CN1518335A - 图形音频均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图形音频均衡器，使用具有可变电平、固定频带和固定中心频带的多个滤波器来改变选定频带中的音频响应，其包括一个电路，用于仿真参量音频均衡器的操作，以将音频响应改变为由中心频率、Q因子和最高电平定义的至少一个铃状曲线的形状，在该电路中执行下列功能：选择固定频带之一作为中心频率；在确定中心频率的固定频带两边选择另外的固定频带以便规定Q因子；以及依照固定频带的最高电平调整另外固定频带的电平，该固定频带按照铃状曲线的形状确定中心频率。

Description

图形音频均衡器

技术领域

本发明涉及一种图形音频均衡器，其使用多个可变电平的滤波器来用于改变选定频带的音频响应。

背景技术

图形音频均衡器调整固定带宽和中心频率的多个频带，其容量可能在个体基础上被影响。通过与频带相关的滑动控制典型地提供此类均衡器。可替代地，那些滑动控制可以以软件(例如在PC屏幕上)的形式被提供，并且可以通过鼠标动作被影响。在用户部分中，均衡器按照立体形式被有规则地设计。作为专业性设备，根据需要，具有两个以上频道的均衡器被使用。

图形均衡器的一种替换是参量均衡器。参量均衡器能够理想地就频率、Q因子(即，滤波器曲线宽度)以及中心频率电平等方面被调整。如果这三个参数能够仅仅对于一个频率被改变，则被称为单个频带参量均衡器。如果，相反，多个频率的电平和Q因子可以被调整，则被称为多频带参量均衡器。

虽然图形均衡器经常用于纠正主信号、立体合声的音调或者用于把主信号与房间中的情况进行对准，但是参量均衡器也经常被用于音调整形。另外，在混频台上的频道带中也可以发现参量均衡器。

原则上，参量均衡器可用于实质上获得任意期望的频率响应，包括参量均衡器的铃状曲线。为了使用图形均衡器来仿真该铃状曲线，必须使用与之相关的控制元件来手动地改变每个单独的频带直到期望的曲线被示出。如果按照这种方式产生的这个频率响应曲线需要被偏移，则这意味着已经被改变的的所有电平或者其中一些电平需要使用控制元件再一次被复位为零分贝，并且该曲线然后需要在较低的或较高的频率范围中被手动地仿真，特别是对于涉及高电平时，需要一个频带一个频带地仿真。

因此原则上需要一种图形均衡器，它可用于在更加可变的基础上尽可能少涉及其他方面的情况下实现参量均衡器的功能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是：设计一种上述图形音频均衡器，用于象参量均衡器那样简单并无问题地使用。

因此，本发明提供由一种图形均衡器仿真参量均衡器的基本功能。更明确地，提供一个电路，用于根据中心频率的选定电平在待产生的铃状曲线或滤波器曲线的中心频率两侧上调整图形均衡器上的特定数目频带的电平，从而仿真铃状曲线。因而被用来形成铃状曲线的图形均衡器上的若干频带规定Q因子，即滤波器曲线的宽度，而中心频率两侧上的频带电平被耦合到中心频率的电平以使得仿真铃状曲线的形状，从而重新调整对该中心频率或规定该中心频率的频带的电平，造成位于其该侧的频带中的相应比例的改变。

实际上，这意味着当滤波器曲线的Q因子已经被规定时，通过改变中心频率，例如通过改变与此频率相关的电平控制，就可以轻易地产生并改变滤波器曲线。因此消除了两侧处相邻频带的手工调整，这意味着根据本发明没有任何问题地使用图形均衡器能够可靠地仿真参量均衡器的功能。

根据本发明，图形音频均衡器的电路允许通过偏移相应的中心频率来偏移铃状曲线或滤波器曲线，而不需要手动地改变边频带。这依靠本发明把边频带幅度耦合到中心频带的幅度上来实现。

铃状曲线或滤波器曲线的坡度因此取决于与中心频带有关的选定数目的相邻频带。对于参量均衡器，少数相邻频带造成陡曲线，与高Q因子相应；而大量的相邻频带对应缓曲线，与较低Q因子相应。

