次向上采样13该处理的信号。向下采样减少了信号设及的频率范围，并且因此相等的低 采样速率全通滤波的状态相较于原始的高采样速度的方案显著地更快的稳定。
[0074] 本发明的第二种实施方式使用了反向块处理较低频率信号的方法，该方法具有一 系列设计为使得系统的正的群延迟得到补偿的全通滤波。为了便于在缓冲或块边界的滤波 状态收敛，可W在通过全通滤波的群延迟修正之前向下采样信号。最终可W向上采样修正 的信号W将其恢复至原始的采样速度。高频信号通路利用等同于采样通过低频滤波处理所 占用的时间的纯延迟，该低频滤波处理包含向下采样、反向处理、全通滤波W及向上采样。 [00巧]步骤；
[0076] ?向下采样低频信号。
[0077] ?反向块处理向下采样后的低频信号。
[0078] ?使用设计为匹配系统群延迟的级联的全通滤波，从而在反向时间中抵消了正的 群延迟。
[0079] ?必要时，在输出之前，向上采样低频信号，使之回到其原始的或者不同的采样速 度。
[0080] ?在高频信号通道中使用纯延迟，该纯延迟对应于在反向块处理期间通过缓冲施 加于低频信号通道上的时间延迟。
[00引]预处理
[0082] 如图8所示的本发明的第=种实施方式考虑了每个扬声器系统具有一个输入W 及一个输出的预处理，并且该预处理设计为提供均衡外接扬声器的低频群延迟的信号。设 计的处理使用了一种频带分离装置14W将信号分为低频部分（如图8中LF所示）W及高 频部分（HF)。低频通道通过群延迟修正块15,该群延迟修正块15W实施方式1或实施方 式2的方式实施全通滤波。类似地，高频通道包含纯延迟9,该纯延迟9适于本发明的第一 实施方式或第二实施方式。
[0083] 处理的上下范围随后通过频带接合方法16重组W提供预补偿信号17,该方法可 W是简单的加法。
[0084]步骤；
[0085] ?将音频信号频带分离为低频分量和高频分量。
[0086] ?对低频信号通道使用群延迟修正方法。可W利用如实施方式1所描述的全通滤 波和向下采样/向上采样阶段，或者利用来自本发明的实施方式2的反向块处理。
[0087] ?对高频分量使用纯延迟，该纯延迟相当于根据本发明的实施方式1或实施方式 2的应用在低频通道上的处理所需要的或所施加的延迟。
[0088] ?使用频带接合处理将音频信号的经过群延迟修正的低频分量和高频分量重组。
【主权项】
1. 一种用于均衡在较低频范围和较高频范围之间具有交叉的声学换能器系统的响应 中的总体群延迟的方法，所述方法包括： 对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围中的信号应用修正，以大致均衡用于所述 较低频率范围的群延迟；以及 对所述较高的频率范围中的信号应用信号延迟，以将其与均衡的较低频率范围的信号 进行更紧密的校准。2. 如权利要求1所述的方法，其中在群延迟均衡和校准之前，输入信号分为所述较低 频率范围的信号以及所述较高频率范围的信号，并且均衡的所述较低频率范围的信号与校 准的所述较高频率范围的信号结合以提供输出信号。3. 如权利要求2所述的方法，其中使用频带分离处理将所述输入信号分为所述较低频 率范围的信号以及所述较高频率范围的信号，以及使用频带接合处理将均衡的所述较低频 率范围的信号与校准的所述较低频率范围的信号接合。4. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，对所述较低频率范围中的信 号应用修正包括：对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围的信号应用至少一个全通滤 波，以大致均衡所述较低频率范围的群延迟。5. 如权利要求4所述的方法，其中，对所述较低频率范围的信号应用修正包括：对包含 所述交叉的区域的所述较低频率范围的信号应用全通滤波的组合，以大致均衡所述较低频 率范围的群延迟。6. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，对所述较低频率范围中的所述 接收的信号应用修正包括：对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围中的信号应用组合 反向块处理，以均衡所述较低频率范围的群延迟。7. 如权利要求6中所述的方法，其中，所述组合反向块处理包括：对包含所述交叉的区 域的所述较低频率范围的信号进行反向块处理，以确定大致均衡所述较低频率范围的群延 迟的全通滤波组合，以及对所述较低频率范围的信号应用所述确定的全通滤波组合以大致 均衡所述群延迟。