TW503668B - Method and device for generating digital filters for equalizing a loudspeaker - Google Patents
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Description
五、發明說明(1 ) 壁1明技術藏|1) 本發明相關於聲音系統,更特別關於揚聲器的等化作 t明背景 產生一尚音質的揚聲器,天生具有隨頻率變動的聲音振 幅或聲音水平,該聲音爲揚聲器重新產生聲音,給定=號 的大小來驅動揚聲器必須正規化。這種程序是爲揚聲器等 化作用。傳統上等化器的設計必須由有經驗的技師來執 行,他使用精密的儀器來測量揚聲器的特性,並且如所需 求調整濾波器來等化揚聲器等化。使用這種方法補償了2 聲器頻譜上的表現,以致於對給定的聲音信號的功率水平 而言,在揚聲器所有聲音的表現範圍内結果的聲音振幅大 約相同。這種程序是手操作的,耗時且需要重要的專門技 術,但未必對擴大資源有最佳等化作用的可能性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最近自動等化方式已經提出來了。例如,其中一種提出 的方式爲自動圖形等化器。這種等化器有多個具有固定中 心頻率和固定Q s (中心頻率對頻遒頻寬的比)的頻道,可以 用濾波器涵盍全部的聲音頻寬。我們提出這種等化器的自 動程序,藉由使用儀器記錄在環境中揚聲器的頻譜表現, 然後在自動的環境中應用到不同等級的濾波器,使得可以 補償揚聲器的表現,因此揚聲器頻譜表現的結果更接近目 “曲線。這種方法雙限於最佳化的容量,並且等化器是複 雜的,這方法在廣泛的使用上,例如低成本的消費性聲音 產品是不太實際的。也沒有可以自動精簡最佳化的準備。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公髮) 五、發明說明(2 ) 另外提出的方法藉由自動導出一反濾波器來等化音場, 其具體形式在於快速傳立葉轉換(FFTs)和有限脈衝響應 (FIR)濾波器的組合。實施反濾波器是相當複雜,然而需要 相當的資源’因此這方法在廣泛的使用上,例如低成本的 消費性聲音產品也是不太實際的。除此之外,也沒有可以 自動精簡最佳化的準備。 因此’想要有一種揚聲器自動等化作用的方法和/或裝 置:在實施上不會有高的複雜度。也想要有—種揚聲器自 動等化作用的方法和/或裝置,可以自動使等化作用再最 佳化。本發明提供這種方法和裝置。 發明概述 本發明提供一種方法用來產生等化揚聲器之數位滤波 器。提供的第—數位資料用作揚聲器之聲音水平對頻率的 目標響應曲線之容許範圍。护 、& 4 卞靶圏楗供的罘二數位資料爲揚聲器 之聲^水平對頻率的實降鐵處 蛛 I τ'鲁應曲線。罘一數位資料與第二 數位資料相比較,可法佘眷 實際a應曲線是否在容許範圍 内。如果實際響應曲線沒有名r 固 _ ^ ^ ^ 有在範圍内,數位聲音濾波器會 一再產生’由所產生的數位磬立 数4耒曰濾波器修正關於揚聲器的
I應貝料。數位聲音濾浊哭A 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 耳曰“疚器的頻率、振幅與頻寬 化直到補償響應曲線料容許範圍内或者達到數 波器數目預定的限制爲止,視何者先發生。 “ 這些和本發明的其他特徵 圖與那些技術明顯的區分。 X明詳細説明和附 圖式描述 -5- 503668 <#Λ〇Λί| 重 A7 B7 說明( 圖1為聲音系統典型先前技術的高階方塊圖。 圖2為類比聲音系統典型先前技術的方塊圖。 圖3為數位聲音系統典型先前技術的方塊圖。 圖4結合類比與數位聲音系統β 圖5顯示典型揚聲器響應的圖形。 圖6為揚聲器測量系統的典型先前技術。 圖7為隔音室測量系統的典型先前技術。
圖8顯示具有附加自動揚聲器等化器的聲音系統之方塊 圖。 圖9顯示一迴路聲音響應測量系統的方塊圖。 裝 圖1 〇顯示自動揚聲器等化器的演算法之流程圖。 圖1 1以離散形式顯示五個係數的雙四次離散時間滤波器 的方塊圖。 訂
圖12顯示典型的揚聲器響應和想要的揚聲器響應重疊在 一起,並置於響應容許曲線上的圖形。 圖1 3顯示單一濾波器最佳化的流程圖。 圖1 4顯示聯合滤波器最佳化的流程圖。 圖1 5顯示等化濾波器表現的圖形。 圖16顯示典型揚聲器的響應和修正的揚聲器響應重疊在 一起的圖形。 元件符號說明 1 0 0先前技術的聲音系統 1 3 0揚聲器 1 1 0 聲音源 2 0 0類比聲音系統 1 2 0聲音處理功能 2 2 0類比聲音處理功能 -6-
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印83號專利申請案 正頁(90 年 1〇 月) —_補多------- ^、發初説明(3a ) 2 3 0揚聲器系統 3 〇 〇概念性數位系統 3 1 0數位聲音源 320數位聲音處理功能 3 3 0數位-類比轉換器 3 4 0揚聲器系統 4 〇 〇類比/數位聲音系統 4 1 0 類比聲音源 4 3 0數位聲音源 440數位聲音處理和等化 單元 4 5 0數位-類比轉換器 510揚聲器響應曲線 6 0 0揚聲器響應測量系統 6 5 2麥克風 6 5 5音場測量設備 6 5 7揚聲器 6 6 0 隔音室 7 6 0 環境 77 1 -774揚聲器 7 76麥克風 7 7 8測量設備 8 0 0聲音系統 8 1 0 類比聲音源 8 2 0類比-數位轉換器 8 3 0數位聲音源 840數位聲音處理和等化 單元 8 5 0數位-類比轉換器 870數位電腦(或等化器) 8 7 5連接線 8 8 0連接線 8 9 0 音場測量裝置 900閉路聲音響應測量系 統 993 麥克風 9 9 4 音場測量裝置 9 9 5 濾波裝置 996自動揚聲器等化器 9 9 7 揚聲器 1010揚聲器 1 2 1 0想要的響應曲線 1 2 2 0 1 2 1 0 的最低誤差 1230 1210 的最高誤差 1 5 1 0為5 1 0產生的等化濾 波器 1 6 1 0修正後的響應 -6a - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 503668
503668 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7_五、發明說明(4 ) 之前這種系統完全是類比的,如圖2顯示的類比聲音系 統200。圖2中類比聲音源210,例如麥克風、收音機或綠 放音機提供電子信號給包含任何等化功能的類比聲音處理 功能220。然後來自類比聲音處理功能22〇的信號輸出通過 揚聲器系統230播放出來。 目前聲音系統變成增加了數位部份。觀念的數位系統 300如圖3所示。因爲揚聲器系統34〇必需是類比的,數位 聲音系統300實際上包含類比和數位裝置。然而,這要參 考數位系統,因在重建和播放之前聲音系統皆爲數位。數 位聲音系統300包含聲音源310,例如CD、MD、DVD或合 成的聲音源。來自數位聲音源的信號輸出3 1〇提供給其中 有數位處理的數位聲音處理功能320。這種數位處理可以 包括等化作用。一旦完成數位處理,信號藉由數位/類比 轉換器330轉換回到類比。結果的類比信號通過揚聲器系 統340播放出來。 目前許多聲音系統除了數位/類比轉換器和揚聲器外, 就像包含類比部份一樣包含數位部份。圖4顯示類比/數位 聲音系統400。系統400中包含例如麥克風或錄放音機的類 比聲音源41〇,以及例如CD、MD、DVD或合成聲音源的數 位聲音源430。現在對這不同來源來適當地將信號結合, 不論是數位信號需要轉換成類比或是類比信號需要轉換成 數位。圖4的聲音系統400爲後者聲音系統的具體實施例: 類比信號藉由類比/數位轉換器42〇轉換成數位信號,迷且 在數位階段於數位聲音處理和等化作用單元44〇中完成所 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注杳?事 裝·— 寫本頁) J-T· -線* 503668 A7 B7 五、發明說明(5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有聲音處理。在聲音處理程序後,信號藉由數位/類比轉 換器450轉換回到類比,通過揚聲器統46〇播放出來。 上述所討論的不同聲音系統的結構,圖4的聲音***提 供最彈性的聲音處理。這是因爲數位信號處理的容易。恢 而類比信號處理受限於缺乏執行許多數學功能的麵比裝 置,數位信號處理幾乎可讓任何數學功能應用到數位信號 上’但是速度和成本限制這複雜度到某一程度。 因爲這彈性,目前在聲音處理的趨勢是朝向數位功能。 本發明的較佳實施例顯示等化器新的方法,包含計算濾波 器等化係數的自動方法並且在數位階段應用它們。仏, 在比上述更廣的感覺中,揚聲器等化作用是在揚聲器播 放前修正聲音信號的程序,爲了產生某個想要的揚聲器響 應,應藉由等化作用程序在聲音信號的影響使揚聲器本質 的響應有效地成爲想要的響應。通常想要的響應是平坦響 應,因爲Έ使通過揚聲器的聲音頻譜不會覺得減少。然而 本發明的方法也可等化成其他非平坦的響應。例如,聲音 頻譜可以用某種方式成形’目爲揚聲器本身的缺陷產生二 殊的聲音效果、加強信號的解析度或者補償聽的環境或是 聽者特別的收聽特性與/或較喜歡或想要之聽的方式。 〜如上述討論,揚聲器等化作用可以在類比或數:階段執 行。然而目前聲音處理趨勢的重點在於不貴、高度彈性、 隨時調整、數位階段等化能力。 圖5的圖形橫軸表示頻率單位是Hz,縱軸表示聲音水平 單位是dB,顯示典型揚聲器響應曲線51〇。曲線51曰〇顯示 -8 -
(請先閱讀背面之注咅?事 寫本頁) 裝 訂: 線· )03668 A7
