CN115696133A

CN115696133A - 均衡信号的方法以及调平均衡器

Info

Publication number: CN115696133A
Application number: CN202110848589.0A
Authority: CN
Inventors: 张荣贵
Original assignee: Elite Semiconductor Memory Technology Inc
Current assignee: Elite Semiconductor Memory Technology Inc
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-02-03

Abstract

一种调平均衡器包含有图形均衡器电路、第一乘法电路、第二乘法电路、加法电路以及增益控制电路。图形均衡器电路处理第一输入信号并且输出第一输出信号以及第二输出信号。第一乘法电路将第一输出信号与可调整增益值以及固定增益值的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号。第二乘法电路将第二输出信号与可调整增益值以及固定增益值的另一个相乘，以产生第二调整输出信号。加法电路将第一调整输出信号与第二调整输出信号结合，以产生均衡器输出信号。增益控制电路根据均衡器输出信号来动态地调整可调整增益值。

Description

均衡信号的方法以及调平均衡器

技术领域

本发明系有关于均衡器设计，尤指一种用来动态地调整可调整增益值以均衡输入信号，以产生均衡器输出信号的方法以及相关的调平均衡器(leveling equalizer)。

背景技术

随着播放装置(例如扬声器或耳机)的音量逐渐地减小，人类的听觉对于低频带(例如1千赫兹(kHz)以下)或高频带(例如7千赫兹以上)的敏感度会越来越低，因此，当使用者在深夜时透过播放装置以低音量聆听音乐时，使用者将无法清楚地区分低频以及高频的声音成分，其降低了聆听品质。为了允许使用者在可以感受到平坦频率响应的情况下来聆听各种音量级别的音乐，极需一种优化的调平均衡器，其可以根据在低频带或高频带的音量来调整增益，并且具有平坦频率响应。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种动态地调整可调整增益值来均衡输入信号以产生均衡器输出信号的方法以及相关的调平均衡器，以解决上述问题。

根据本发明的实施例，揭露了一种调平均衡器。该调平均衡器可包含有图形均衡器电路、第一乘法电路、第二乘法电路、加法电路、以及增益控制电路。图形均衡器电路可用以处理第一输入信号并且输出第一输出信号以及第二输出信号，第一乘法电路可耦接于图形均衡器电路，并且可用以将该第一输出信号与可调整增益值以及固定增益值的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号，第二乘法电路可耦接于图形均衡器电路，并且可用以将该第二输出信号与该可调整增益值以及该固定增益值的另一个相乘，以产生第二调整输出信号，加法电路可耦接于该第一乘法电路以及该第二乘法电路，并且可用以将该第一调整输出信号与该第二调整输出信号结合，以产生均衡器输出信号，增益控制电路可耦接于该第一乘法电路以及该第二乘法电路的其中一个以及该加法电路，并且可用以根据该均衡器输出信号来动态地调整该可调整增益值。

根据本发明的实施例，揭露了一种用来动态地调整可调整增益值以均衡第一输入信号，以产生均衡器输出信号的方法。该方法可包含有：对该第一输入信号进行图形均衡，以产生并且输出第一输出信号以及第二输出信号；将该第一输出信号与可调整增益值以及固定增益值的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号；将该第二输出信号与该可调整增益值以及该固定增益值的另一个相乘，以产生第二调整输出信号；将该第一调整输出信号与该第二调整输出信号结合，以产生该均衡器输出信号；以及根据该均衡器输出信号来动态地调整该可调整增益值。

随着播放装置(例如扬声器或耳机)的音量逐渐地减小，人类的听觉对于1千赫兹以下或7千赫兹以上的频带的敏感度会越来越低，然而，本发明的调平均衡器可用以补偿两端(亦即1千赫兹以下或7千赫兹以上的频带)的听觉特性，以改善上述问题，因此，即使人耳接收到的音量很小，通过本发明的调平均衡器，人耳也能听到平坦的频率响应并且清晰地听到低频以及高频的声音成分。

附图说明

图1为依据本发明的实施例的调平均衡器的示意图。

图2为依据本发明的实施例的图形均衡器电路的示意图。

图3为依据本发明的实施例的增益控制电路的示意图。

图4为依据本发明的实施例的图1所示的调平均衡器的不同增益值设置在不同可调整增益值下的示意图。

图5为依据本发明的实施例的一种用来动态地调整可调整增益值以均衡输入信号的方法的流程图。

具体实施方式

图1为依据本发明的实施例的调平均衡器100的示意图。调平均衡器100可包含有图形均衡器电路10、多个乘法电路12以及14、加法电路16以及增益控制电路18，图形均衡器电路10可用以使用图形均衡的方式来处理第一输入信号A_IN，以将第一输入信号A_IN的频带分为2个频带(亦即一个高频带以及一个低频带)来提供各自的频率响应补偿，并且输出第一输出信号A_OUT_1以及第二输出信号A_OUT_2，其中第一输出信号A_OUT_1的频带以及第二输出信号A_OUT_2的频带分别为低频带以及高频带。

乘法电路12可耦接于图形均衡器电路10，并且可用以将第一输出信号A_OUT_1与可调整增益值AG以及固定增益值FG的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号AD_OUT_1。乘法电路14可耦接于图形均衡器电路10，并且可用以将第二输出信号A_OUT_2与可调整增益值AG以及固定增益值FG的另一个相乘，以产生第二调整输出信号AD_OUT_2，举例来说，固定增益值为1(亦即如果第二输出信号A_OUT_2与固定增益值相乘的话，第二调整输出信号AD_OUT_2的增益值保持不变)，在本实施例中，调平均衡器100具有应用于乘法电路12的可调整增益值AG以及应用于乘法电路14的固定增益值FG，由于固定增益值FG，第二输出信号A_OUT_2的增益值等于第二调整输出信号AD_OUT_2的增益值，另一方面，由于可调整增益值AG，第一输出信号A_OUT_1的增益值与第一调整输出信号AD_OUT_1的增益值则不一定相同。

加法电路16可耦接于乘法电路12以及乘法电路14，并且可用以将第一调整输出信号AD_OUT_1与第二调整输出信号AD_OUT_2结合，以产生均衡器输出信号EQ_OUT(亦即EQ_OUT＝AD_OUT_1+AD_OUT_2)。增益控制电路18可耦接于乘法电路12与乘法电路14的其中一个以及加法电路16，并且可用以根据均衡器输出信号EQ_OUT来动态地调整可调整增益值AG，在本实施例中，调平均衡器100具有耦接于加法电路16以及乘法电路12的增益控制电路18。

为简洁起见，以下假设第一输出信号A_OUT_1与可调整增益值AG相乘、第二输出信号A_OUT_2与固定增益值FG相乘以及增益控制电路18耦接于加法电路16以及乘法电路12，然而，此仅作为范例说明之用，本发明并不以此为限，在某些实施例中，调平均衡器100可被调整成具有与固定增益值FG相乘的第一输出信号A_OUT_1、与可调整增益值AG相乘的第二输出信号A_OUT_2以及耦接于加法电路16以及乘法电路14的增益控制电路18，其中第一输出信号A_OUT_1的频带以及第二输出信号A_OUT_2的频带分别为低频带以及高频带。

图2为依据本发明的实施例的图形均衡器电路200的示意图。图1所示的调平均衡器100中的图形均衡器电路10可利用图2所示的图形均衡器电路200来实现，如图2所示，图形均衡器电路200可包含有多个滤波器20以及22、加法电路24、减法电路26以及衰减器电路28(为简洁起见，标记为“Att”)，滤波器20可用以根据自第一输入信号A_IN取得的第二输入信号AD_IN来产生第一滤波信号F_OUT_1，滤波器22可用以根据第二输入信号AD_IN来产生第二滤波信号F_OUT_2，加法电路24可耦接于滤波器20以及滤波器22，并且用以将第一滤波信号F_OUT_1与第二滤波信号F_OUT_2结合，其中第一输出信号A_OUT_1自加法电路24的输出所取得，以及第一输出信号A_OUT_1为低通滤波信号。减法电路26可耦接于滤波器20以及滤波器22，并且用以自第一滤波信号F_OUT_1减去第二滤波信号F_OUT_2，其中第二输出信号A_OUT_2自减法电路26的一输出所取得，以及第二输出信号A_OUT_2为高通滤波信号。衰减器电路28可耦接于滤波器20以及滤波器22，并且可用以衰减第一输入信号A_IN(例如将第一输入信号A_IN衰减一半)，以产生第二输入信号AD_IN(亦即AD_IN＝(1/2)*A_IN)。

在本实施例中，滤波器20以及滤波器22可以为全通滤波器(all pass filter)、林克维兹滤波器(linkwitz filter)或者其它可以进行分频的滤波器，此外，第一输入信号A_IN被划分为低通滤波信号(亦即第一输出信号A_OUT_1)以及高通滤波信号(亦即第二输出信号A_OUT_2)，举例来说，低通滤波信号系通过加法电路24来将第一滤波信号F_OUT_1与第二滤波信号F_OUT_2结合，并且通过衰减器电路28除以2来取得(亦即

)，而高通滤波信号系通过减法电路26来从第一滤波信号F_OUT_1减去第二滤波信号F_OUT_2，并且通过衰减器电路28除以2来取得(亦即

)，但是本发明不以此为限，举例来说，在某些实施例中，衰减器电路28可以被两个分别耦接于加法电路24以及减法电路26之后的衰减器电路来代替，其中第二输入信号AD_IN与第一输入信号A_IN相同，以及修改后的图形均衡器电路(其在加法电路24以及减法电路26之后耦接两个衰减器电路)所产生的均衡结果(A_OUT_1以及A_OUT_2)与原始图形均衡器电路200(其在滤波器20以及滤波器22之前耦接单衰减器电路28)所产生的均衡结果大致上相同。这些替代设计均落入本发明的涵盖范围。

图3为依据本发明的实施例的增益控制电路300的示意图。图1所示的调平均衡器100中的增益控制电路18可利用图3所示的增益控制电路300来实现，如图3所示，增益控制电路300可包含有能量检测电路30以及可调整增益值产生器32，能量检测电路30可用以测量均衡器输出信号EQ_OUT的一峰值能量PE，可调整增益值产生器32可耦接于能量检测电路30，并且可用以根据均衡器输出信号EQ_OUT的峰值能量PE来动态地调整可调整增益值AG。在本实施例中，能量检测电路30可包含有绝对值电路34以及阿尔发滤波器(alpha filter)36，绝对值电路34可用以通过对均衡器输出信号EQ_OUT进行绝对值计算来产生均衡器输出信号EQ_OUT的绝对值AV，阿尔发滤波器36可耦接于绝对值电路34以及可调整增益值产生器32，并且可用以根据绝对值计算结果(亦即绝对值AV)来产生峰值能量PE，并且将峰值能量PE传送至可调整增益值产生器32，举例来说，阿尔发滤波器36可以为一二阶阿尔发滤波器，并且二阶阿尔发滤波器的系数为2的次方(亦即

…等等)，但是本发明不限于此。

对于通过斜率调整来直接地控制可调整增益值AG以根据均衡器输出信号EQ_OUT的峰值能量PE来动态地调整可调整增益值AG，在可调整增益值产生器32中采用了攻击(attack)控制以及释放(release)控制，其中当峰值能量PE小于阈值(threshold value)TH时，释放控制可用以释放均衡器输出信号EQ_OUT，而当峰值能量PE不小于阈值TH时，攻击控制可用以压抑(suppress)均衡器输出信号EQ_OUT。因此，可调整增益值产生器32另可用以接收参考阈值RTH、攻击率设置AR以及释放率设置RR，其中可调整增益值产生器32内部使用的阈值TH系通过将参考阈值RTH以及预定系数相乘来取得(例如TH＝RTH*0.635，其中0.635为预定系数)，并且攻击率设置AR可大于释放率设置RR。在从阿尔发滤波器36接收峰值能量PE之后，可调整增益值产生器32可将峰值能量PE与阈值TH进行比较，如果峰值能量PE小于阈值TH(亦即在释放控制范围内)，则可调整增益值产生器32可根据释放率设置RR所指定的斜率调整来控制可调整增益值AG；以及如果峰值能量PE不小于阈值TH(亦即在攻击控制范围内)，则可调整增益值产生器32可根据攻击率设置AR所指定的斜率调整来控制可调整增益值AG。

应注意的是，增益控制电路300仅作为在调平均衡器100中的增益控制电路18的实现范例，实际上，任何能够根据均衡器输出信号EQ_OUT来动态地调整可调整增益值AG的电路架构均可被增益控制电路18所采用，这些替代设计均落入本发明的涵盖范围。

图4为依据本发明的实施例的图1所示放入调平均衡器100的不同增益值设置在不同可调整增益值AG下的示意图。假设图1所示的调平均衡器100中的图形均衡器电路10系利用图2所示的图形均衡器电路200来实现，滤波器20以及滤波器22分别配置为一阶全通滤波器以及二阶全通滤波器，此外，第一输出信号A_OUT_1(例如低通滤波信号)系与可调整增益值AG相乘(亦即通过可调整增益值AG来动态地调整第一输出信号A_OUT_1的增益值)，以及第二输出信号A_OUT_2(例如高通滤波信号)系与固定增益值FG相乘(亦即第二输出信号A_OUT_2的增益值被固定为1)。

如图4所示，通过斜率调整来直接地控制可调整增益值AG以取得64条频率响应曲线，频率响应曲线的数量可以根据精准度来决定，在本实施例中，64条频率响应曲线仅作为范例说明之用，本发明并不以此为限。本发明的增益控制范围基本上无限制，也就是说，第一输出信号A_OUT_1的增益值的增益控制范围不会被多个滤波器20以及22的选择所限制。

在本实施例中，图4中的所有响应曲线均为平滑，其在使用调平均衡器100时有着较少的信号变化以及较少的功率变化，此外，本发明的调平均衡器100所涵盖的频率范围很广(频率范围大约从0赫兹(hertz,Hz)至8000赫兹)，当播放装置(例如扬声器或耳机)的音量逐渐地减小时，人类的听觉对于1千赫兹以下或7千赫兹以上的频带的敏感度会越来越低，此时可以利用本发明的调平均衡器100来补偿两端(亦即1千赫兹以下或7千赫兹以上的频带)的听觉特性，因此，即使人耳接收到的音量很小，通过本发明的调平均衡器100，人耳也能听到平坦的频率响应并且清晰地听到低频以及高频的声音成分，然而，当第一输入信号A_IN为调平均衡器100的带外信号(out-of-band signal)时(例如第一输入信号A_IN的频率为9000赫兹)，则均衡器输出信号EQ_OUT与第一输入信号A_IN相同(亦即本发明的调平均衡器100不会动态地调整可调整增益值AG以均衡第一输入信号A_IN)。

图5为依据本发明的实施例的一种用来动态地调整可调整增益值AG以均衡输入信号的方法的流程图。假若可以得到相同的结果，则步骤不一定要完全遵照图5所示的流程来依序执行，举例来说，图5所示的方法可由图1所示的调平均衡器100来加以实现。

