在保持感知谱平衡的情况下的音频信号响度调整
阅读：401发布：2022-12-22
专利汇可以提供在保持感知谱平衡的情况下的音频信号响度调整专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且使用具有高频响应特性和低频响应特性的可动态控制 滤波器 在减少音频 信号 的 感知 谱平衡的改变的同时调整该 音频信号 的响度，该可动态控制滤波器通过动态改变关于该音频信号的多个频带中的每一个频带中的期望增益的信息而被控制。，下面是在保持感知谱平衡的情况下的音频信号响度调整专利的具体信息内容。
1.一种用于在减少音频信号的感知谱平衡的变化的同时调整音频信号的响度的方法，包括：
将所述音频信号应用于具有高频响应特性和低频响应特性的可动态控制滤波器，接收关于所述音频信号的三个或更多个频带中的每一个频带中的期望增益的动态变化信息，所述期望增益在应用于所述音频信号时趋向于在所述音频信号的所述响度改变时保持感知谱平衡，所述信息响应于所述音频信号和期望的响度，其中所述三个或更多个频带相互并置，包括通常介于所述高频响应特性在其中改变的频率范围的下端与所述低频响应特性在其中改变的频率范围的上端之间的锚定频带、位于所述滤波器的可控高频响应特性在其中改变的频率范围的上端处的上频带，和介于所述锚定频带与所述上频带之间的至少一个频带，以及
响应于所述信息来动态地控制所述滤波器，其中所述高频响应特性是可变搁架滤波器响应，并且所述低频响应特性是具有在所述锚定频带以下单调减小的对数域中的升高/衰减的可变斜率响应，所述可变搁架滤波器响应响应于所述三个或更多个频带中的每个频带中的期望增益而受控，且所述可变斜率响应响应于所述锚定频带中的所述期望增益而受控。
2.根据权利要求1所述的方法，其中各频带中的所述期望增益通过在比相应频带的频率范围宽的频率范围上分析所述输入信号来获得。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述可变搁架滤波器响应的截止频率响应于所述音频信号的相对于听力阈值的电平。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述锚定频带为700Hz至2kHz。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述锚定频带中的所述期望增益通过在包括500Hz和2kHz之间的频率的频率范围上分析输入信号来获得。
6.一种用于在减少音频信号的感知谱平衡的变化的同时调整音频信号的响度的设备，包括：
用于将所述音频信号应用于具有高频响应特性和低频响应特性的可动态控制滤波器的装置，
用于接收关于所述音频信号的三个或更多个频带中的每一个频带中的期望增益的动态变化信息的装置，所述期望增益在应用于所述音频信号时趋向于在所述音频信号的所述响度改变时保持感知谱平衡，所述信息响应于所述音频信号和期望的响度，其中所述三个或更多个频带相互并置，包括通常介于所述高频响应特性在其中改变的频率范围的下端与所述低频响应特性在其中改变的频率范围的上端之间的锚定频带、位于所述滤波器的可控高频响应特性在其中改变的频率范围的上端处的上频带，和介于所述锚定频带与所述上频带之间的至少一个频带，以及
用于响应于所述信息来动态地控制所述滤波器的装置，其中所述高频响应特性是可变搁架滤波器响应，并且所述低频响应特性是具有在所述锚定频带以下单调减小的对数域中的升高/衰减的可变斜率响应，所述可变搁架滤波器响应响应于所述三个或更多个频带中的每个频带中的期望增益而受控，且所述可变斜率响应响应于所述锚定频带中的所述期望增益而受控。
7.根据权利要求6所述的设备，其中各频带中的所述期望增益通过用于在比相应频带的频率范围宽的频率范围上分析所述输入信号的装置来获得。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的设备，其中所述可变搁架滤波器响应的截止频率响应于所述音频信号的相对于听力阈值的电平。