本紙張尺度通用中國國豕標準(CNS)A4規格(210 χ 297公釐) (請先閲讀背面之注音?事β A7 B7 五、發明說明( t括來自環境760的效應,由麥克風776接收,結果的聲音 仏號送到測量儀器778處理。此程序可以在環境中不同的 位置重覆地做來畫出音場。 圖8顯示具有附加自動揚聲器等化器的聲音系統800。系 統800相似於圖4所示的系統4〇〇。目此,***_包含例如 麥克風或綠放音機的類比聲音源81〇,以及例如cd md、 DVD或合成聲音源的數位聲音源83〇。比信號藉由類比/ 數位換器820轉成數位,並且所有聲音的處理皆在數位階 段於數=聲音處理和等化作用單元84〇中完成。在聲音處 理後,信號藉由數位/類比轉換器85〇轉換回類比,並且通 過揚聲器系統860播放出來。 然而,也包括連到數位電腦870的連接線875,該電腦 由連接線880連到音場測量裝置89〇。數位電腦87〇不需 永久連接到聲音系統800 ,雖然它的情況可以是個人電 上的聲音系統。在連接線875上提供更新數位聲音處理 等化作用單元840之新的等化作用滤波器係數。因此系跳 800可以修改以適合於不同的揚聲器、不同的條件和環境 與不同的聽覺參考。 音場測量裝置890同樣地不需要經常連結自動揚聲哭等 化器所在的電腦870。然而揚聲器或音場特性資訊皆爲電 腦870中自動揚聲器等化器所需,是爲要計算係數的= 正,詳細的内容如下所述。保留電腦和音場測量裝置永久 連結可用這方法做即時的音場修正比先前的技術來得簡單 閱 再 要 腦 訂 統 線 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼(210 X 297公璧) A7
五、發明說明(8 ) (請先閲讀背面之注音?事寫本頁) 圖9顯π迴路的聲音響應測量系統9〇〇。此配置的目的在 測量路徑上應用計算的等化作用證明修正的效果並且微微 地調整系統。這是我們想要的’因爲揚聲器不是眞的線性 裝,,未必如預期一般反應原始的修正。在系統900中, ^場測量裝置994通過濾波器裝置995傳送數位聲音信號到 揚聲器997。濾波裝置995應用數位濾波器到來自音場測量 裝置994的數位聲音信號上。濾波裝置995也包含數位/類 比轉換器轉換濾波過結果的數位聲音信號到類比聲音信 號,以適合揚聲器997。揚聲器輸出的聲音爲麥克風9%所 感應。麥克風傳回類比聲音信號到測量裝置994,在其中 將類比信號藉由類比/數位轉換器轉換爲數位聲音信號, 提供給濾波裝置995等等。 第一次通過這一串程序濾波裝置995有它的濾波係數, 設定爲全通濾波器,即濾波器不會影響揚聲器的聲音水平 特性。一旦做成初始測量,自動揚聲器等化器996相似於 圖8的等化器870決定一組濾波係數來等化待測的揚聲器。 決定係數的方法會在以下討論。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將因此而決定的係數傳到濾波裝置995,在那兒用來改 變應用到數位聲音信號上的濾波器之特性。再次用新的係 數執行測量週期。新的測量顯示如此計算之濾波器的改善 私度。如果新的測1顯示需要進一步的修正,自動等化器 996計算另外的係數,週期再次重覆。 圖8和9系統的等化係數可以是在數位電腦系統中產生, 使用新的自動揚聲器等化器演算法。此演算法的流程圖如 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
五、發明說明( 9 圖1 0所示。 一階供限脈衝響應(Infinite Impulse Resp〇nSe ; nR)等化 濾波器演算法用來當作數位濾波器演算法,如圖丨〇所示的 演算法。另一方面,用來決定此二階IIR等化濾波器係數 的特殊方法對本發明而不是非常重要的。任何數位濾波器 廣算法產生的慮波器具有可控制的振幅A,中心頻率ρ c, 以及頻寬B W,藉由決定特殊濾波器的方程式係數都可以 用在此方法上。除此之外,估計A、Fc*BW不是重要 的’因爲單一濾波器最佳化最後會調整這些係數,這會在 下面描述。另外,我們應該明白,如果我們想要的話也可 應用FIR滤波器或其他技術。 在較佳實施例中,F c的初始値設爲與想要曲線發生的最 大誤差之頻率,例如在步驟1〇2〇中所發現的,a初始設爲 負的最大誤差。藉著決定最大誤差的3dB向下轉折點估計 B W,並使用它。 例如Orfanidis S J發現決定係數的合適方法於1996年n 月8日至1 1日在加州洛杉磯的第101屆聲音工程大會 4631(1-6)「具固定Nyquist頻率增益的數位參數等化器設 計」,以及於1994年1 1月AES第97屆大會上3966(K-6)Bristow-Johnson R的「等效變通方法計算聲音參數等化 器的雙四次係數」,兩者皆可應用。也可應用z〇lzer和 Boltze(1995年10月6曰至9曰第99屆AES大會)(之後參考 爲Zolzer和Boltze文章)的方法,可能更易於明白。