使用图形均衡器用于仿真参量模式的本发明电路能够以不同的方式产生。此电路特别有利的实施包括数字信号处理器，用于选择若干另外的固定频带，并且用于在确定中心频率的固定频带的最高电平的基础上调整其电平。

另外，该电路有利地包括微控制器，其通过激励手工控制元件结合高斯正态分布的公式用于执行一些功能。手工控制元件的使用允许图形均衡器以一种固有常见的方式被用于参量模式中。因此，手工控制元件以一种固有已知的方式而被设计用于选择中心频率、中心频率的最高电平以及Q因子。可以以一种固有地随机的方式提供该控制元件。优选地，控制元件为旋转控制部件以及滑动控制部件的形式。可替代地，控制元件可以为按钮形式。

为了简化使用，频率响应可以被可视地显示在显示器上。此显示器最好为液晶屏幕形式。

为了改善参量模式下图形均衡器的实际可行性，用于仿真参量均衡器的电路包括用于把各个参量频率响应变化的功能暂时地转换为音频输入信号的实际频率响应变化的装置和用于各个参量频率响应变化的功能最终转换的装置。

总的来说，本发明使用图形均衡器仿真参量均衡器提供下列优点：

使用图形均衡器可以轻易并快速地产生参量滤波器曲线或铃状曲线；

就像在参量均衡器上那样，通过改变整个频率范围中的中心频率就可以快速地偏移产生的曲线；

中心频率和Q因子，即边频带数目，已经被规定后，则涉及曲线中的所有频带的重新调整就不必要了。

通过改变单个参数，即边频带数目，可以快速并且毫无问题地加宽或变窄所获得的滤波器曲线；

当前选定的滤波器曲线可以被储存；

依照相同的方案可以产生并储存任意数目的另外的滤波器曲线而不会丢失已经储存的曲线；

有比例地包含已经产生的曲线目标频率范围内的改变；

单独的频带也可以依照参量均衡器的传统模式尽快地被相似改变；这也适用于改变整个频带组(具有参量条件的GEQ模式)；

在传统图形均衡器和参数地使用的图形均衡器之间的复杂转换被省却；在后一种情况中，带宽被简单地选定为大于1；以及

图形均衡器的传统模式全被保持。

附图说明

从与附图一起考虑的下列详细说明中，本发明的其他目的和特性变得显而易见。然而，应该理解，附图只作为示例并非作为限制本发明的定义。

在附图中，其中，类似的标号表示在所有视图类似的元件：

图1以图形的形式示意性地示出了参量均衡器设置的频率响应；

图2以图形的形式示意性地示出了由参量均衡器设置的用来产生具有高Q因子的铃状曲线的频率响应；

图3以图形的形式示意性地示出了由参量均衡器设置的用来产生具有低Q因子的铃状曲线的频率响应；

图4示出了由图形均衡器产生的来自图2的频率响应；

图5和6示意性地示出了选择中心频率和滤波器曲线的Q因子，用于使用本发明的图形均衡器来仿真参量模式；

图7和8示出了图2和3中的曲线形状的产生，其由用于仿真参量模式的本发明设计的图形均衡器实现；

图9以框图的形式示意性地示出了具有参量模式的本发明的图形均衡器的第一实施例；以及

图10以框图的形式示意性地示出了具有参量模式的本发明的图形均衡器的第二实施例。

具体实施方式

现在详细参见附图，图1到8以图形的形式示意性地示出了均衡器的功能。在图中，音频响应以赫兹或千赫为单位被绘制在横轴上而幅度以分贝为单位被绘制在纵轴上，在此示例中为从-15分贝到+15分贝。使用它前面板上(例如图1，其中黑点表示控制元件上旋钮位置)或者屏幕上(例如图2和3，它以图形的形式绘制该曲线形状)的控制元件，在实际具体化的均衡器上已经产生了这些曲线图。

图1以图形的形式示意性地示出了在传统图形模式中使用图形音频均衡器来改变频带。通常在图形均衡器上可用的固定带宽和中心频率的多个频带在图1中通过圆黑点来表示，例如其对应控制元件上的按钮。对于线性音频响应，所有这些控制元件按钮(黑点)在图形中在零分贝上停止移动。正如图1所示，通过激励控制元件可以实现任意频率响应。