9.根据权利要求6至7中任一项所述的设备，其中所述锚定频带为700Hz至2kHz。
10.根据权利要求6至7中任一项所述的设备，其中所述锚定频带中的所述期望增益通过用于在包括500Hz和2kHz之间的频率的频率范围上分析输入信号的装置来获得。
在保持感知谱平衡的情况下的音频信号响度调整
[0001] 相关申请的交叉引用
背景技术
[0003] 本发明涉及音频信号处理，即涉及用于以保持音频信号的感知谱平衡的方式调整音频信号的响度的低复杂度方法或设备。本发明还涉及存储于计算机可读介质上的用于使计算机执行该方法的计算机程序。本发明还涉及其上存储执行该方法的计算机程序的计算机可读介质。
发明内容
[0004] 依据本发明的各方面，通过如下操作在减少音频信号的感知谱平衡中的变化的同时调整音频信号的响度，即将所述音频信号应用于具有高频响应特性和低频响应特性的可动态控制滤波器，接收关于所述音频信号的多个频带中的每一个频带中的期望增益的动态变化信息，所述期望增益在应用于所述音频信号时趋向于在所述音频信号的所述响度改变时保持感知谱平衡，所述信息响应于所述音频信号和期望的响度，其中存在相互并置的三个或更多个频带，包括通常介于所述高频响应特性在其中改变的频率范围的下端与所述低频响应特性在其中改变的频率范围的上端之间的锚定频带(anchor band)、位于所述滤波器的响应在其中改变的频率范围的上端处的上频带，和介于所述锚定频带与所述上频带之间的至少一个频带，以及响应于所述信息来动态地控制所述滤波器，其中所述高频响应特性可是可变搁架(shelf)滤波器响应，并且所述低频响应特性可是具有在所述锚定频带以下单调减小的对数域中的升高/衰减的可变斜率响应，所述可变搁架滤波器响应响应于所述三个或更多个频带中的每个频带中的期望增益而被控制，且所述可变斜率响应响应于所述锚定频带中的所述期望增益而被控制。
[0005] 包括锚定频带和上频带的频率范围中的频带的数目可少于处于所述频率范围中的人耳的临界带的数目。
[0006] 各频带中的期望增益可通过在比相应频带的频率范围宽的频率范围上分析输入信号来获得。锚定频带中的期望增益是通过在包括在500Hz和2kHz之间的频率的频率范围上分析输入信号来获得的。
[0008] 锚定频带可为大约700Hz至大约2kHz。
[0009] 图1是示意性功能框图，其示出依据本发明的各方面的用于以保持音频信号的感知谱平衡的方式来调整所述音频信号的响度的方法或设备的实施例。换句话说，此设备或方法的任务是改变音频输入信号以产生音频输出信号，使得收听者感知到音频输出信号的响度相对于音频输入信号的响度增加或降低，所感知的响度的差等于响度变化输入，同时在音频信号的谱平衡中感知到很少的变化或者感知不到变化。所述响度变化输入可以是静态的，诸如，举例来说，可由用户所选择的音量控制水平而引起，或响度变化输入可以是动态的，诸如，可例如由接收音频输出和/或音频输入以及使用者所选择的期望音频输出音量控制水平的自动校平器设备或过程而引起。为了方便起见，所述响度变化可例如表达为比率(输出响度(以宋(Sone)为单位)除以输入响度(以宋为单位))，或以对数标度来表达。对于此文档的其余部分，响度变化被表达为比率，使得当响度变化＝1.0时，图1的示例的方法或设备理想化地对正被处理的音频信号没有影响(所以，除了可能的延迟以外，音频输出信号与音频输入信号响度相同，该延迟可被忽略)。当响度变化＝2.0时，图1的示例的方法或设备理想化地以使得所感知的响度加倍(在宋标度上)的方式使音频输出相对于音频输入升高。相似地，当响度变化＝0.5时，图1的示例的方法或装置理想化地以使得所感知的响度减半(在宋标度上)的方式相对于音频输入削减或衰减音频输出。 [0010] 音频输入被应用于信号路径以及控制路径。信号路径可包括第一和第二串联滤波器或滤波器功能(“低频滤波器”)2和(“高频滤波器”)4。优选地，该滤波器或滤波器功能中的一个滤波器或滤波器功能在低频(如下文所讨论的，通常处于“锚定频带”以下的频率)操作，而另一滤波器或功能在高频(通常处于锚定频带以上的频率)操作。尽管它们可以任何顺序来排列，低频滤波器2被示出为首先位于信号路径中。