它提供 一種方法產生五個係數雙四次離散時間濾波器的係數。在 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注咅?事項β寫本頁) 裝 --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503668 五、發明說明( 10 Z0lzer和B〇ltze文料發表方&的重點摘要如 例: 令: F s =取樣頻率, F c =中心頻率, B W =濾波器頻寬,以及 V〇=滤波器增益因子=A 然後: _· ω bT/2= · BW/Fs,以及 Ω c=2 · η · Fc/Fs 現在如果我們要設計濾波器有正的dB增益,即具有大方 一的線性增益(像已知的增強濾波器),依照z〇lzer*B〇hz 文章方程式(·54)計算aB,可以替代上述的方程式寫爲·· tan〇 BW/Fs)-l 下
aT tan(;r BW/Fs)+l 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果我們要使用濾波器有負的d B或分數的線性增益 (像已知的截止濾波器),依照Zolzei*和Boltze文章方 程式(55)計算a C値,可以替代上述的方程式寫爲: ίαη(π BW/Fs)-V〇 ac=- tan〇 · BW/Fs)+V〇 Zolzer和Boltze文章方程式(56)可寫成·· d=-cos(2 π Fc/Fs) -13- 來當作範
• I I I l·---------- (請先閱讀背面之注音?事項ml寫本頁) ----訂· --線· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)
、發明說明( 依照Zolzer和Boltze文章方程式(58)計算h〇 參考圖1 1,顯示離散型式的五個係數雙四次離散 、 波器,最終的傳遞函數如Zolzer和Boltze文章方程式(59)、 H(z): Ιΐί1 士 aBC) X + d(l 一 ♦ 其中aBC在增強情況下是aB,在截止的情況下是ac。這方 面的技術已明白這個方程式是一複數函數,因此瞭解具有 相位與振幅的。雖然只有考慮揚聲器的振幅響應,但是滅 波器本身是以複數函數來處理,所以在導出補償滤波器的 方法處理相位和振幅的交互作用。那些技術也知遒濾波器 係數具有下面的形式: I -------裝| (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 b〇 ~ 1 + (1 +aBC)·^bj =:a, =d(l-aBC) I b2=(-aBC-(l + aBC)香) a2“aBC 下面是包括Matlab函數用此方法計算係數表示 function [B,A]=apcoef(A,BW,Fc,Fs) if A<1 a=(tan(pi*BW/Fs)-A)/ (tan(pi*BW/Fs)+A); else a=(tan(pi*BW/Fs)-l)/ (tan(pi*BW/Fs)+l); end -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 χ 297公f ) •線· 503668 A7 B7 五、發明說明(12 ) H=A-1; -1 I 111» -11 (請先閲讀背面之注音?事項H寫本頁) d=-cos(2*pi*Fc/Fs); bO=l+(l+a)*H/2; bl=d*(l-a); al=bl; b2=(-a-(l+a)*H/2); a2=-a; B=[b0 bl b2]; A=[l al a2]; 例子中,令 A=2,Fc=1000,BW=500,與 Fs=44100 : B=[b〇 b1 b2] = [L03440794155482 -1.91161634125903 0.89677617533555] A=[l a! a2] = •線· [1.00000000000000 -1.91 161634125903 0.931 1841 1689037] 圖1 0的自動揚聲器等化器演算法如下操作,並具備最佳 化詳細内容如下: 步驟1010 : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 輸入記綠揚聲器特性曲線5 10,如圖1 2所示(這是如圖5 所示相同曲線5 10),橫軸代表頻率單位是η z,縱軸代 表聲音水平單位是dB。曲線當作是來自音場的測量儀 器994(圖9 )的數位資料來輸入。也輸入想要的響應曲線 1210如圖12所示。通常想要在儘可能在愈多的頻率範 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公爱) 503668 Α7 Β7