参量均衡器工作的方式如图2所示。参量均衡器通常能够就频率、Q因子，即滤波器曲线宽度，以及中心频率电平等方面被调整。在图2和3中，填黑的曲线特征在于中心频率为630Hz。在图2中，中心频率为630Hz的铃状曲线(bell curve)从315Hz扩展到1.25kHz，即具有935Hz的宽度或Q因子，而图3中的铃状曲线(滤波器曲线)的Q因子大约为3.3kHz。通过示例，通过旋转控制来产生这些曲线形状，一个旋转控制确定中心频率的位置，而另一旋转控制确定滤波器曲线的Q因子。一旦滤波器曲线的Q因子已经被规定，通过调整控制元件，可以简单地把图2和图3的曲线的中心频率偏移到2kHz的位置上(滤波器曲线的虚线表示)。

图4表示通过图形均衡器在使用参量均衡器设置的这种情况下来自图2的曲线形状的仿真。为了使用图形均衡器产生图2中的铃状曲线，所涉及的每个单独的频带需要被手动地设置到图形均衡器上的适当电平直到出现期望的曲线。在图4的情况下，这意味着630Hz的中心频率需要被控制元件调整630Hz频带，并且总数为四的边频带控制器，在中心频带控制器每一侧分别有两个，需要被激励以给出相应的幅度设置。该图形表示说明了允许图形均衡器用来依照参量均衡器来仿真参量模式。

可是，在2kHz的中心频率处，如果具有630Hz中心频率的铃状曲线需要被仿真并同时保持它的形状，则在630Hz中心频率周围的所有电平控制器需要被复位到零分贝，并且需要依照先前解释的产生具有630Hz中心频率的铃状曲线在2kHz中心频率周围进行新的设置。由于涉及到这种过程，因此实际上较不适当，这就是原则上在那一点使用图形均衡器或者参量均衡器的原因。

可是，根据本发明的图形音频均衡器允许参量模式被仿真，正如在下面参考图5到8所解释的。

本发明的目的是以一种简单的方式使用图形均衡器产生如图2和3所示的滤波器曲线或铃状曲线。为此目的，假定图形均衡器上的所有控制元件被设置为零，如图5所示。接下来，期望的中心频率在这种情况下规定为630Hz，如图5中由图形均衡器的630Hz频带上的箭头所示。用这种方式使用相应适当的控制元件来规定中心频率，例如使用旋转控制，它把该中心频率输入到根据本发明的仿真电路中。

接下来，如图6所示，通过规定630Hz中心频带两侧上的边频带数目，正如由相应边频带上的箭头所说明的，即630Hz中心频率两侧上三个分别的边频带，则产生的滤波器曲线的Q因子被规定。为此目的，相应的控制元件如旋转控制被提供，其把这些数值，即相应边频带中心频率的数目和数值，输入到仿真电路中。

在下一步骤中，如图7所示，仿真电路接收一个输入，确定已经被选择超出630Hz的中心频带的电平是需要放大还是切断。在当前情况下，中心频带需要被放大。例如使用相应的旋转控制来实现。适当的调整值被输入到仿真电路中，并且依照先前储存在存储器中的曲线形状，把比例的放大(在此情况下)激励到与所述仿真电路中的中心频带两侧相邻的边频带，以便产生如图7所示的铃状曲线(黑点)。如果需要在中心频率2kHz上产生具有同样Q因子的以这种方式容易生成的这种铃状曲线，或需要将其移位到该频率，则只需要对于该中心频率以参量均衡器类似的方式激励控制元件。合适的边带频率然后按照比例调整。

