TW503668B

TW503668B - Method and device for generating digital filters for equalizing a loudspeaker

Info

Publication number: TW503668B
Application number: TW088119783A
Authority: TW
Inventors: Rustin W Allred; Robert S Young Jr; Michael J Tsecouras
Original assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2002-09-21
Also published as: ATE450119T1; EP1001652A2; EP1001652A3; US6721428B1; KR100679597B1; DE69941663D1; EP1001652B1; KR20000047624A; JP2000152374A

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

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)

C8 D8

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)