圍具有平坦響應,但要記得想要的響應曲線1210應該被 選爲在揚聲器的物理限度内來考慮。例如,圖i 2所示 想要的響應曲線1210代表自100Hz起的平坦響應目標。 最後輸入較低的容許範圍和較高的容許範園,如圖i 2 所示,分別以點線1220和1230來表示。演算法能使平坦 響應到相當高的地步。然而通常響應愈平坦,系統中用 來計算的修正資源愈貴。但是,通常在聲音水平小於2 到3dB的誤差不會有異議,所以僅有小量的修正,因此 僅需要少量的系統資源。結果容許範圍以決定的點線曲 線1220和1230來代表,提供一個可接受的補償量給揚聲 器,使用可接受的系統資源量來完成補償。 步驟1020 : 測試看看(目前)滤波器的響應曲線是否有任何地方超過 容許範圍水平,即峰値。 步驟10 3 0 : 如果步驟1020的結果是否定的,停止。 步驟1040 : 如果步驟1020的結果是肯定的,使用任何前面提到的方 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 法來發現最大的峰値,估計所需修正濾波器的振幅 (「A」)、中心頻率(「Fc」)和頻寬(「BW」)。 步驟1050 : 提供來自步驟1040的資訊給單一濾波器最佳化子程序操 作’會在下面與圖13 —同描述,該程序發現最佳地來 修正曲線這區域的單一滤波器。 ___ 一 16- 本紙張巧適??iii^(CNS)A4規格⑽χ 297¥ϊγ ^—— 503668 A7 五、發明說明( 14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 步驟1060 : 檢查看看滤波器的數目是否大於一。如果不是,回到 1020。 步驟1070 : 如果濾波器的數目大於一,提供來自步驟丨〇4〇的資訊給 聯合滤波器最佳化子程序,這與圖丨4在下面一同描 述,聯合地最佳化所有目前的濾波器。 ’ 步驟1080 : 已經到達滤波器的最大數目,FilterMax或者目前的揚聲 器響應完全在容許範圍内?如果不是,回到步驟丨〇2〇。 如果兩個條件中有一個吻合,到步驟1〇3〇,即停止。 單一濾波器最佳化操作參考圖1 〇的步躁1〇5〇,流程圖 顯示在1 3中。用以下的方法操作。 步驟1310 : * 使用上述的Orfanidis方法或任何其他合適的方法由以、 BW和A的初始値產生一二階濾波器。應用這濾波器到 濾波器特性並且計算記錄揚聲器特性曲線5丨〇與想要的 響應曲線1210的誤差之全對數積計量。全對數積計量考 慮人類耳朵聽覺是八階度量而非線性度量這個事實,和 位於如由應用$又计/慮波器修正的記綠揚聲器曲線5 1 〇與 想要響應曲線1210間的區域相關,其中縱軸單位是 d B,横軸單位是頻率的對數。由下面的公式決定: .N-1 Μ = Σ1〇§1〇 i±L f; 一 I + I S(Fi+1 )rin - D(H I 2 17- ‘紙張尺度適用中&國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公爱) (請先閱讀背面之注音?事項ml寫本頁) 裝 訂 -線· 503668 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -—_____B7_____ 五、發明說明(15 ) 其中: Μ是全對數度積計量, f是頻率, D是想要的響應特性, S是補償傳遞函數的振幅,包含由設計濾波器修正 的揚聲器特性,以及 N是特性的點數。 步驟1314和1318 : 在正(步驟13 14)負(步驟13 18)方向上稍微干擾BW。對 每個滤波器產生新的係數,依序應用每個濾波器,並且 對每種情況重新計算全對數積計量。交替地使用新測量 結果取代應用濾波器的計算結果。 步驟1322 : 在原始和兩干擾的B W中,選擇產生最低全對數積計 量0 步驟 1326 和 1330 ·· 在正(步驟1326)負(步驟1330)方向上稍微干擾a。對每 個濾波器產生新的係數依序應用每個濾波器,並且對每 種情況重新計算全對數積計量。 步驟1334 : 選擇產生最低全對數積計量的A値。 步驟 1338 和 1342 ·· 在正(步驟1338)負(步驟1342)方向上稍微干擾1^。對每 個濾、波器產生新的係數依序應用每個濾、波器,並且對每 ·.--------------裝 i (請先閲讀背面之注咅?事項H寫本頁} · -線· -18-
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五、發明說明(16 ) 種情況重新計算全對數積計量。 步驟1346 ·· 選擇產生最小全對數積計量的F c値。 步驟1350 ·· 計量的改變大於改變的臨限値嗎?如果是的話,回到步 驟13 10做更多的最佳化。 步驟1354 : 計量的改變沒有大於改變的臨限値,即停止。單一濾波 器最佳化完成。 聯合滤波器取佳化操作參考圖1 0的步驟1 ,流程圖 顯示在圖1 4中。 步驟1410 ·· 設定i=0開始。 步驟1420 : 增加i。如果I大於濾波器的數目η,使。 步驟1430 : 計算補償傳遞函數包含未補償揚聲器響應和除了第i個 濾波器的所有響應。交替地使用新測量的結果取代計算 的補償傳遞函數。 步驟1460 : 產生一新的第i個濾波器如下: 步驟1440 : 發現補償響應中最大的峰値,估計需要修正它的濾波器 之振幅A,中心頻率Fc,頻寬BW。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音?事項m寫本頁) 裝 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503668
發明說明( 步驟1450 ·· 產生係數並且使用如上述與圖丨3關連的單一濾波器最 1!裝 i I (請先閱讀背面之注咅?事項me寫本頁) 佳化操作使新的濾波器最佳化。 步驟1470 : 檢查看看是否全部濾波器計量皆隨應用新設計的濾波器 而有重大的改變。如果是的話,回到步驟142〇,做進一 步的最佳化。 步驟1480 : 如果不是,停止。最佳化完成。 --線- 圖15是一圖形,其中橫軸是代表頻率,單位是112,縱 抽代表聲音水平’單位是d B ’顯示等化作用濾波器的圖 形1510,藉由應用上述方法連同圖1〇〜14爲圖12所示揚聲 器響應510所產生的。因此,這些圖形151〇由圖i 〇的自動 揚聲器等化器演算法所產生的,對圖丨2顯示想要的響應 1210使用典型的揚聲器響應51〇如圖12所示。應用這些濾 波器產生如圖16的實線所示修正響應161〇。圖16也顯示 了來自圖1 2初始揚聲器響應5 1 〇當作參考。技術上承認修 正響應1610代表響應比起初始揚聲器51〇有相當的改進。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然本發明和它的優點已經詳細描述過,應該明白在此 不同的變化、取代和改變都無法脱離本發明的精神和範 疇,如附加的申請專利範圍所定義。例如,當在上述討論 過聯合的濾、波器最佳化子程序1070最好配合圖1 〇到1 4, 然而本發明的原則可以不用應用聯合濾波器最佳化程序。 在這種情況下,只有單一濾波器最佳化也可以執行。當揚 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ΚΙ B7 18 五、發明說明( 聲器最終的補償結果小於如圖丨〇、丨3 一 一 碰人a 和14所示藉由使用單 m皮器的最佳化可達到的結果,設計者可以考量 省略聯合爐波器最佳化作用降低資源的需求。除此之外, 在導出僅以初始測量資料爲基礎的補償濾波器初始設定 後,我們會應用初始濾波器做一個新的測量,然後再更進 一步將那些濾波器和/或額外設計的濾波器最佳化。我們 知道一旦本發明原理提出後,其他變化將在此範疇内產 生。所有這些變化皆可視爲在本發明的領域,只受到在此 申請專利範圍的限制。 (請先閱讀背面之注咅?事項mlc寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
19783號專利申請案 請專利範圍修正本(91年5月) 申請Ϊ利範圍 '二產驟生用來等化揚聲器之數位遽波器的方法, 提供第-數位資料代表該揚聲器聲音位準對 目標響應曲線之容許範圍; 、 實位資料代表該揚聲器聲音位準對頻率的 /mi二!料和第二數位資料並且決定實際響 應曲線疋否會在容許範圍内;以及 如果實際響應曲線不在容許範園内, 反覆地產生數位聲音濾波器, 產生相關於由該等數位聲音濾波器修正之揚聲器 的響應之修正資料,以及 自動最佳化該數位聲音m的料、振幅和類 寬,直到該修正的資料在容許範園内或到達數位 濾波器數目的預定限制為止,視何者先發生。 2·如申请專利範圍第1項的方法,其中 該產生修正資料的步騾是由應用數位聲音濾波器到 孩第二數位資料以產生一補償響應曲線的第三數位資 料而執行;以及 孩自動最佳化頻率、振幅和頻寬的步騾是執行數位 聲音濾、波器的頻率、振幅和頻寬的自動最佳化,直到 補償響應曲線位於容許範圍内或到達數位濾波器數目 的預定限制為止,視何者先發生而定。 3 ·如申請專利範圍第1項的方法,其中該產生修正資科的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公羡) ------—---^
裝 訂 D8 申請專利範圍 f騾疋由應用數位聲音濾波器,並且測量該揚聲器聲 音位準對頻率的結果響應曲線而執行。 4·=申請專利範圍第1項的方法,其中該迭代產生數位聲 音濾波器的步騾由迭代地產生一個二階濾波器來執 行。 5· 種產生一组二階數位濾波器用來一等化揚聲器的方 法,包括下列步騾: 提供第一數位資料,代表該揚聲器聲音位準對頻率 的目標響應曲線之容許範圍; 提供第二數位資料,代表該揚聲器聲音位準對頻率 的實際響應曲線; 比較第一數位資料和第二數位資料並且決定該實際 響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該實際響應曲線不在該容許範圍内,藉由反覆 地執行下面最佳化的步驟產生一組濾波器來等化該揚 聲器, 數位地處理該第二數位資料來決定該實際響應曲 線中第η個辛值的一第n組初始參數,其中實際響 應曲線不在該容許範圍内,初始參數包括♦值的 頻率、振幅和頻寬,其中η是該等最佳化步騾的迭 代次數, 由遠第η組初始參數數位地產生一第η個補償濾波 器, 應用该第η個濾波器到該第二數位資料並且修正該 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱)
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申请專利範圍 弟η組初始參數來決疋#亥弟n個補領遽波器的一第 η組最佳化參數,產生一第η個暫時的聲音位準對 頻率補償之響應曲線的第三數位資料, 處理該第三數位資料來決疋该弟ϋ個暫時的補償響 應曲線是否在該容許範圍内, 如果該第η個暫時的補償響應曲線沒有在該容許範 圍内’執行另一次迭代該寺最佳化步驟,直到該 暫時的補償響應曲線位於該容許範園内,或是達 到濾波器數目的預定限制為止,視何者先發生而 定。 6·如申請專利範圍第5項的方法,其中該數位地產生第η 個補償濾波器的步騾由數位地產生一二階滤波器來執 行。 7· 一種產生用來等化一揚聲器之多個濾波器的方法,包 括下列步騾: 提供第一數位資料,代表該揚聲器聲音位準對頻率 的目標響應曲線之容許範圍; k供弟一數位資料,代表该揚聲器聲音位準對频率 的實際響應曲線; 比較第一數位資料和第二數位資料並且決定該實際 響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該實際響應曲線不在該容許範圍内,藉由迭代 地執行下列單一濾波器最佳化的步騾而產生一组補償 濾波器, -3 _ 本紙張尺度適财關家標準χ -----—J 圍範利專 請中 A BCD 數位地處理該第二數位資料來決定該實際響應曲 線中一第II個峰值的一第n組初始參數,其中該實 際響應曲線不在該容許範圍内,初始參數包栝峰 值的頻率、振幅和頻寬,其中n是最佳化步騾的迭 代次數, 由該第η組初始參數數位地產生一第η個補償濾波 器, 應用该第η個濾、波器到該第二數位資料並且修正該 第η組初始參數來決定該第^個濾波器的一第η組 最佳的參數,產生一第η個暫時的聲音位準對頻率 補償響應曲線的第三數位資,料; 如果η>1,迭代地與週期地執行下列聯合濾波器最佳化 步驟, 產生暫時的已計算響應曲線的第四數位資料,其 中對每個聯合濾波器最佳化迭代而言,n個濾波器 的其中一個並不存在,然後使用該第四數位資料 執行早一濾、波器最佳化的步驟來產生一更新的暫 時的響應曲線之第五數位資料, 數位地處理該第五數位資料來決定最近一次聯合 濾波器最佳化迭代是否已經造成該更新迭代響應 曲線的改變大於預定的改變量,如果是的話,持 續執行聯合濾波器最佳化步騾; 處理該第五數位資料來決定該第η次暫時的補償響 應曲線是否在該容許範圍内,如果沒有, -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
申請專利範圍 執行先前步騾的另一個迭代,直到該暫時的響 應曲線位於該容許範圍内或是達到濾波器數目 的預定限制為止,視何者先發生而定, 如果這樣,停止執行更多的迭代。 8·如申請專利範圍第7項的方法,其中數位地產生第_ 補偾濾波器的步驟由數位地產生一個二階濾波器來執 行0 9·種產生用來等化一揚聲器之濾波器的方法,包括下 列步驟·· ,供一第一聲音數位資料源; 用 而 、提供一數位聲音處理單元,用以處理該第一聲音數 f資料並且知1供已處理的聲音數位資料,包括應 f位聲音遽波器等化揚聲器其特色由演算法係數 疋,應用第一聲音數位資料影響數位聲音濾波器,· 提供一數位類比轉換器,用以轉換該處〜理過的聲音 數位資料成一類比聲音信號而供給該揚聲器; 代 提供一音場測量裝置在揚聲器的鄰近位置來產生 表由揚聲器產生的聲音之第二聲音數位資料,· 提供一數位電腦’連接以接收該第二聲音數位 = 呈式,以決定等化一揚聲器的數位濾波器之係 數,以及提供藏等係數給該數位聲音處理單元。 10·如申請專利範圚第9項的方法, 户 以決定係數,係藉由 其中减κ電腦程式化 提供第三數位資料,作為該揚聲器的聲音位準對類 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A8 B8 C8
