專利名稱：低音增強電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種增強低音感的低音增強電路，該電路用來對使用低音域響應不好的揚聲器進行放音時所產生的輸出聲音中低音域成分的不足進行補償。
通常，對于安裝在電視接收機等中的揚聲器，因電視接收機等構造上的原因，其大小或形狀受到制約。因此，聲音低音域成分不能充分播放，對于衛星中繼廣播或Hivision(一種高清晰度彩色電視)等，盡管能廣播高性能的數字式音樂源，但仍存在不能充分欣賞其低音域再現(重放)的問題。為了彌補這種缺點，雖生產銷售有裝備再現低音域專用揚聲器和放大器的商品，但因這種裝有再現低音域專用揚聲器和放大器的揚聲器組成部分多而存在使裝置大型化的問題，且這種裝置常發生箱嗚(產生振動音)等問題。
為解決這些問題，提出有如圖6所示結構作為低音域成分補償的電路。
下面，參照圖6說明該例低音域成分的補償電路。
圖6中，10為提取低音域成分僅讓低音域成分通過的低通濾波器，11為將低音域成分的振幅與其它頻帶域成分振幅相匹配的規范器(Narmalizer)，12為產生二次諧波的二次諧波發生器，13為產生三次諧波的3次諧波發生器，14為產生n次諧波的n次諧波發生器，15為將信號相加的加法器。
下面說明上述結構的低音域成分補償電路的動作。輸入該電路的聲音信號經低通濾波器10僅提取低音域成分輸入到規范器11。在規范器11中，所輸入的低音域成分信號，其振幅與其它頻帶域的振幅進行匹配歸一化處理，其輸出依次輸入到2次諧波發生器12、3次諧波發生器13、……產生高次諧波的n次諧波發生器14。在各次諧波發生器12-14中，按下面數學處理產生諧波。
即，取主音(原音)為cosθ，2次諧波為cos2θ＝2cos2θ－1，3次諧波為cos3θ＝4cos3θ－3cosθ，4次諧波為cos4θ＝8cos4θ－8cos2θ＋1，依次用數學式可表示直到n次的高次諧波。將以上獲得的各次諧波乘以適當的等級(level)系數，并在加法器15中與輸入的主音(原音)混合得到最終輸出。
即便在如圖3(a)所示，低音域再現特性不好，對如頻率f0的低音域成分8而言，揚聲器聲音再現特性7所示的低音域再現范圍高，即使對頻率f0的低音域成分幾乎不能再現的揚聲器中，由于采用上述低音域成分補償電路，產生如圖7所示頻率f0的低音域成分的2次諧波9、3次諧波16、n次諧波17等諧波，從而也能作為復合音再現。利用含有上述頻率f0的低音域成分的2次諧波9，3次諧波16，n次諧波17等諧波的復合音和人們聽覺上的音響心理效果，就能獲得宛如低音域再現那樣的聽覺效果。
但是，在上述已有技術結構中，用模擬電路進行上述數學處理是困難的，存在電路規模變得非常大的問題。另一方面，上述結構雖能用如數字信號處理器簡單地實現，但處理程序量極大從而存在費用很高的困難。
再有，在使用上述已有結構時，還存在伴隨著音樂不柔和的缺點。如，輸入55Hz的“ラ”音時，2次諧波110Hz雖為“ラ”音，而其3次諧波165Hz卻接近“ミ”音。因此，這些諧波與原音的合成和音再現時會構成不協調的和音，只能進行不忠實于原音音程的再現。
本發明是為了解決上述問題，其目的在于提供一種低音增強電路，該低音增強電路在使用低音域響應差的揚聲器進行聲音再現(播放)時，可對低音域成分不足進行補償，價格低，并在音樂上能柔和地再現低音域。
本發明第一實施例的低音增強電路結構上包含僅通過提取聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一低通濾波器，串聯設置在第一低通濾波器后面的將由第一低通濾波器提取的低音域成分變成2次諧波的全波整流器，串聯設置在全波整流器之后，僅通過提取從全波整流器輸出的2次諧波成分的第二低通濾波器，串聯設置在第二低通濾波器之后，對第二低通濾波器提取的2次諧波進行放大的放大器，將放大2次諧波的放大器輸出與聲音輸入信號相加作為聲音輸出信號輸出的第二加法器。
本發明第二實施例的低音增強電路結構上包含僅通過并提取左通道聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一左側低通濾波器，串聯設置在第一左側低通濾波器后面的將由第一左側低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的左側全波整流器，串聯設置在左側全波整流器之后，僅通過并提取左側全波整流器輸出的偶次諧波成分中2次諧波成分的第二左側低通濾波器，接于第二左側低通濾波器之后，對由第二左側低通濾波器提取的2次諧波進行放大的左側放大器，將放大2次諧波的左側放大器的輸出與左通道聲音輸入信號相加作為左通道聲音輸出信號輸出的第二左側加法器。
僅通過并提取右通道聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一右側低通濾波器，
串聯設置在第一右側低通濾波器后面的將由右側第一低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的右側全波整流器，串聯設置在右側全波整流器之后，僅通過并提取右側全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第二右側低通濾波器，接于第二右側低通濾波器之后，對由第二右側低通濾波器提取的2次諧波進行放大的右側放大器，將放大2次諧波的右側放大器的輸出與右通道聲音輸入信號相加作為右通道聲音輸出信號輸出的第二右側加法器。
本發明第三實施例的低音增強電路結構上包含.將聲音左通道聲音輸入信號與右通道聲音輸入信號相加的第一加法器，串聯設置于第一加法器之后，僅通過提取第一加法器相加后信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一低通濾波器，串聯設置于第一低通濾波器之后，將由第一低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的全波整流器，串聯設置于全波整流器之后，僅通過提取全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第二低通濾波器，串聯接續于第二低通濾波器，對由第二低通濾波器提取的2次諧波進行放大的放大器，將放大2次諧波放大器的輸出與左通道聲音輸入信號相加作為左通道聲音輸出信號輸出的左側第二加法器，將放大2次諧波放大器的輸出與右通道聲音輸入信號相加作為右通道聲音輸出信號輸出的右側第二加法器。
按照上述第一、第二及第三實施例的結構，在輸入低音域成分比所用揚聲器低音域再現范圍低的情況下，通過將比揚聲器低音域再現范圍低的低音域成分進行頻率變換為2次諧波頻率，能夠將該低音域成分再現成揚聲器可再現帶域中的聲音成分，以虛擬方式補償以往揚聲器輸出中不足的低音成分，從而能柔和地再現具有更低音感的聲音。
下面，結合附圖詳細說明本發明實施例。
圖1為表示本發明低音增強電路第一實施例結構的框圖；圖2為表示實施例低音增強電路各部分作用的波形圖；圖3(a)為表示揚聲器再現特性與輸入低音域信號的關系圖，圖3(b)為表示揚聲器再現特性、輸入低音域信號和產生的2次諧波的關系圖；圖4為表示本發明低音增強電路第二實施例結構的框圖；圖5為表示本發明低音增強電路第三實施例結構的框圖；圖6為表示已有技術低音增強電路的框圖；圖7為表示已有技術低音增強電路中揚聲器再現特性、輸入低音域信號和高次諧波信號的關系圖。
下面參照圖1、圖2及圖3詳細說明本發明低音增強電路第一實施例。
圖1為表示本發明低音增強電路第一實施例結構的框圖。圖1中，1為從輸入聲音信號中僅通過提取低音域再現范圍以下低音域信號的第一低通濾波器，2為產生偶次諧波進行頻率變換的全波整流器，3為僅讓從全波整流器輸出中偶次諧波的2次諧波通過并提取的第二低通濾波器，4為對第二低通濾波器輸出的2次諧波信號進行放大的放大器，5為將聲音輸入信號與放大后的2次諧波信號相加的第二加法器。
下面說明上述結構的本發明低音增強電路第一實施例的動作。圖3(a)表示揚聲器再現特性7與低音域成分頻率f0信號8的關系。用于電視接收機等的揚聲器，因體積小，所以如圖3(a)所示，其低音域再現范圍通常為100Hz。另一方面，在音樂信號中，作為聲音成分存在100Hz以下的f0信號，雖具有能提供動人的低音成分，但因如上述，揚聲器低音域再現特性不足，所以低音域的f0信號無法再現，從而不能欣賞到足夠的低音。
圖3(b)表示該揚聲器低音域再現范圍以下的f0信號和f0信號的2次諧波與揚聲器再現特性的關系。f0信號取其2次諧波，頻率變換成一倍頻程(octave)上的聲音信號，能在揚聲器的再現帶域內再現，圖3(b)表明能提供低音感的本發明實施例的情形。
圖1中，用第一低通濾波器1使輸入聲音信號中所用揚聲器低音域再現范圍以下的頻率成分通過并提取，并用全波整流器2對所提取的低音域成分整流產生偶次諧波。若取輸入信號為B＝sin(ωt)則用全波整流器2處理后的輸出信號C，以富利哀(Fourier)展開成下式所示。C＝(2/π)＋(4/π)·{sin(2ωt)/3－sin(4ωt)/15＋sin(6ωt)/35……}上式，在全波整流過的輸出信號中，雖包含偶次諧波，但從系數清楚可見，2次諧波占80％以上。
因此，用第二低通濾波器3僅讓2次諧波通過，能高效提取2次諧波。接著，用放大器4對通過第二低通濾波器3的2次諧波放大到適當的電平(level)信號，用加法器5將放大后的2次諧波加到輸入的聲音信號上，作為聲音輸出信號輸出。