8. 如权利要求7所述的方法，还包括：在反向块处理之前，向下采样所述较低频率范围 的信号。9. 如权利要求8所述的方法，还包括：向上采样所述均衡的较低频率范围的信号至其 原始的采样速度或不同的采样速度。10. 如权利要求6至9中任一权利要求所述的方法，其中所述较低频率范围的信号的反 向块处理利用多个缓冲。11. 如权利要求6至10中任一权利要求所述的方法，其中对所述较高频率范围的信号 应用所述信号延迟包括：在所述较低频率范围的信号的反向块处理期间缓冲所述较高频率 范围的信号。12. -种计算机程序产品，包括计算机可执行的代码，当在声学换能器系统的处理器上 执行所述计算机可执行的代码时导致所述系统执行上述任一个权利要求的方法。13. 如权利要求12所述的计算机程序产品，作为对现有的数字信号处理机（DSP)扬声 器系统的升级或增强来实施。14. 如权利要求12所述的计算机程序产品，作为对现有的多路的或立体的音频处理器 的升级或增强来实施。15. -种声学换能器系统，适于执行权利要求1至11中任一权利要求所述的方法。16. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括多路扬声器或其它换能器组合的下范 围部分和上范围部分。17. 如权利要求15或权利要求16所述的声学换能器系统，包括多路系统中的驱动器范 围的任何频率相邻对，不包含最低的频率范围，例如在高音扬声器之间或在中音扬声器与 高音扬声器组合之间的范围。18. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括无论是声音的或者通过滤波方法，与 一个或多个扬声器的组合的在单独外壳或机柜中的诸如次低音扬声器的低频系统，所述组 合中存在交叉。19. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括在相关元件内部的信号处理，用于与 扬声器系统或其它换能器的组合协同执行所述方法，其中所述其它换能器包含环绕处理 器、家庭剧院接收器以及类似装置，所述信号处理包含低音管理、交叉以及校准方法。20. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括补偿信号处理装置，其中较低频率范 围通道以及较高频率范围通道是内部的并且由频带分离装置产生，然而所述低频信号和高 频信号的后修正重组通过频带接合装置发生在信号处理中，以便为所述声学换能器系统提 供修正的复合信号，在所述声学换能器系统中没有任何交叉或者所述声学换能器系统是全 范围的。
【专利摘要】提供了用于均衡声音重放系统的群延迟的方法，具体地提供了包括在较低频率范围与较高频率范围之间具有至少一个交叉的声学换能器的系统。对包含交叉区域的较低频率范围中的信号应用修正以大致均衡较低频率范围的群延迟，以及对较高频率范围中的信号应用信号延迟以将该信号与均衡的较低频率范围的信号进行更紧密的校准。该方法可以在声学换能器系统的设计中实施，以及还可以通过计算机程序产品实施，其中该计算机程序产品可以作为现有数字信号处理机扬声器系统的升级或增强来实施。
【IPC分类】H04R3/14
【公开号】CN104904237
【申请号】CN201480003960
【发明人】迈克尔·D·卡普, 约翰·罗伯特·斯图亚特, 艾伦·S·J·伍德, 理查德·J·霍林谢德
【申请人】全盛音响有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月7日
【公告号】EP2941899A1, US20150350786, WO2014106756A1
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于均衡声音重放系统的群延迟的方法，具体地设及包括在低频换能 器和高频换能器之间具有至少一个交叉的声学换能器的系统。
【背景技术】
[0002] 使用两个或更多的驱动单元W传递一定范围的声频的多路扬声器需要在交叉点 的滤波W保证良好的振幅响应。然而，该些滤波可能结合致使在特定的频率上引入增加的 群延迟，该些增加的群延迟可导致感知的声音的涂抹。
[0003] 已知一些避免通过交叉的不规则的群延迟的方法，包含一阶交叉响应的应用或那 些使用相减法的衍生的应用（Small,R.H.,"ConstantVoltageCrossoverDesi即",Proc IREEAustralia,Vol31No3, 1970March,卵.66-73)、填充驱动器的应用炬aekgaard，E,"A NovelApproachtoLinearPhaseLousdpeakersusingPassiveCrossover Networks"，J.Audio化g.Soc，Vol25，No5，pp284-294)W及一般衍生的使用数字信号处 理值S巧的线性相位交叉的应用。
[0004] 也已知通过运用补偿的全通修正来平滑通过交叉系统引入的群延迟的方法 (Linkwitz,S.比，"ActiveCrossoverNetworksforNon-CoincidentDrivers",J.Audio 化拆oc,Vol24No1/2, 1976化肌3巧/化13；1〇13巧，卵.2-8)。
[0005] 声学换能器一般具有天然的低频的截止并且隔板上的或包围中的换能元件的组 合展现出高通的频率响应，其可W建模为高通滤波器系统。该种高通响应可W呈现显著的 或不规则的群延迟。接近系统截止的低频群延迟的增加可W是截止频率的周期的量级。如 果不加修正，听众可W觉察到在复合声音信号的低频成分在高频率配对物之后到达。
[0006] 根据换能器W及包围的总体设计，低频响应可W展现出减慢-转降（在过阻巧系 统）、在闭箱系统中的二阶的高通响应、在包含出口、辅助发射元件、或联接腔体的系统中的 四阶高通或者连同额外的预先处理音频的辅助滤波器的W上的任意一种W便提供低频扩 充、优化校准、或引入中间的或高阶的高通的响应。通常，由于整体系统设计系统将在一些 低的频率展现出增加的群延迟，并且该延迟隆起将趋于低于整体系统声音响应的量级的比 例。因此，对于特定的高品质的应用，闭箱扬声器迄今饱受欢迎或是高级的设计。
[0007] 扬声器系统的高通的响应可W建模为可分解为一阶成分和二阶成分的级联 来考虑的滤波，其中一些在其包围W及信号的其它预处理中将设及换能器的机械性 能。也巳知诸如六阶己特沃斯的高阶的响应可W设计在集合成对的二阶因子的四路里 W合成机械系统，与此同时第=阶可W是辅助滤波器；一般地选择结合W提供最小的 包围体积（Thiele,A.N. (1973). "Loudspeakers,EnclosuresandEqualisers,"Proc. IREE,：M(11)，pp. 425-448.)。
[000引已知非实时方法，借此可W在反转时间中通过与全系统具有相同相位响应的全通 滤波来预处理音频；当更迟的还原该些音频时导致了统一的群延迟响应。然而，并不总是便 于预处理音频并且尤其不便于用于不同设计中。
[0009] 使用实时因果稳定滤波给予负的延迟W补偿不需要的群延迟是不可能的。然而， 具有平坦的振幅响应的全通滤波可用来在特定频率范围中添加群延迟。M.F.QU6化as、 A.PetragliaW及M.R.化traglia在2004年发表于欧洲信号处理会议巧uropeanSi即al ProcessingConference) 125-127 页的题为"Efficientgroupdelayequalizationof discrete-timeHRfilters"的文章中描述了添加一系列全通滤波W实现有限的均衡的 方法。然而，仅用该方法并不能提供用于均衡全部的多路扬声器的群延迟的充分的手段。
[0010] 实时地，为了获得统一的群延迟，必须延迟全部的音频使得没有部分相较于来自 整个系统的最后的成分更早地到达；最大的群延迟一般与系统的低频高通响应相关并且可 W是几十毫秒。
[0011] 原则上，全通滤波可W设计为修正高通的响应。然而，为了覆盖从lOOHzW下到 20曲ZW上的频率范围，需要许许多多的滤波（五百个跨越所需的频率范围均匀分布的二 阶全通滤波的量级）并且冒着相当多的噪音积累的风险。
[0012] 在诸如Adam,V.和Benz,S.发表于 2007 年AudioElngineeringSociety122 次会 议第 7111 页 6pp的题为"Correctionofcrossoverphasedistortionusingreversed timeall-passHRfilter"的文章中也描述了包括信号的反向块处理的实时技术确实提 供了用于均衡群延迟的可能。然而，对于精确的高采样速率系统，该些方法需要很大的缓冲 W保证滤波状态在块边界或缓冲边界收敛。当足够的缓冲填满时该方法也在音频上施加了 显著的启动延迟，并且，例如，该种延迟可能与相关的影象不相符。
[0013] 通过W上讨论可知，需要用于实现具有低的额外的延迟的多路扬声器的群延迟的 均衡的实用性的方法。
【发明内容】
[0014] 根据本发明的第一方面，提供了根据在低频范围与高频范围之间具有交叉的声学 换能器系统的响应用于均衡总体群延迟的方法，该方法包括W下步骤：
[0015] 对包含交叉区域的较低频率范围中的信号应用修正，W大致均衡较低频率范围的 群延迟；
[0016]W及对较高频率范围中的信号应用信号延迟，W将该信号与已经均衡的较低频率 范围的信号进行更紧密的校准。
[0017] 根据本发明的第二方面，计算机程序产品包括计算机可执行的代码，当在声学换 能器系统的处理器上执行该计算机可执行的代码时导致该系统执行第一方面的方法。
[0018] 根据本发明的第=方面，声学换能器系统适于执行第一方面的方法。
[0019] 本发明设及用于均衡在声音重放系统中的群延迟随着频率的变化的方法，包括一 个或多个一同再现较低频率范围的换能器W及一个或多个再现重叠的或邻接的上部的频 率范围的其它换能器，其中该两个范围通过交叉办法统一。该种系统可作为一个总体的隔 板或包围中的或头戴式耳机中的多换能器组合来组装，或者作为分别封装的低音扬声器和 较高范围扬声器的组合来组装。
[0020] 在本发明的一个实施方式中，该方法使用全通滤波调节供应给较低频率再现组合 的信号W在该频率范围上使群延迟标准化，与此同时简单的时间延迟办法调节供应给相应 的上部频率组合的信号。本发明从而均衡了包括在较低频率换能器与较高频率换能器之间 具有至少一个交叉的声学换能器的声音重放系统的群延迟，并且可w低延迟实时运行。
[0021] 在包含超过一个交叉的多路系统的内部，可W不止一次地使用该方法；例如首先 在中音扬声器与高音扬声器的组合中修正群延迟的不规则，随后在该组合与相关的低音扬 声器之间修正总体的群延迟的不规则。
[0022] 本发明的方法可W作为在多路扬声器系统内部的信号处理单元实施，或者作为在 单独的扬声器系统内部的信号处理单元实施，通过该种方式总体响应达到需要修正的群延 时。上述单独的扬声器系统包含具有附属组合的单独的低音扬声器，该附属组合中附属物 的数目与低音扬声器的数目不必相等。
[0023] 该方法也可W在控制器或预处理器装置的内部使用，包含在环绕立体声或家庭剧 院的解码器、处理器、或接收器的内部，W调节供应给多扬声器的信号W便均衡得到的声音 中的群延迟中的变化。该方法也可W用于处理器信号的设计，该信号处理器使用了内部频 带分离和重组W更有效地为没有交叉的扬声器系统提供补偿。
[0024] 描述的方法也可W用于多路声音重放机的设计，W能实现更多的统一的群延迟， 否则其中基础声学设计不太合适。
[00巧]在本发明的一些实施方式中，修正是包含在设计阶段W便能从换能器系统中获得 足够的系统性能，否则该换能器系统的群延迟响应是不受欢迎的，例如作为可能的结果如 果；（i)高阶系统设计，例如使用10阶来延伸较小的机柜的响应，或者（ii)其中延伸中音 扬声器系统的声音低频响应的方法另外混淆了交叉设计。
[0026] 描述的方法可W作为模拟办法或数字处理办法来实施W获得低频全通响应，与此 同时用于上部部分的延迟可W使用声音、模拟或数字存储器或其它办法。
[0027] 描述的方法也可W在软件中实施，作为对使用数字信号处理器值SP)的现有的系 统的改善。
[0028] 虽然本发明不设及像该样的交叉的修正，但是本发明凭借使用本发明实现的接近 统一的群延迟确实简化了用于优化交叉的设计的额外的方法。
[0029]在本发明的第一种实施方式中，设计了一系列全通滤波W均衡在多路扬声器内部 的直到相关交叉频率或者稍微在相关交叉频率W上的低频信号的群延迟。由于在系统转 降与交叉之间的频率范围可W仅是一些八音度，该种修正可W使用相对少的全通滤波单元 来完成。设计了全通系统 使得当其与低频换能器系统结合时对相关的频率呈现统一的延 迟。供应给较高频率信号通道的信号可W随后用其它方式被适当地推迟，并且该可能随后 导致跨越整个频率范围提供恒定群延迟的总体的系统，并且因此呈现更纯净的总体的声音 效果。
[0030]本发明的第二种实施方式利用反向块处理技术提供向后过滤低频音频信号的办 法，在正向信号上有效地实现明显的负的群延迟。由于该种处理仅需要用于多路系统的较 低频率部分，因此可W通过在一系列均衡全通滤波应用之前向下采样低频信号来克服状态 收敛的问题。通过在高频信号通道内部的纯延迟方法获得与高频系统的总体的音频校准。
[0031]本发明的第=种实施方式使用每个扬声器系统具有一个输入W及一个输出的预 处理器，该预处理器设计为提供均衡外接扬声器的低频群延迟的信号。该处理使用了频带 分离方法W将信号分为低频部分和高频部分，其中在低频部分内部可W使用全通滤波W提 供合适的群延迟，而在高频部分包含纯延时。上范围W及下范围随后通过频带接合方法重 组w提供预补偿信号，该频带接合方法可w是简单的加法。
[0032] 本发明的第二方面的计算机程序产品可W作为对现有数字信号处理器值S巧扬 声器系统的升级或增强来实现，或者作为现有的多路的或立体的音频处理器的升级或增强 来头施。
[0033] 根据本发明的第=方面的声学换能器可包括多路扬声器或其它换能器组合的下 范围部分和上范围部分。可替代地，或另外地，声学换能器可包括多路系统中的任何频率邻 近的成对的驱动器范围，不包含最低的频率范围，例如在高音扬声器之间或在中音扬声器 与高音扬声器组合之间。
[0034] 在一些实施方式中，声学换能器系统可包括与一个或多个扬声器的组合的单独的 包围或机柜中的低频系统，该低频系统例如次低音扬声器，所述组合中存在交叉，无论是声 音的或者通过滤波方法。
[00巧]在一些实施方式中，声学换能器系统可包括在相关单元内部的信号处理，用于与 扬声器系统的组合或其它换能器的组合协同执行方法，其中其它换能器包含环绕处理器、 家庭剧院接收器W及类似装置，信号处理包含低音管理、交叉W及校准方法。
[0036] 在一些实施方式中，声学换能器系统可包括补偿信号处理装置，其中较低频率范 围通道W及较高频率范围通道是内部的并且由频带分离方法产生，然而低频信号和高频信 号的后修正重组通过频带接合方法发生在信号处理中，W便提供为声学换能器系统修正的 复合信号，在声学换能器系统中没有任何交叉或者声学换能器系统是全范围的。
[0037] 本领域技术人员能够理解，本发明根据本申请能有多种实现。此外，本发明促进了 用于声学换能器系统的其它设计方案，例如设及交叉形式的，其可利用本发明提供的群延 迟修正。
【附图说明】
[0038] 本发明的示例将参照附图详细描述，其中：
[0039] 图1示出了多路扬声器的基本流程图，在该种情况下，S路扬声器包括S个驱动 单元；
[0040] 图2是用于二阶、四阶、六阶、八阶、W及十阶扬声器的低频群延迟的示例；
[0041] 图3示出了全通滤波W及它们的组合的群延迟的两个示例；
[0042] 图4示出了使用八个全通滤波的部分群延迟均衡W及一旦使用延迟线的感知的 总体延迟；
[0043] 图5示出了 =路扬声器的流程图，该=路扬声器包含在低频驱动单元或低音扬 声器驱动单元上的一系列全通滤波W及用于剩余信号通路校准系统的总体群延迟的延迟 线；
[0044] 图6示出了用于分解音频信号进入用于反向块处理的块之内的方法，其中每个块 作为单级处理；
[0045] 图7示出了用于S路扬声器系统的流程图，该S路扬声器系统在低频信号通道上 执行反向块处理使得可使用一系列全通滤波来求反总体的群延迟。在高频通道中使用纯延 迟来校准扬声器输出；W及
[0046] 图8示出了用于预处理单元的流程图，该预处理单元在通过频带接合处理在输出 上重组w前，在输入信号上执行频带分离、在低频通道上修正群延迟w及对高频通道应用 补偿的纯延迟。
【具体实施方式】
[0047] 根据正在使用的声学换能器系统，本发明可W通过许多不同的方式实施。W下参 照附图描述了一些示例性的实现。
[0048] 全通滤波修正
[0049] 多路扬声器包含两套或多套驱动单元，其中每套驱动单元可W包含一个或多个扬 声器驱动单元并且可W看作不同的信号通道的端点。图1中的流程图示出了一种可行的S 路扬声器系统，其中音频信号1通过为各个驱动单元设置的不同的滤波器。低通滤波器4 W及延伸低频响应的辅助滤波器5用于低音扬声器驱动器8的信号；带通滤波器3用于中 音7驱动单元的信号；W及高通滤波器2用于高音扬声器6的信号。
[0050] 在多路扬声器中的每个驱动单元运行在不同但重叠的频率范围中。因此，对于理 想的扬声器，应当过滤每个信号通道W保证每个驱动单元的交叉点结合使得全部扬声器的 总体振幅W及相位响应满足期望的响应。
[0051] 图2示出了多种S路扬声器箱的群延迟的占支配地位的低频特征。显著的群延迟 (在该示例中最多可见于25化左右）将导致低频声音在相关的高频分量之后到达或者导致 瞬时的、模糊的W及通常退化的总体听觉效果。