滤波器或滤波器功能的进一步的细节在下文中加以讨论。信号路径包括可变增益元件6，被示出为图1的示例中的低频滤波器2中的乘法器元件或功能。此乘法器元件或功能不必须为滤波器2的一部分，而是可以是滤波器4的一部分，或者可以不是滤波器2和滤波器4的一部分。 [0011] 在图1的示例的控制路径中，“计算每个频带的增益”装置或功能8接收音频输入和上文提到的响度变化。在此示例中，装置或功能8输出用于音频输入信号的一组频带中的每一频带的期望增益(“频带增益(BandGain)”)，使得如果该期望增益应用于音频输入信号，则将在音频输入信号的响度被改变以产生音频输出信号时保持或倾向于保持音频输入信号的感知谱平衡。这可至少部分地通过使装置或功能8的增益计算基于诸如文中图10所示的音压级(SPL)与响度之间的基于人听觉的频率相关关系来实现。图10在下文被进一步加以讨论。
[0012] 用于控制低频滤波器2和高频滤波器4以获得要被应用于音频输入信号(以产生音频输出信号)的期望频带增益的控制信号可通过低频滤波器控制器或控制过程(“LF控制”)10和高频滤波器控制器或控制过程(“HF控制”)12从计算每个频带的增益8的频带增益输出获得。该LF控制10从锚定频带增益导出三个控制变量，包括增益因子G。该HF控制12从锚定频带增益和至少两个高频频带的各自的增益导出五个控制变量。用以控制LF和HF滤波器的控制变量的数目可在替代 实施例中不同，因为替代滤波器结构可能需要不同数目的可变系数。
[0013] 本发明的各方面包括如下认识，即通过用简单的低频和高频滤波器特性的响应来近似复杂的理想滤波器响应，并且通过使用少至三个的频带增益来控制该简单的滤波器特性，可获得可变响度谱平衡保持音频输出信号，在所述少至三个的频带增益中，一个频带增益用于所述锚定频带，并且两个或更多个频带增益用于高于所述锚定频带的频带。例如，图2示出可被假定为期望的滤波器响应的十八个频带增益值(绘示为小圆圈)的集合的对数增益(log gain)(dB)-对数频率(log frequency)的曲线图，以及旨在近似该十八个频带增益值的平滑化滤波器曲线。锚定频带中的频率的值被突出显示为黑色实心圆圈，且“上频带”频率值被用十字突出显示。图3示出减少的频带增益值的集合(相对于图2的示例而言)，其可依据本发明的各方面被用于近似基于更大数目的频带增益值的平滑化滤波器曲线。该滤波器的性态可分为两部分-低于锚定频带的频率和高于锚定频带的频率。通过采用诸如图4的示例中的其中低于锚定频带的响应由锚定频带值确定的低频滤波器响应，不需要低于锚定频带的频带增益值。通过采用诸如图5的示例中的高频搁架滤波器响应，需要高于锚定频带频率的两个(图中所示)至五个频带增益值组成的集合的全部来近似基于更大数目的频带增益值的平滑化滤波器曲线。因此，当响度变化时维持感知谱所需的复杂响应可被由两个非常简单的滤波器特性近似，一个在低频操作而另一个在高频操作。这与可能需要20至40个频带的试图在临界频带基础上产生所需响应相比实现了大幅简化。实现了复杂性的进一步降低是由于控制简单滤波器响应所需的分析作为替代可采用少量的宽频带，否则该分析可能预计需要大量频带(例如临界频带)。
[0014] 锚定频带
[0015] 在采用五个频带的示例性实施例中，频带增益值可与在下列频率的期望增益相对应：
[0016] BandFHZ(1)＝1kHz(锚定频带)
[0017] BandFHZ(2)＝5kHz
[0018] BandFHZ(3)＝9kHz
[0019] BandFHZ(4)＝13kHz
[0020] BandFHZ(5)＝17kHz(高频频带)
[0021] BandFHZ(i)频率可指的是每个频带的基本在中心的频率或代表频率。例如，第2频带的频带增益(频带增益(2))可指的是理想化地应由低频滤波器2和高频滤波器4的组合在5kHz施加的期望增益。将了解的是，在3000Hz至7000Hz的频率范围中的低和高频滤波器组合的增益可近似等于频带增益(2)。第2频带的频带增益值可通过在较宽的频率范围上的输入音频信号的分析导出，其中大多数权重被给予例如介于1000Hz与9000Hz之间的频率。在此分析过程中，信号功率(处于1000至9000Hz频带中)可用作声压级的估计值，且期望响度变化可依据下文结合图11所描述的过程被应用。
[0022] 频带增益(1)的值可具有下列属性：
[0023] 频带增益(1)指的是在1kHz的期望增益。
[0024] 频带增益(1)是锚定增益(Anchor Gain)，因为频带1是锚定频带，且在此示例中锚定频带频率为1kHz。
[0025] 在700Hz至2kHz之间应用的滤波器增益应近似等于频带增益(1)。 [0026] 在低于700Hz的情况下，如图4中所示，滤波器的响应作为频带增益(1)的函数而改变，即在高于锚定频带的情况下，滤波器具有平坦的频率响应，并且在低于锚定频带的情况下，滤波器具有可变斜率响应，该可变斜率响应具有在锚定频带以下单调减小的对数域中的升高/衰减。
[0027] 频带增益(1)的增益可基于在从约300Hz至4kHz的频率范围上的输入信号的分析来计算。此频率范围的下限可由具有例如400Hz的截止频率的高通滤波器来确定，但是该高通滤波器也可具有在100Hz至1000Hz范围中的截止频率。可替换地，高通滤波器可被省略，使得频带增益(1)的增益基于在从0Hz至4kHz的频率范围上的输入信号的分析来计算。
[0028] 高频频带
[0029] 高频频带是与滤波器中受关注的最高频率相对应的频带。在上文所列出的示例频带中，BandFHZ(5)＝17kHz，使得此频带预期定义了从14kHz至20kHz的范围上的期望的滤波器响应。此频率被选择以使得频带的上端(20kHz)近似等于人类音频感知的上限(20kHz)，或者音频系统的频率上限(通常由系统的采样率限制)。例如，17kHz的上频带中心频率可能适合于以44.1kHz、48kHz或96kHz的采样率操作的音频系统，但是12kHz的上频带频率可能在以32kHz的采样率操作的音频系统中是适用的。
[0031] 图1是示出依据本发明的各方面的用于以保持音频信号的感知谱平衡的方式来调整音频信号的响度的方法或设备的示例的示意性功能框图。
[0032] 图2示出假定为期望的滤波器响应的十八个频带增益值(绘示为小圆圈)的集合的对数增益(dB)-对数频率的曲线图，和预期近似该十八个频带增益值的平滑化滤波器曲线。
[0033] 图3示出依据本发明的各方面可被用以近似基于更大数目的频带增益值的平滑化滤波器曲线的减少的频带增益值的集合(相对于图2的示例而言)。
[0034] 图4示出其中低于锚定频带的响应仅由锚定频带值确定的低频滤波器响应的族的代表示例。
[0035] 图5是其中由二(被示出)至五个高于锚定频带的频带增益值的集合近似基于更大数目的频带增益值的平滑化滤波器曲线的高频搁架滤波器响应的族中的一个响应的代表示例。此示例与图3的示例的不同之处在于图3的示例示出了组合的高频和低频滤波器响应，而图5的示例仅示出了高频滤波器响应。
[0036] 图6示出方程式1.2的f1和f2多项式值的曲线图。
[0037] 图7示出理想化的高频搁架滤波器响应的指导性示例。
[0038] 图8示出理想化的高频搁架滤波器响应的其他指导性示例。
[0039] 图9示出理想化的高频搁架滤波器响应的另外的指导性示例。
[0040] 图10示出依据本发明的各方面适于使用的基于人类听觉系统的非线性增益-响度函数响应。
[0041] 图11示出非线性增益-响度函数响应可被采用的方式的示例。
[0042] 图12在其上部部分示出示例性的信号振幅(对数标度)对频率，其中音频的较高频成分的振幅趋向于减弱至很低的水平。图12在其下部部分示出得到的增益轮廓线，其中高频部分呈现搁架滤波器的形状，并且在较低频处的增益朝零向下倾斜(在对数标度上)。 具体实施方案
[0043] 低频滤波器细节
[0044] 如图4所示，低频滤波器2的性态仅由处于锚定频带频率的频带增益值来确定。图4示出对于各种锚定频带增益水平的一系列低频滤波器2的理想化的滤波器响应曲线(对数增益(以dB为单位)-对数频率)。因为在锚定频带频率应用各种增益水平，较低频率的频带被以与所施加的增益水平相比较小的量而升高或衰减。在高于锚定频带处，滤波器具有平坦频率响应，而在低于锚定频带处，该滤波器具有可变斜率响应，该可变频率响应具有在锚定频带之下单调减小的对数域中的升高/衰减。低频增益调整的此单调减少可由下列方程式来表示：
[0045]
[0046]
[0047] 在方程式1.1中，锚定频带增益和LFGain(f)的值均在对数增益标度(诸如dB)上表示。尽管此方程式表示期望频率响应，但是实际实施可提供对于此响应的近似。一种可能的实施方法在图1中示出。
[0048] 在图1的示例中，低频滤波器2使用一对固定1阶滤波器(分别 由具有极点p1和p2的回馈结构来定义)和三个增益因子G、f1和f2，以便近似图4中所示的曲线。给定锚定频带增益(以dB为单位)，可如下确定滤波器结构的系数：
[0049] p1＝0.9960806996745
[0050] p2＝0.9614814515953(AnchorGain/20)
[0051] G＝10
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 方程式1.2提供了LF滤波器2的极点的固定值。通过将锚定频带增益(以dB为单位)转换为线性增益值来计算增益G。f1和f2系数通过已由优化过程导出的一对多项式来计算以提供对期望频率响应曲线的合适匹配。对于介于-60与+40dB之间的锚定频带增益值这些多项式提供了对期望曲线的合理匹配。f1和f2多项式在图6中被绘示。在方程式1.2中，p1和p2系数可被表达为小数点后四或五位。其他系数可被表达为小数点后四位。
[0059] 高频滤波器细节
[0060] 在高频范围内，高频滤波器4的性态可由诸如图5中所示的频带增益值来确定。 [0061] 与低频滤波器2的特性不同，高频滤波器4的特性优选地由更大的参数的集合来确定。如先前所描述的，低频滤波器2的特性完全由在锚定频带频率的增益来确定(参见图2)。然而，高频滤波器4优选地由搁架滤波器来实施，该搁架滤波器具有下列性质： [0062] 1.搁架滤波器在锚定频带的响应理想地与期望的锚定频带增益匹配。 [0063] 2.在高频(高于锚定频带)处，搁架响应的增益理想地被限制在0dB与锚定频带增益之间。
[0064] 3.搁架滤波器的过渡频率高于锚定频带频率。
[0065] 图7示出了有用的搁架滤波器增益轮廓线(忽略了任何可能的过渡频率变化)。应注意，搁架滤波器频率响应曲线不与0dB线相交，且在高频的增益始终被限制在锚定频带增益与0dB之间。
[0066] 图8示出搁架的过渡频率可如何作为中间频带增益值(锚定频带与最高频带之间的频带中的增益)的函数改变。在图8中仅示出一个频带增益值，但是可能存在一个以上的频带增益值。搁架的过渡频率(在该处增益位于低频增益与高频增益的中间的频率)如图8所示地被(动态地)调整。理想的是，截止频率响应于相对于听力阈值的音频电平在高于锚定频带的一个频带或多个频带中移动。
[0067] 确定期望的搁架滤波器特性的过程可如下操作。可在低频增益(以dB为单位)、高频增益(以dB为单位)和搁架过渡频率(以Hz为单位)方面定义二阶搁架滤波器。这些量在文中可被称为ShelfGainLo，ShelfGainHi和ShelfFHz。该过程可被如下表示： [0068] 1.如下地定义clip()函数：
[0069]
[0070] 2.按照频率增加的顺序来将一组频带增益值排序：
[0071] BandGain(i):i＝1..NoBands，
[0072] 其中BandGain(1)(频带增益(1))是锚定频带增益(锚定频带增益)， 且BandGain(NoBands)(频带增益(无频带))是上频带的增益(由图5中带有十字的圆圈表示)。
[0073] Band Gain(i)(频带增益(i))表示在频率BandFHz(i)处的期望滤波器增益，并且可依赖于这些BandFHz(i)值形成算术级数(即其在线性频率标度上被均匀地间隔开)的简化假定。
[0074] 3.计算：
[0075] ShelfGainLo＝BandGain(1)
[0076] ShelfGainHi＝clip(BandGain(NoBands)，BandGain(1)，0)
[0077] 或，可替换地：
[0078] ShelfGainLo＝BandGain(1)
[0079] ShelfGainHi＝clip(BandGain(NoBands)，BandGain(1)，α×BandGain(1)) [0080] 其中α典型地在范围[0..1/2]内。
[0081] 4.计算(针对b＝2..NoBands-1)：
[0082]
[0083]
[0084] 5.最终，计算：
[0085]
[0086] 在步骤3中，可分别使用锚定频带增益和上频带增益(TopBand Gain)作为低频和高频搁架增益。
[0087] 步骤3中引入的常量α预期对图9中所示的搁架滤波器的高频增益提供限制。在此示例中，锚定增益为负(以dB为单位)。因此，搁架滤波器的高频增益也被限制为负，此外，其始终被限制在锚定增益与α倍的锚定增益之间。“α”的典型值为0.3或0.4，但是介于0与0.7之间的任何值可以是有用的。
[0088] 在步骤4中，可对中间频带(介于锚定频带与上频带之间的那些频带)的增益进行规格化，并且对它们进行箝位以使它们位于0到1的范围内。因此，NormBand(b)＝1表示此频带具有等于锚定频带增益的 增益，且NormBand(b)＝0表示此频带具有等于该上增益(TopGain)的增益。
[0089] 当将所有NormBand(b)值加在一起求和时，最终结果为ShelfFrel，其具有介于0与(NoBands-2)之间的值，其中ShelfFrel＝0表示搁架滤波器应在该频率范围的下端具有过渡频率，且ShelfFrel＝(NoBands-2)表示搁架滤波器应在该频率范围的上端具有过渡频率。
[0090] 步骤5将ShelfFrel转换为Hz。
[0091] 一旦已计算出ShelfGainLo、ShelfGainHi和ShelfFHz，可然后使用各种已知技术中的任一种技术来设计搁架滤波器。例如，高频滤波器4可被以构成诸如图1中所示的二阶IIR滤波器的双二次滤波器结构来实施。
[0092] 此双二次滤波器的系数可经由如下所示的MATLAB程序代码来计算(MATLAB是在音频领域中广泛使用的一种计算机工具且是MathWorks公司的商标)：
[0093]
[0094] 以上脚本使用某些内建Matlab函数，包括bilinear()和zp2tp()。这些函数由Mathworks来文件化，且是本领域中所熟知的。
[0095] 操作原理
[0096] 图1的示例操作以通过在图1的计算每个频带的增益8中使用诸如图10中所示的基于人类听觉系统的非线性增益-响度函数来保持经 处理的音频中的感知谱平衡。图10中的曲线图示出在振幅高于线性阈值的情况下，响度的对数与声压级的对数之间存在基本线性的关系。在低于此线性阈值的情况下，随着音频声压级接近且接着降到听力阈值以下，响度更快速地下降，该听力阈值是声压级-响度曲线的斜率接近垂直的点。 [0097] 为了(以指定的响度比)修改音频信号的感知响度，可将此表示为图10的log(响度)轴上的指定的上移或下移。例如，如果想要使1kHz的信号的响度减半，可应用图11中所示的处理。该处理可如下操作：
[0098] 1.测量一个频带(例如，以1kHz为中心的频带)中的输入信号的振幅(例如，均方根(rms)振幅)，且将此振幅标记在水平轴(输入信号振幅)上。
[0099] 2.使用图8的振幅-响度曲线，将此振幅转换为垂直轴上的相对应的响度值。 [0100] 3.加/减期望的响度变化(ΔL＝log(0.5))以计算期望的输出响度(针对此频率频带)。
[0101] 4.将此期望的输出响度再转换为振幅，以计算期望的输出信号振幅。 [0102] 5.输入信号振幅与输出信号振幅之间的差为需要应用于此音频频带以便以期望的ΔL来修改其响度的增益。
[0103] 如果音频输入和音频输出信号的振幅在所有频带中足够响(高于线性阈值)，则振幅-响度曲线的线性性质指的是：
[0104] 增益＝αn×ΔL (1.3)