申請專利範圍 率之目標響應曲線的容許範圍; 提供該第二數位資料,其中該第二數位資科代表該 揚聲器的聲音位準對頻率之一實際響應; 比較該第三數位資料和該第二數位資料並且決定該 實際響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該實際響應曲線不在該容許範圍内, 迭代地產生數位聲音濾波器的係數, 應用由該等係數決定的數位聲音濾波器到該第二 數位聲音資料,以產生一補償響應曲線的第四數 位聲音資料,以及 藉由最佳化該等數位聲音濾波器的頻率、振幅和 頻寬而自動地最佳化該等係數,直到該補償響應 曲線位於該容許範圍内,或是達到濾波器數目的 預定限制為止,視何者先發生而定。 11. 一種產生用來一等化揚聲器之濾波器的裝置,包含: 一第一聲音數位資料源; 一數位聲音處理單元,用以處理該第一聲音數位資 料,並且提供處理過的聲音數位資料,包括應用數位 聲音濾波器,用以等化其特徵由應用至該第一聲音數 位資料的演算法中的係數而定之揚聲器,以執行該等 數位聲音濾波器; 一數位類比轉換器,用以轉換該處理過的聲音數位 資料成一類比聲音信號而供給該揚聲器; 一音場測量裝置,位在該揚聲器的鄰近位置,以產 -6-
本紙張尺度適财@ a家標準(CNS) ^規格(21GX297公愛) 生第二數位聲音資料,代表由該揚聲器產生的聲音; -數位電腦,連接以接收該第二聲音數位資料日並且 程式化以決定用以等化—揚聲器的數位遽波器之係 數,和提供該等係數給數位聲音處理單元。 “如谙專利知圍第1 1項的裝詈装φ 只表直具宁该數位電腦用被程 式化以決定係數,保藉由 提供第三數位資料,作為該揚聲器的聲音位準對頻 率之目標響應曲線的容許範園; 提供該第二數位資料,其中該第二數位資料代表該 揚聲器的聲音位準對頻率之一實際響應; x 比較該·第三數位資料和該第二數位資料並且決定該 實際響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該實際響應曲線不在該容許範圍内, 迭代地產生數位聲音濾波器的係數, 應用由該等係數決定的數位聲音濾波器到該第二 數位聲音資料,以產生一補償響應曲線的第四數 位聲音資料,以及 藉由最佳化該等數位聲音滤波器的頻率、振幅和 頻寬而自動最佳化該等係數,直到該補償響應曲 線位於該容許範圍内,或是達到濾波器數目的預 定限制為止,視何者先發生而定^ 一種產生用來等化一揚聲器之數位濾波器的方法,包 括下列步騾: ^ 提供第一數位資料,作為該揚聲器聲音位準對頻率 503668
的目標響應曲線之容許範圍; 提供第二數位資料,作為該揚聲器聲音位準對頻率 的第一實際響應曲線; ’、 产比較該第一數位資料和該第二數位資料並且決定該 第一實際響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該第一實際響應曲線不在該容許範圍内, 迭代地產生數位聲音濾波器以補償該實際響應曲 線, 應用該等數位聲音濾波器到該第一數位資料,以 產生第三數位資料,轉換該第三數位資料成一類 比信號並且提供該類比信號,給該揚聲器, 從該揚聲器的類比聲音位準對頻率產生聲音位準 第二實際響應曲線的第四數位資料; 比較該第一數位資料和該第四數位資料並且決定 第二實際響應曲線是否在容許範圍内;以及 自動最佳化薇等數位聲音濾波器的頻率、振幅和 頻寬,直到該第二實際響應曲線在該容許範圍内 或到達數位濾波器數目的預定限制為止,視何者 先發生而定。 14·如申請專利範圍第13項的方法,其中該迭代地產生數 位聲音濾波器的步騾由迭代地產生一個二階滤波器來 執行。 15· —種產生全對數-積計量的數位資料用來特徵化一揚聲 器的知覺表現之方法,包含下列步驟: -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A#見格(210X297公釐) " ---—--- —
裝
提供第-數位資料’代表該揚聲器聲音位準對 的目標響應曲線的Ν個取樣; ’、 提供弟_數位資料’代表該揚聲器聲音位準對 的實際響應曲線的Ν個取樣;以及 依照下面公式產生全對數積計量資料: Ν-1 Μ=:Σ1〇§10 'fi- £ 漆中 Μ是全對數積計量, f是頻率, D是第一數位資料, S是第二數位資料,以及 N是第一數位資料和第二數位資料取樣的數目。 16· /種產生用來等化多個揚聲器的濾波器之方法,勺 下列步騾: ^ 提供第一數位資料,代表該等揚聲器聲音位準 率響應的目標響應曲線之容許範圍; /、 提供第二數位資料,代表該等揚聲器聲音位準對頻 率響應的實際響應曲線; 〃 比較該第一數位資料和該第二數位資料並且決定續 實際響應曲線是否會在該容許範圍内;以及 如果該實際響應曲線不在該容許範圍内, 迭代地產生數位聲音濾波器, 應用該等數位聲音濾波器到該第二數位資科,以 -9 - 50366! ABCD 々、申請專利範圍 產生一補償響應曲線的第三聲音資料,以及 自動最佳化該等數位聲音濾波器的頻率、振幅和 頻寬,直到該補償響應曲線位於該容許範圍内, 或是達到濾波器數目的預定限制為止,視何者先 發生而定。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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