圖2表示圖1所示結構各部分中的動作波形圖，A表示聲音輸入信號波形，B為第一低通濾波器1的輸出波形，C為全波整流器2的輸出波形，D為第二低通濾波器3的輸出波形，圖2表示獲得2次諧波的整個過程。
如上所述，使包含在聲音輸入信號中的揚聲器低域再現范圍以下的聲音信號生成2次諧波，變換成如圖3(b)所示所用揚聲器可再現帶域內的信號，加到聲音輸入信號上。按照上述結構，由于加到聲音輸入信號上部分的音程僅僅是比原音高一個倍頻程(音階)的2次諧波，所以不會出現不協調的和諧音。實際上，由于加到聲音輸入信號上的音程比原音高一個音階，所以不能正確地增強原音，但在實踐中，只要不考慮樂譜把握的準確性，就可認為是低音增強了。也即，在揚聲器中再現2次諧波比之缺少揚聲器低音域再現范圍以下成分，具有實際感受效果，與通過音調(tone)控制的技術升高低域電平相比，具有更好的效果。
以上，在所述第一實施例中，說明了單聲道再現中的低音增強電路的情況，下面，作為第二實施例來說明立體聲再現的情形。
圖4表示第二實施例立體聲再現中的低音增強電路的構成。在立體聲再現中，為了需處理2個通道的信號，要使用第一實施例所示構成電路的2套系統。即，在圖4左通道中，用僅讓低音域再現范圍以下的低音域信號通過的第一左低通濾波器1L提取左通道聲音輸入信號中低音域再現范圍以下的低音域成分。用左全波整流器2L對從第一左低通濾波器1L提取的低音域成分整流產生偶次諧波。包含偶次諧波的左全波整流器2L的輸出經過第二左低通濾波器3L僅使2次諧波通過，提取2次諧波。接著，用左放大器4L將從第二左低通濾波器3L提取的2次諧波放大到適當的電平信號，用左加法器5L將放大后的2次諧波加到左通道聲音輸入信號上作為左通道聲音輸出信號輸出。
另一方面在右通道中，用僅讓低音域再現范圍以下低音域信號通過的第一右低通濾波器1R提取右通道聲音輸入信號中低音域再現范圍以下的低音域成分。用右全波整流器2R對從第一右低通濾波器1R提取的低音域成分整流產生偶次諧波。包含偶次諧波的右全波整流器2R的輸出經第二右低通濾波器3R僅使2次諧波通過，提取2次諧波。接著，用右放大器4R將從第二右低通濾波器3R提取的2次諧波放大到適當的電平信號，用右加法器5R將放大后的2次諧波加到右通道聲音輸入信號上作為右通道聲音輸出信號輸出。
圖4中A、B、C及D與第一實施例相同，對應于表示圖2各部分動作波形的A、B、C及D，表示了將包含在聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下的低音域成分變換成2次諧波的過程。
如上所述，即使在立體聲聲音再現中，也能使用兩套單聲道聲音再現中所用的低音增強電路，作成包含在聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的2次諧波，通過將低音域成分的2次諧波加入聲音輸入信號，就能在沒有不協調和諧音情況下增強低音域成分。
下面，將立體聲聲音再現中低音增強電路的另一實施例作為第三實施例進行說明。該實施例是一種使圖4所示第二實施例的電路更合理并降低費用的實施例，圖5表示該電路構成。
圖5中，6為將左通道聲音輸入信號與右通道聲音輸入信號相加的第一加法器，1為僅通過和提取從加法器6相加后聲音信號中揚聲器低音域再現范圍以下的低音域信號的第一低通濾波器，2為產生偶次諧波并進行頻率變換的全波整流器，3為僅通過和提取從全波整流器輸出偶次諧波中的2次諧波的第二低通濾波器，4為將從第二低通濾波器輸出的2次諧波信號放大到適當電平的放大器，5L為將放大后的2次諧波信號加到左聲音輸入信號上的第二左加法器，5R為將放大后的2次諧波信號加到右聲音輸入信號上的第2右加法器。
在該實施例中，聲音輸入信號不直接輸入低通濾波器，而是一旦將左右聲音輸入信號輸入第一加法器6，就將左通道聲音輸入信號與右通道聲音輸入信號相加。左右聲音輸入信號相加后，輸入第一低通濾波器1，僅讓揚聲器低音域再現范圍以下的低音域信號通過，提取該低音域信號。用全波整流器2對所提取的低音域信號整流，產生偶次諧波并進行頻率變換。用第二低通濾波器3從包含偶次諧波的頻率變換過的全波整流器2的輸出中僅提取2次諧波，用放大器4放大到適當的電平。由放大器4放大到適當電平的2次諧波，在一側用第二左加法器5L被加到左聲音輸入信號上，作為左聲音輸出信號輸出，在另一側，用第二右加法器5R被加到右聲音輸入信號上，作為右聲音輸出信號輸出。
圖5中A、B、C及D與第一及第二實施例一樣，對應于圖2中表示各部分動作波形的A、B、C及D，它表示將包含在聲音輸入信號中的揚聲器低音域再現范圍以下的低音域成分變換成2次諧波的過程。
如上所述，在立體聲聲音再現中，采用第一加法器將左右通道聲音輸入信號相加，僅使用一個系統的第一低通濾波器、全波整流器、第二低通濾波器和放大器的串接電路，用所設的2個第二加法器，將包含在聲音輸入信號中的揚聲器低音域再現范圍以下的低音域成分作成2次諧波，通過將低音域成分的2次諧波加入聲音輸入信號，就能以不含有不協調和諧音增強低音域成分。該結構，雖保真度略差于第二實施例，但能實現結構簡單實用上具有足夠效果的低音增強電路。
由上述說明清楚可見，按照本發明，在其大小和形狀受到制約且其低音域再現特性差的揚聲器中，當輸入比所用揚聲器低音再現范圍低的低音域成分時，通過將該低音域成分變換為2次諧波加到聲音輸入信號上，補償了揚聲器輸出中原來欠缺的低音域成分，從而能以不失落音樂成分實現動人的聲音再現，并能以低費用的模擬電路來實現。
權利要求
1.一種低音增強電路其特征在于，具有如下結構僅通過并提取聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一低通濾波器，串聯設置在上述第一低通濾波器后面的將由上述第一低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的全波整流器，串聯設置在上述全波整流器之后，僅通過并提取上述全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第二低通濾波器，接續于上述第二低通濾波器，對由上述第二低通濾波器提取的2次諧波進行放大的放大器，將上述放大器輸出與聲音輸入信號相加作為聲音輸出信號輸出的第二加法器。
2.一種低音增強電路，其特征在于，具有如下結構僅通過并提取左通道聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一左側低通濾波器，串聯設置在上述第一左側低通濾波器后面的將由上述第一左側低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的左側全波整流器，串聯設置在上述左側全波整流器之后，僅通過并提取上述左側全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第二左側低通濾波器，接于上述第二左側低通濾波器之后，對上述第二左側低通濾波器提取的2次諧波進行放大的左側放大器，將上述左側放大器的輸出與左通道聲音輸入信號相加作為左通道聲音輸出信號輸出的第二左側加法器。僅通過并提取右通道聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一右側低通濾波器，串聯設置在上述第一右側低通濾波器后面的將由上述右側第一低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的右側全波整流器，串聯設置在上述右側全波整流器之后，僅通過并提取上述右側全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第二右側低通濾波器，接于上述第二右側低通濾波器之后，對由上述第二右側低通濾波器提取的2次諧波進行放大的右側放大器，將上述右側放大器的輸出與聲音輸入信號相加作為右通道聲音輸出信號輸出的第二右側加法器。
3.一種低音增強電路，其特征在于，具有如下結構將聲音的左通道聲音輸入信號與右通道聲音輸入信號相加的第一加法器，串聯設置于上述第一加法器之后，僅通過并提取上述第一加法器加算后信號中揚聲器低音域再現范圍以下低音域成分的第一低通濾波器，串聯設置于上述第一低通濾波器之后，將由上述第一低通濾波器提取的低音域成分變成偶次諧波的全波整流器，串聯設置于上述全波整流器之后，僅通過并提取上述全波整流器輸出的偶次諧波中2次諧波成分的第2低通濾波器，串聯接續于上述第二低通濾波器，對由上述第二低通濾波器提取的2次諧波進行放大的放大器，將上述放大器的輸出與左通道聲音輸入信號相加作為左通道聲音輸出信號輸出的左側第二加法器，將上述放大器的輸出與右通道聲音輸入信號相加作為右通道聲音輸出信號輸出的右側第二加法器。
全文摘要
本發明為一種低音增強電路，用低通濾波器提取聲音輸入信號中揚聲器低音域再現范圍以下的低音域成分，經全波整流產生上述低音域成分的偶次諧波，提取該偶次諧波中的2次諧波，將其放大到適當電平后加到聲音輸入信號上。上述構成的低音增強電路，能補償揚聲器低音再現范圍以下的原來沒有輸出的低音域成分，從而能以不失落音樂成分實現動人的聲音再現，并能以低費用的模擬電路來構成。
文檔編號H04S1/00GK1135120SQ9610344
公開日1996年11月6日 申請日期1996年2月18日 優先權日1995年2月27日
發明者小田幹夫 申請人:松下電器產業株式會社