[0105] 比例因子αn是标称的响度对增益比例因子，并且对于1kHz或1kHz以上的信号通常等于1.7。此是对数值的比(其将log(响度)转换为log(增益))。因此，为了使响1.7
度加倍，需要增益2 ≈3.25(大约为10dB)。
度加倍，需要增益2 ≈3.25(大约为10dB)。
[0106] 针对较低频信号，响度对增益比例因子较低(因为对于较低频率，振幅-响度曲线的斜率较陡(参见图10，其示出对于50Hz的振幅-响度曲线)。例如，针对在50Hz的响亮信号，以指定量来修改其响度所需 的增益仅是在1kHz所需的增益的一小部分。 [0107] 在低频应用的log(增益)的减少可被指定为“LFGainFactor(低频增益因子)”。因此，在低于1kHz的频率，可使用下列方程式：
[0108] GainLF(f)＝LFGainFactor(f)×αn×ΔL (1.4)
[0109] 还应觉察到振幅-响度曲线的在低振幅水平(位于图10中的线性阈值以下的区域)的非线性下降。在该曲线的其中曲线的斜率较陡的低振幅区域中，小增益因子可能对音频信号的响度产生大的影响，所以可通过相对小的增益变化来实现指定的响度变化。因此，在音频信号的振幅很低的谱区域中，增益因子可以减小(也就是说，更接近于0dB)。此情况大多数倾向于在高频发生，在高频该音频信号的能量可能很低。
[0110] 如果查看典型音频信号的谱(依据每八音度的能量而绘示的谱)，则典型地可以在高频看到很低的信号电平。因此，在这些较高频率处(振幅已降至线性阈值以下)应用的增益减少为1(即，所述log(增益)降至零)。图12说明了此原理，示出了显示典型音频谱和相关增益轮廓线(针对响度的指定提高)。
[0111] 如图12的上部部分所示，音频的较高频成分的振幅倾向以几乎单调的方式减弱至很低的水平。这在许多音频信号中都是典型的现象。因此，如图12的下部部分可见，高频增益轮廓线普遍地呈现搁架滤波器的形状。在图12中还应注意，由于LFGainFactor，在较低频率的增益朝零向下倾斜(在对数标度上)。
[0112] 实施方式
[0113] 本发明可以硬件或软件或此二者的组合(例如，可编程逻辑阵列)来实施。除非另外指出，作为本发明的一部分而被包括在内的算法不固有地与任何特定计算机或其他装置有关。特别的是，各种通用机器可与依据本文的教示而写的程序一起使用，或者更方便地是构建用以执行所需的方法步骤的更专用的设备(例如，集成电路)。因此，本发明可被以一个或更多个可编程计算机系统上执行的一个或更多个计算机程序来实施，各可编程计算机系统均包含至少一个处理器、至少一 个数据存储系统(包括易失性和非易失性内存和/或存储组件)、至少一个输入设备或端口和至少一个输出装置或端口。程序代码应用于输入数据以执行本文所描述的功能并且产生输出信息。输出信息被以已知方式应用于一个或更多个输出装置。
[0114] 每个这样的程序可被以任何期望的计算机语言(包括机器、汇编或高级过程、逻辑或面向对象的程序语言)来实施，以与计算机系统进行通讯。在任何情况下，改语言可以是编译或解译语言。
[0115] 每个这样的计算机程序优选地被存储在可由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或装置(例如，固态内存或介质，或磁性或光学介质)上或下载到所述存储介质或装置，以在所述存储介质或装置被计算机系统读取时配置和操作所述计算机以执行本文所描述的流程。本发明系统还可被视为作为被配置有计算机程序的计算机可读存储介质来实施，其中这样配置的存储介质使计算机系统以特定和预定义的方式来操作以执行文中所描述的功能。
[0116] 本发明的多个实施方案已被描述。然而，应理解的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改。例如，本文所描述的步骤中的某些步骤可能与顺序无关，且因此可被以与所描述的顺序不同的顺序来执行。
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