[0052] 已知的用于调整系统的群延迟而没有改变总体的振幅响应的方法是通过使用全 通滤波，如在M.F.Qu6化as、A.化tragliaW及M.R.化traglia在2004年发表于欧洲信号 处理会议巧uropeanSi即alProcessingConference) 125-127 页的的题为"Efficient groupdelayequalizationofdiscrete-timeHRfilters"的文章中所描述的。二阶数 字全通滤波的传递函数可定义为：
[0053]
[0054] 根据滤波的需求选择参数a和b，其中。=、巧;且b=r2。其中r对应于滤波孔 半径（零半径由1/r给出），为了保证稳定的因果滤波需要r< 1，f。是中屯、频率，W及Fs 是采样频率。
[00巧]图3示出了从两个二级全通滤波获得的总体群延迟的示例，其中二级全通滤波的F,为 96000Hz，fC等于 100化和 200Hz，W及r对应于 0. 995 和 0. 996。
[0056] 理想地，需要一组具有负的群延迟的全通滤波来均衡扬声器箱的群延迟，诸如图2 中弯折处所示的。然而，虽然有可能设计一种具有负的群延迟的全通滤波，但是滤波将成为 非因果的从而导致整个系统不稳定。
[0057] 可替代的解决方案需要数W百计的全通滤波器W跨越从低到高的全部频率范围 W建立起平坦的正的群延迟。该一滤波器的数目就实时实现而言通常是不切实际的并且引 入显著的噪音增强。
[0058] 因此，本发明的第一个实施方式在低频通道中运用一系列的全通滤波W均衡扬声 器的群延迟响应，该群延迟响应被均衡在充分超过低音扬声器信号通道的交叉频率的频 率。例如，假设用于低音扬声器的八阶Linkwitz-化ley低通转降，振幅响应在交叉频率之 上半个八音度降低24分贝，在该频率波形充分地降低W保证可W忽略的群延迟干设。图4 示出了一套八均衡二阶全通滤波的群延迟W及用于扬声器系统的群延迟和结合的群延迟。
[0059] 全部群延迟均衡是通过延迟在额外的信号通道中的信号来实现，该过程对应于现 有示例中的中音扬声器W及高音扬声器的馈送。在本示例中，延迟被引入在DSP系统的存 储缓冲的内部。如图5的流程图所示，缓冲实现对应于均衡低频系统群延迟的纯延迟9。
[0060] 因此，在本发明的第一实施方式中，应用了一系列全通滤波使之均衡或者对使用 正的群延迟的低频通道应用了一系列全通滤波W达到目标统一延迟水平，并且该一系列的 全通滤波W该样的方式完成W便在交叉频率提供合适的相位，并且随后在剩余的音频路径 中插入相等的延迟，本实施方式中该过程对应于中音扬声器W及高音扬声器馈送。
[0061] 虽然示为在低音扬声器与中音扬声器部分之间的修正，等同的实施方式可在低音 扬声器系统与单路或多路较高频率扬声器之间修正。本方法还可用于修平中频-高音扬声 器系统的群延迟，其可W使用相同方法反过来与低音扬声器结合。
[006引步骤；
[0063] ?使用迭代过程W应用和调节一系列全通滤波、均衡扬声器的低频成分的群延迟 响应至跨越所关屯、的频率范围的正的时间延迟。
[0064] ?延伸该均衡直到W及超过低频驱动单元的交叉频率。
[0065] ?在剩余高音扬声器馈送内（例如中音扬声器和高音扬声器）实现延迟。
[0066] ?保证总体的扬声器响应在交叉处良好地接合、适当地调节滤波和延迟线。
[0067] 反向块处理
[0068] 使用全通滤波补偿正的群延迟的可替代的方法是反向处理信号。可W构造一系列 具有正的群延迟的全通滤波，该些全通滤波可W将多路扬声器的低频信号通道的群延迟标 准化。一旦经过计算，可W在试音前将该些滤波在反向时间中应用于已知信号。然而，该对 于实时系统是不现实的。因此，本发明的第二种实施方式利用反向块处理，该反向块处理使 得全通滤波的附加群延迟能实时地从低频信号通道中有效地去除，当该反向块处理与用于 高频信号通道的纯延迟方法结合 时可W有效地均衡整个系统。
[0069] 图6描绘了一种该样的反向块处理的应用，其中可使用两个或更多缓冲W便于处 理。该系统当第一次装填缓冲时会呈现初始启动延迟，该延迟可W通过高频通道内的纯延 迟补偿。该缓冲可W看作一种后进先出（LIFO)的缓冲，因为该缓冲是用正向信号装填但是 滤波用于首先从最后一次采样开始。
[0070] 第一缓冲A的处理，可W在缓冲B-填满时就开始，或者至少在由重叠Bi到BJ占 据的区域被填满时。其中l<j?n，j对应于在长度为n的块缓冲内部的重叠区域的采样偏 移量。该种重叠是必须的W保证滤波状态足够稳定来提供缓冲A的精确的滤波W阻止在该 块边界的处理的信号中的不连续性。
[0071] 当额外的音频在块C中缓冲为下面处理步骤作准备时，即为块B的滤波（采样Cj. 到Bi)做准备时，可W使用允许从Bj.回到Ai的区域的滤波的第S缓冲。一旦块已经滤波， 其可W传至出口通道用于试音，并且该缓冲对再次使用开放。
[0072] 除非考虑到查错而使用额外的缓冲，长度为j的重叠区域应当具备足够的尺寸W 保证滤波状态稳定。然而，对于高采样速度信号将需要大而通常不现实的采样数目W用于 滤波状态稳定W获得用于高精度系统的可接受的程度。该种大量的采样将在缓冲填满时系 统的启动上需要相当快速的处理器、大的缓冲w及在系统上的长的延迟。
[0073] 如图7所示提供一种解决方案，其通过在反向块处理12W及全通滤波10之前向 下采样11低频信号（其已经被合适地低通滤波4)整数因子N。此后，如果需要的话，可W 再次向上采样13该处理的信号。向下采样减少了信号设及的频率范围，并且因此相等的低 采样速率全通滤波的状态相较于原始的高采样速度的方案显著地更快的稳定。
[0074] 本发明的第二种实施方式使用了反向块处理较低频率信号的方法，该方法具有一 系列设计为使得系统的正的群延迟得到补偿的全通滤波。为了便于在缓冲或块边界的滤波 状态收敛，可W在通过全通滤波的群延迟修正之前向下采样信号。最终可W向上采样修正 的信号W将其恢复至原始的采样速度。高频信号通路利用等同于采样通过低频滤波处理所 占用的时间的纯延迟，该低频滤波处理包含向下采样、反向处理、全通滤波W及向上采样。 [00巧]步骤；
[0076] ?向下采样低频信号。
[0077] ?反向块处理向下采样后的低频信号。
[0078] ?使用设计为匹配系统群延迟的级联的全通滤波，从而在反向时间中抵消了正的 群延迟。
[0079] ?必要时，在输出之前，向上采样低频信号，使之回到其原始的或者不同的采样速 度。
[0080] ?在高频信号通道中使用纯延迟，该纯延迟对应于在反向块处理期间通过缓冲施 加于低频信号通道上的时间延迟。
[00引]预处理
[0082] 如图8所示的本发明的第=种实施方式考虑了每个扬声器系统具有一个输入W 及一个输出的预处理，并且该预处理设计为提供均衡外接扬声器的低频群延迟的信号。设 计的处理使用了一种频带分离装置14W将信号分为低频部分（如图8中LF所示）W及高 频部分（HF)。低频通道通过群延迟修正块15,该群延迟修正块15W实施方式1或实施方 式2的方式实施全通滤波。类似地，高频通道包含纯延迟9,该纯延迟9适于本发明的第一 实施方式或第二实施方式。
[0083] 处理的上下范围随后通过频带接合方法16重组W提供预补偿信号17,该方法可 W是简单的加法。
[0084]步骤；
[0085] ?将音频信号频带分离为低频分量和高频分量。
[0086] ?对低频信号通道使用群延迟修正方法。可W利用如实施方式1所描述的全通滤 波和向下采样/向上采样阶段，或者利用来自本发明的实施方式2的反向块处理。
[0087] ?对高频分量使用纯延迟，该纯延迟相当于根据本发明的实施方式1或实施方式 2的应用在低频通道上的处理所需要的或所施加的延迟。
[0088] ?使用频带接合处理将音频信号的经过群延迟修正的低频分量和高频分量重组。
【主权项】
1. 一种用于均衡在较低频范围和较高频范围之间具有交叉的声学换能器系统的响应 中的总体群延迟的方法，所述方法包括： 对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围中的信号应用修正，以大致均衡用于所述 较低频率范围的群延迟；以及 对所述较高的频率范围中的信号应用信号延迟，以将其与均衡的较低频率范围的信号 进行更紧密的校准。2. 如权利要求1所述的方法，其中在群延迟均衡和校准之前，输入信号分为所述较低 频率范围的信号以及所述较高频率范围的信号，并且均衡的所述较低频率范围的信号与校 准的所述较高频率范围的信号结合以提供输出信号。3. 如权利要求2所述的方法，其中使用频带分离处理将所述输入信号分为所述较低频 率范围的信号以及所述较高频率范围的信号，以及使用频带接合处理将均衡的所述较低频 率范围的信号与校准的所述较低频率范围的信号接合。4. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，对所述较低频率范围中的信 号应用修正包括：对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围的信号应用至少一个全通滤 波，以大致均衡所述较低频率范围的群延迟。5. 如权利要求4所述的方法，其中，对所述较低频率范围的信号应用修正包括：对包含 所述交叉的区域的所述较低频率范围的信号应用全通滤波的组合，以大致均衡所述较低频 率范围的群延迟。6. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，对所述较低频率范围中的所述 接收的信号应用修正包括：对包含所述交叉的区域的所述较低频率范围中的信号应用组合 反向块处理，以均衡所述较低频率范围的群延迟。7. 如权利要求6中所述的方法，其中，所述组合反向块处理包括：对包含所述交叉的区 域的所述较低频率范围的信号进行反向块处理，以确定大致均衡所述较低频率范围的群延 迟的全通滤波组合，以及对所述较低频率范围的信号应用所述确定的全通滤波组合以大致 均衡所述群延迟。8. 如权利要求7所述的方法，还包括：在反向块处理之前，向下采样所述较低频率范围 的信号。9. 如权利要求8所述的方法，还包括：向上采样所述均衡的较低频率范围的信号至其 原始的采样速度或不同的采样速度。10. 如权利要求6至9中任一权利要求所述的方法，其中所述较低频率范围的信号的反 向块处理利用多个缓冲。11. 如权利要求6至10中任一权利要求所述的方法，其中对所述较高频率范围的信号 应用所述信号延迟包括：在所述较低频率范围的信号的反向块处理期间缓冲所述较高频率 范围的信号。12. -种计算机程序产品，包括计算机可执行的代码，当在声学换能器系统的处理器上 执行所述计算机可执行的代码时导致所述系统执行上述任一个权利要求的方法。13. 如权利要求12所述的计算机程序产品，作为对现有的数字信号处理机（DSP)扬声 器系统的升级或增强来实施。14. 如权利要求12所述的计算机程序产品，作为对现有的多路的或立体的音频处理器 的升级或增强来实施。15. -种声学换能器系统，适于执行权利要求1至11中任一权利要求所述的方法。16. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括多路扬声器或其它换能器组合的下范 围部分和上范围部分。17. 如权利要求15或权利要求16所述的声学换能器系统，包括多路系统中的驱动器范 围的任何频率相邻对，不包含最低的频率范围，例如在高音扬声器之间或在中音扬声器与 高音扬声器组合之间的范围。18. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括无论是声音的或者通过滤波方法，与 一个或多个扬声器的组合的在单独外壳或机柜中的诸如次低音扬声器的低频系统，所述组 合中存在交叉。19. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括在相关元件内部的信号处理，用于与 扬声器系统或其它换能器的组合协同执行所述方法，其中所述其它换能器包含环绕处理 器、家庭剧院接收器以及类似装置，所述信号处理包含低音管理、交叉以及校准方法。20. 如权利要求15所述的声学换能器系统，包括补偿信号处理装置，其中较低频率范 围通道以及较高频率范围通道是内部的并且由频带分离装置产生，然而所述低频信号和高 频信号的后修正重组通过频带接合装置发生在信号处理中，以便为所述声学换能器系统提 供修正的复合信号，在所述声学换能器系统中没有任何交叉或者所述声学换能器系统是全 范围的。
【专利摘要】提供了用于均衡声音重放系统的群延迟的方法，具体地提供了包括在较低频率范围与较高频率范围之间具有至少一个交叉的声学换能器的系统。对包含交叉区域的较低频率范围中的信号应用修正以大致均衡较低频率范围的群延迟，以及对较高频率范围中的信号应用信号延迟以将该信号与均衡的较低频率范围的信号进行更紧密的校准。该方法可以在声学换能器系统的设计中实施，以及还可以通过计算机程序产品实施，其中该计算机程序产品可以作为现有数字信号处理机扬声器系统的升级或增强来实施。
【IPC分类】H04R3/14
【公开号】CN104904237
【申请号】CN201480003960
【发明人】迈克尔·D·卡普, 约翰·罗伯特·斯图亚特, 艾伦·S·J·伍德, 理查德·J·霍林谢德
【申请人】全盛音响有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月7日
【公告号】EP2941899A1, US20150350786, WO2014106756A1
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