用于管理信号路径中的失真的设备和方法技术

公开了一种用于管理和/或减少沿与音频信号或音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的设备。所述设备包括用于产生至少一个相位差信号的相位产生器或由所述相位产生器产生的参考音频信号，其中所述或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的谐波失真分量；对应的放大器通道，用于接收和分别放大用作参考音频信号的所述音频信号；和对应的扬声器通道，用于接收和分别产生与放大的音频相对应的声音，其中每个扬声器通道具有基本相等的性能参数并且适于相对于其他扬声器通道辐射所述声音，以产生对应于所述音频信号的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理信号路径中的失真的设备和方法
本专利技术涉及一种用于高保真地再现声音的系统，尤其涉及用于管理和/或减少与音频信号或例如声音再现系统等系统相关的信号路径中的谐波失真的设备和方法。定义音频信号音频信号表示可以出现在任何固体、液体或气体介质中的声波或音波的表示。它可以包括可能出现在包括电学域、机械域和声学域在内的任何物理域中的波形。波形可以包括连续(模拟)的、采样的或数字化的时间函数，并且可以包括任何频率的分量，包括次声频、声频和超声频。相位产生器相位产生器表示产生音频信号的一个或多个变体的装置，其中每个变体的所有频率分量(在工作频带内)的相位与参考音频信号中的相应频率分量的相位的相差恒定的相位角。在数学中，信号波形的相位变换的变体——其中信号的所有分量的相位角偏移90度——被称为希尔伯特变换(HilbertTransform)。实部等于原始信号波形且虚部等于原始信号波形的希尔伯特变换的复值时间函数称为解析信号。本专利技术的相位产生器可以包括多相位产生器，其中音频信号的每个变体之间的恒定相位角度差可以是选择的角度，该角度不必等于90度。通过使用下述三角恒等式sin(α+β)＝sinα·cosβ+cosα·sinβ或其复杂变形exp(j(α+β))＝exp(jα)·cosβ+jexp(jα)·sinβ可以仅从信号波形的两个变体——即，原始信号波形及其希尔伯特变换(也称为正交信号波形))——的合适线性组合生成具有0度至360度(模数360度)之间的恒定相位角度差的信号波形的相位变换的变体。参考音频信号/通道/相位参考音频信号表示通过表现出约定或参考相位响应的信号路径的音频信号。它可以包括输入音频信号或输入音频信号的变体，其中其频率分量的相位角在工作频带上偏移到参考相位。音频信号的相位表示其每个频率分量相对于约定的时间原点的集体(collective)相位角。信号路径和参考音频信号所通过的后续路径可以被称为参考通道，并且参考通道可以被标记为具有0度的参考相位。参考音频信号还可以包括频率分量在工作频带上没有相位偏移的音频信号。相位响应信号路径的相位响应表示当正弦信号通过信号路径时正弦信号经历的相位偏移。相位响应包括将输出与输入进行比较的传递函数并包括正弦波频率的函数。工作频带工作频带表示相位产生器可以工作和/或相位产生器可以生成参考音频信号的频带，并且工作频带可以包括子频带，例如低音和/或高音子频带。在音频环境中，工作频带可以包括至少20Hz至20kHz之间的频率。
技术介绍
音频系统中的失真可以以各种形式发生，包括放大器和信号处理器中的模拟和/或数字失真。模拟失真可包括放大器和扬声器中的谐波失真、放大器和扬声器中的互调失真，以及推挽放大器(push-pullamplifier)中的交叉失真。难以消除的一种形式的模拟失真是谐波失真。谐振失真发生在放大器、信号处理器和扬声器中。许多科学研究试图找出谐波失真的原因，并且已经确定了一些原因，包括与系统的一个或多个部分相关的传递函数的非线性。例如，扬声器驱动器中的谐波失真可包括由于相关的膜片悬架的机械非线性而引起的失真、相关磁路中的滞后、与音圈相关的反电动势和/或在线性漂移范围之外工作的音圈。然而，还假设基本上无失真的放大器驱动基本上无失真的扬声器驱动器应该导致很小的失真或没有失真。因此，大多数研究工作已经应用于定位和校正放大器和扬声器驱动器中的失真。尚未意识到该假设可能是不正确的和/或扬声器系统中的失真的进一步原因可能是由于扬声器系统的驱动器与其外壳之间的相互作用，包括扬声器外壳内部和其外壳外部包括辐射区域周围的空气的非线性压缩。空气的非线性压缩可能主要在扬声器系统的声输出中产生二阶谐波失真分量。二阶谐波失真分量也可以随声压级(SPL)而增加。此外，由空气的非线性压缩引起的谐波失真分量是由放大器、扬声器驱动器和/或扬声器系统的其他部件引起的谐波失真分量的补充。如上所述，具有基本无失真组件的扬声器系统仍可能产生失真。在现有技术中尝试解决该问题的方案包括使用运动反馈、预失真补偿和具有反馈的预失真补偿。然而，运动反馈不能校正在扬声器驱动器的锥体之外的音频信号路径中产生的失真，而模拟预失真补偿不能存储足够的数据来充分地预测失真来完全补偿或消除失真。数字预失真补偿可能受到数字失真的影响，并且还可能需要极快的处理。预失真还有一个缺点，即它必须与扬声器系统匹配。本专利技术可以适于在不使用反馈并且不与扬声器系统匹配的情况下管理和/或至少减少谐波失真的二阶和/或三阶分量，包括由空气和/或其他原因的非线性压缩引起的失真分量。本文对作为现有技术给出的专利文献或其他事项的引用不应被视为承认该文献或事项在本文的任何披露或权利要求的优先权日时是已知的或其所包含的信息是澳大利亚或其他地方的公知常识的一部分。本说明书中包括对现有技术的这种讨论是为了根据专利技术人的知识和经验解释本专利技术的背景。在本说明书的通篇说明和权利要求书中，词语“包括”或“包含”以及这些词语的变体，例如“含有”，“具有”，“有”或“含”，并不旨在排除其他添加、部件、整数或步骤。