图8示出了与在上面参考图5到图7解释的过程类似的过程的结果，但是为了产生如图3所示的具有较低Q因子的铃状曲线，对于边频带使用相应更多的控制器。

本发明用图形均衡器实现参量模式的特别优点是：只改变或者偏移中心频率允许已经产生的曲线在整个频率范围中被偏移而不需要每次都重新调整图形均衡器上单独的频带。

如果已经做出判断选择特定的铃状曲线或滤波器曲线，例如如图7所示的滤波器曲线，此设置例如可以被储存在该电路中的存储器中，并且所有的参数，即中心频率、曲线宽度或边频带的数目以及新中心频率的电平，然后被启用以便能够产生另外新的曲线。这包括在上面参考图5到7解释的所有设定，能够根据需要被调整并且再次被储存。这意味着例如甚至在整个频率范围上产生复杂的整体曲线是没有问题的，比如即使对于高通滤波器或低通滤波器和“牛尾状”滤波器。可是，如果只是单个频带被选择，此频带自动地适合当前选择的频率，正如在传统图形均衡器的情况下，则也可能仅仅单个频率被影响。所有先前储存的曲线表示在上下文中被保持，除非频率在已经产生的曲线形状内被改变。在这种情况下，按照比例自然地进行改变。

具有参量模式的本发明图形均衡器的第一实施例如图9的框图所示。相应地，所述均衡器包括用于输入音频信号的输入电路10和用于输出音频信号的输出电路11，所述音频信号的频率响应被均衡器影响。在输入级10和输出级11之间安排的是数字信号处理器或DSP12，考虑到输出信号，其进行输入的输出信号的处理。DSP12被微控制器13馈送信息，微控制器13的输入被连接到用户接口14，用户接口14的输出远程地控制DSP12并且它另外的输出提供显示设备，例如LCD。

在微控制器13中，用户接口的规定被使用作为基础，用于检测控制元件(未示出)，控制元件用于设置中心频带和相关的边频带的形状中的中心频率，并且相应的信息被转送给微控制器，其包含用于表示期望铃状曲线(高斯分布函数)的系数计算。利用该接口在微控制器中产生的铃状曲线被输出到DSP12，在其中通过输入电路10已经被输入的信号的频率响应被适当修改。

图10示出了如图9所示的均衡器的一个替换实施例。图10中的均衡器不同于图9中的均衡器，因为微控制器被省却并且由于DSP12既执行系数计算又执行音频信号的处理以及把显形信号输出到显示器15。另外，如图10所示的实施例中的DSP12具有用于连接到用户接口的输入。

在按照未示出的方式中，DSP12的每一变型具有存储器，用于存储使用用户接口确定的铃状曲线。

因此，虽然仅示出描述本发明的一些实施例，但是很明显，不偏离本发明的精神和范围可以对其进行许多改变和修改。

Claims (10)

1.一种图形音频均衡器，使用具有可变电平、固定频带和固定中心频率的多个滤波器来改变选定频带中的音频响应，包括：

一个电路，用于仿真参量音频均衡器的操作，以将音频响应改变为由中心频率、Q因子和最高电平定义的至少一个铃状曲线的形状，在该电路中执行下列功能：

(a)选择固定频带之一作为中心频率，

(b)在确定中心频率的固定频带两边选择另外的固定频带以便规定Q因子，以及

(c)依照固定频带的最高电平调整所述另外的固定频带的电平，该固定频带按照铃状曲线的形状确定中心频率。

2.根据权利要求1的均衡器，其中，所述电路具有数字信号处理器，用于选择若干另外的固定频带，并且用于在确定中心频率的固定频带的最高电平的基础上调整其电平。

3.根据权利要求1的均衡器，其中，所述电路包括微控制器，所述微控制器通过激励手工控制元件结合高斯正态分布的公式用于执行一些功能。

4.根据权利要求3的均衡器，其中，所述手工控制元件被设计用于选择中心频率、中心频率的最高电平以及Q因子。

5.根据权利要求3的均衡器，其中，所述控制元件是旋转控制部件。

6.根据权利要求3的均衡器，其中，所述控制元件是滑动控制部件。

7.根据权利要求3的均衡器，其中，所述控制元件是按钮。

8.根据权利要求1的均衡器，其中，所提供的显示器用于可见地显示频率响应。

9.根据权利要求7的均衡器，其中，所述显示器是一个液晶屏幕。

10.根据权利要求1的均衡器，其中，所述电路具有：用于把各个参量频率响应变化的功能暂时地转换为音频输入信号的实际频率响应变化的装置和用于各个参量频率响应变化的功能最终转换的装置。

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