在步骤S60中，第一输入信号A_IN被衰减以产生第二输入信号AD_IN。

在步骤S62中，根据第二输入信号AD_IN来产生第一滤波信号F_OUT_1。

在步骤S64中，根据第二输入信号AD_IN来产生第二滤波信号F_OUT_2。

在步骤S66中，将第一滤波信号F_OUT_1与第二滤波信号F_OUT_2结合以取得第一输出信号A_OUT_1。

在步骤S68中，自第一滤波信号F_OUT_1减去第二滤波信号F_OUT_2来取得第二输出信号A_OUT_2。

在步骤S70中，将第一输出信号A_OUT_1与可调整增益值AG以及固定增益值FG的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号AD_OUT_1。

在步骤S72中，将第二输出信号A_OUT_2与可调整增益值AG以及固定增益值FG的另一个相乘，以产生第二调整输出信号AD_OUT_2。

在步骤S74中，将第一调整输出信号AD_OUT_1与第二调整输出信号AD_OUT_2结合以产生均衡器输出信号EQ_OUT。

在步骤S76中，根据均衡器输出信号EQ_OUT来动态地调整可调整增益值AG。

由于本领域技术人员可通过有关图1所示的调平均衡器100的说明书内容而轻易了解图5所示各步骤的操作，为了简明起见，在本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

[符号说明]

100：调平均衡器

10,200：图形均衡器电路

12,14：乘法电路

16,24：加法电路

18,300：增益控制电路

AG：可调整增益值

FG：固定增益值

A_IN：第一输入信号

A_OUT_1：第一输出信号

A_OUT_2：第二输出信号

AD_OUT_1：第一调整输出信号

AD_OUT_2：第二调整输出信号

EQ_OUT：均衡器输出信号

20,22：滤波器

26：减法电路

28：衰减器电路

AD_IN：第二输入信号

F_OUT_1：第一滤波信号

F_OUT_2：第二滤波信号

30：能量检测电路

32：可调整增益值产生器

34：绝对值电路

36：阿尔发滤波器

AV：绝对值

PE：峰值能量

TH：阈值

RTH：参考阈值

AR：攻击率设置

RR：释放率设置

S60～S76：步骤

Claims

1.一种调平均衡器，包含有：

图形均衡器电路，用以处理第一输入信号并且输出第一输出信号以及第二输出信号；

第一乘法电路，耦接于该图形均衡器电路，并且用以将该第一输出信号与可调整增益值以及固定增益值的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号；

第二乘法电路，耦接于该图形均衡器电路，并且用以将该第二输出信号与该可调整增益值以及该固定增益值的另一个相乘，以产生第二调整输出信号；

加法电路，耦接于该第一乘法电路以及该第二乘法电路，并且用以将该第一调整输出信号与该第二调整输出信号结合，以产生均衡器输出信号；以及

增益控制电路，耦接于该第一乘法电路以及该第二乘法电路的其中一个以及该加法电路，并且用以根据该均衡器输出信号来动态地调整该可调整增益值。

2.根据权利要求1所述的调平均衡器，其中该固定增益值等于1。

3.根据权利要求1所述的调平均衡器，其中该图形均衡器电路包含有：

第一滤波器，用以根据自该第一输入信号所取得的第二输入信号来产生第一滤波信号；

第二滤波器，用以根据该第二输入信号来产生第二滤波信号；

加法电路，耦接于该第一滤波器以及该第二滤波器，并且用以将该第一滤波信号以及该第二滤波信号结合，其中该第一输出信号是自该加法电路的输出所取得；以及

减法电路，耦接于该第一滤波器以及该第二滤波器，并且用以自该第一滤波信号减去该第二滤波信号，其中该第二输出信号是自该减法电路的输出所取得。

4.根据权利要求3所述的调平均衡器，其中该图形均衡器电路还包含有：

衰减器电路，耦接于该第一滤波器以及该第二滤波器，并且用以衰减该第一输入信号以产生该第二输入信号。

5.根据权利要求3所述的调平均衡器，其中该第一输出信号为低通滤波信号，以及该第二输出信号为高通滤波信号。

6.根据权利要求1所述的调平均衡器，其中该增益控制电路包含有：

能量检测电路，用以测量该均衡器输出信号的峰值能量；以及

可调整增益值产生器，耦接于该能量检测电路，并且用以根据该均衡器输出信号的该峰值能量来动态地调整该可调整增益值。

7.根据权利要求6所述的调平均衡器，其中该能量检测电路包含有：

绝对值电路，用以产生该均衡器输出信号绝对值；以及

阿尔法滤波器，耦接于该绝对值电路以及该可调整增益值产生器，并且用以根据该绝对值电路的输出来产生该峰值能量。

8.根据权利要求6所述的调平均衡器，其中该可调整增益值产生器还用以接收攻击率设置以及释放率设置；当该均衡器输出信号的该峰值能量小于阈值时，该可调整增益值产生器根据由该释放率设置所指定的斜率调整来控制该可调整增益值；以及当该均衡器输出信号的该峰值能量不小于该阈值时，该可调整增益值产生器根据由该攻击率设置所指定的斜率调整来控制该可调整增益值。

9.根据权利要求8所述的调平均衡器，其中该可调整增益值产生器还用以接收参考阈值，并且通过将该参考阈值以及预定系数相乘来取得该阈值。

10.根据权利要求1所述的调平均衡器，其中当该第一输入信号为该调平均衡器的带外信号时，该均衡器输出信号与该第一输入信号相同。

11.一种用来均衡第一输入信号以产生均衡器输出信号的方法，包含有：

对该第一输入信号进行图形均衡，以产生并且输出第一输出信号以及第二输出信号；

将该第一输出信号与可调整增益值以及固定增益值的其中一个相乘，以产生第一调整输出信号；

将该第二输出信号与该可调整增益值以及该固定增益值的另一个相乘，以产生第二调整输出信号；

将该第一调整输出信号与该第二调整输出信号结合，以产生该均衡器输出信号；以及

根据该均衡器输出信号来动态地调整该可调整增益值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中该固定增益值等于1。

13.根据权利要求11所述的方法，其中对该第一输入信号进行图形均衡，以产生并且输出该第一输出信号以及该第二输出信号包含有：

根据自该第一输入信号所取得的第二输出信号来产生第一滤波信号；

根据该第二输出信号来产生第二滤波信号；

将该第一滤波信号与该第二滤波信号结合，以取得该第一输出信号；以及

自该第一滤波信号减去该第二滤波信号，以取得该第二输出信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中对该第一输入信号进行图形均衡，以产生并且输出该第一输出信号以及该第二输出信号还包含有：

衰减该第一输入信号以产生该第二输入信号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中该第一输出信号为低通滤波信号，以及该第二输出信号为高通滤波信号。

16.根据权利要求11所述的方法，其中根据该均衡器输出信号来动态地调整该可调整增益值包含有：

测量该均衡器输出信号的峰值能量；以及

根据该均衡器输出信号的该峰值能量来动态地调整该可调整增益值。

17.根据权利要求16所述的方法，其中测量该均衡器输出信号的该峰值能量包含有：

对该均衡器输出信号进行绝对值计算以产生绝对值计算结果；以及

根据该绝对值计算结果来产生该峰值能量。

18.根据权利要求16所述的方法，其中根据该均衡器输出信号的该峰值能量来动态地调整该可调整增益值包含有：

接收攻击率设置以及释放率设置；

当该均衡器输出信号的该峰值能量小于阈值时，根据由该释放率设置所指定的斜率调整来控制该可调整增益值；以及

当该均衡器输出信号的该峰值能量不小于该阈值时，根据由该攻击率设置所指定的斜率调整来控制该可调整增益值。

19.根据权利要求18所述的方法，其中根据该均衡器输出信号的该峰值能量来动态地调整该可调整增益值还包含有：

接收参考阈值；以及

通过将该参考阈值与预定系数相乘来取得该阈值。

20.根据权利要求11所述的方法，其中因应该第一输入信号为带外信号，该方法产生与该第一输入信号相同的该均衡器输出信号。