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于管理和/或减少沿与音频信号或音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的设备，所述设备包括：相位产生器，用于产生至少一个相位差信号，该相位差信号是所述音频信号的变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或者由所述相位产生器产生的参考音频信号具有恒定的相位差，其中所述恒定的相位差或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量；对应的放大器通道，用于接收和分别放大用作参考音频信号的所述音频信号，或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号，以及所述音频信号的所述变体或每个变体，其中每个放大器通道具有基本相等的增益和/或性能参数；和对应的扬声器通道，用于接收和分别产生与用作参考音频信号的放大的音频信号，或由相位产生器产生的参考音频信号，以及所述音频信号的变体或每个变体相对应的声音，其中每个扬声器通道具有基本相等的性能参数并且适于相对于其他扬声器通道辐射所述声音，以产生对应于所述音频信号的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。参考音频信号可以包括频率分量具有参考相位的音频信号的变体。相位产生器可以适于产生音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移90度，从而使用两个通道基本完全消除二阶谐波失真分量。相位产生器可以适于产生所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度，从而使用两个通道至少部分地消除二阶和三阶谐波失真分量。相位产生器可以适于产生所述音频信号的两个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位分别偏移60度和120度，从而使用三个通道基本完全消除二阶谐波失真分量和至少部分地消除三阶谐波失真分量。相位产生器可以适于产生所述音频信号的两个变体，其相对于用作参考音频信号的音频信号或由相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度和第二角度，从而使用三个通道部分地消除二阶和三阶谐波失真分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于管理和/或减少沿与音频信号或音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的设备，所述设备包括：相位产生器，用于产生至少一个相位差信号，该相位差信号是所述音频信号的变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或者由所述相位产生器产生的参考音频信号具有恒定的相位差，其中所述恒定的相位差或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量；对应的放大器通道，用于接收和分别放大用作参考音频信号的所述音频信号，或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号，以及所述音频信号的所述变体或每个变体，其中每个放大器通道具有基本相等的增益和/或性能参数；和对应的扬声器通道，用于接收和分别产生与用作参考音频信号的放大的音频信号，或由所述相位产生器产生的参考音频信号，以及所述音频信号的变体或每个变体相对应的声音，其中每个扬声器通道具有基本相等的性能参数并且适于相对于其他扬声器通道辐射所述声音，以产生对应于所述音频信号的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.01 AU 2016903021;2017.06.23 AU 20179024251.一种用于管理和/或减少沿与音频信号或音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的设备，所述设备包括：相位产生器，用于产生至少一个相位差信号，该相位差信号是所述音频信号的变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或者由所述相位产生器产生的参考音频信号具有恒定的相位差，其中所述恒定的相位差或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量；对应的放大器通道，用于接收和分别放大用作参考音频信号的所述音频信号，或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号，以及所述音频信号的所述变体或每个变体，其中每个放大器通道具有基本相等的增益和/或性能参数；和对应的扬声器通道，用于接收和分别产生与用作参考音频信号的放大的音频信号，或由所述相位产生器产生的参考音频信号，以及所述音频信号的变体或每个变体相对应的声音，其中每个扬声器通道具有基本相等的性能参数并且适于相对于其他扬声器通道辐射所述声音，以产生对应于所述音频信号的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述参考音频信号包括所述音频信号的变体，其频率分量具有参考相位。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移90度，从而使用两个通道基本完全消除二阶谐波失真分量。4.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度，从而使用两个通道至少部分地消除二阶和三阶谐波失真分量。5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的两个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位分别偏移60度和120度，从而使用三个通道基本完全消除二阶谐波失真分量和至少部分地消除三阶谐波失真分量。6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的两个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度和第二角度，从而使用三个通道部分地消除二阶和三阶谐波失真分量。7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的三个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位分别偏移60度、90度和150度，从而使用四个通道基本完全消除二阶和三阶谐波失真分量。8.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的三个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度、第二角度和第三角度，从而使用四个通道基本完全消除两阶谐波失真分量。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每个扬声器通道包括直接辐射器并且定向为朝向观众。10.根据权利要求1至8所述的设备，其中所述扬声器通道定向为朝向彼此。11.根据权利要求1至8所述的设备，其中每个扬声器通道从端口辐射，并且各端口设置为彼此相邻。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述相位产生器包括模拟电路。13.根据权利要求1至11的设备，其中所述相位产生器包括数字信号处理器(DSP)。14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每个放大器通道驱动多组扬声器阵列中的多个扬声器驱动器。15.根据权利要求14所述的设备，其中每个扬声器通道包括一个线性阵列，并且其中每个替代扬声器通道的输出与前一个替代扬声器通道相比具有不同角度的相位偏移。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述不同角度是90度。17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每个扬声器通道包括封闭的盒结构。18.根据权利要求17所述的设备，其中每个扬声器信道在包括上升的音频响应的频带上工作，该音频响应被主动均衡。19.根据权利要求2或3所述的设备，其中所述相位差适于从在相对较低功率水平下的90度切换到在相对较高功率水平下的60度，决定切换的功率水平基本对应于主要二阶谐波失真分量和主要三阶谐波失真分量之间的转变。20.根据权利要求2或3所述的设备，其中随着功率水平的增加，相位差从90度逐渐转变到60度。21.根据权利要求2、3或20所述的设备，其中相位差从90度逐渐转变到60度，是音频信号中存在的频率的非常数函数。22.根据权利要求1或2所述的设备，其中每个扬声器通道包括用以在任何气体、流体或固体介质中产生亚音速声音、可听声音或超声波声音的任何已知类型的技术，包括电磁、静磁、静电、压电、电致伸缩、磁致伸缩、无限挡板、封闭盒、通风盒、无源辐射器盒、偶极和双极。23.一种用于管理和/或减少沿与音频信号或音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的方法，所述方法包括：产生至少一个相位差信号，该相位差信号是所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的参考音频信号具有恒定的相位差，其中所述恒定的相位差或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量；经由对应的放大器通道分别放大用作参考音频信号的所述音频信号，或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号，以及所述音频信号的所述变体或每个变体，其中每个放大器通道具有基本相等的增益和/或性能参数；和经由对应的扬声器通道分别产生与用作参考音频信号的放大的音频信号或由所述相位产生器产生的参考音频信号，以及所述音频信号的放大的变体或每个放大的变体相对应的声音，其中每个扬声器通道具有基本相等的性能参数并相对于其他扬声器通道辐射所述声音，以产生与所述音频信号对应的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。24.一种用于处理受到沿着与系统例如音频系统相关的信号路径产生的谐波失真分量的影响的信号例如音频信号的设备，所述设备包括：相位产生器，用于产生至少一个相位差信号，该相位差信号是所述音频信号的变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的参考音频信号具有恒定的相位差，其中所述或每个恒定的相位差适于消除沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量；和其中所述参考音频信号和所述音频信号的每个变体适于产生对应于所述音频信号的组合声音，其中谐波失真分量与沿所述信号路径产生的所述谐波失真分量相比减小。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述参考音频信号包括所述音频信号的变体，其频率分量具有参考相位。26.根据权利要求24或25所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或者通过所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移90度，从而使用两个通道基本完全消除二阶谐波失真分量。27.根据权利要求24或25所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的一个变体，其相对于用作参考音频信号的所述音频信号或由所述相位产生器产生的所述参考音频信号相位偏移第一角度，从而使用两个通道至少部分地消除二阶和三阶谐波失真分量。28.根据权利要求24或25所述的设备，其中所述相位产生器适于产生所述音频信号的两个变体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·基思·坎贝雷尔，泽利科·维利坎，
申请(专利权)人：蓝图声学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU