專利名稱：用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的音頻系統(tǒng)、方法，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及音頻信號(hào)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的音頻系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種音頻系統(tǒng)，特別是音頻警報(bào)系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生音頻信號(hào)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在基本頻率(base frequency)處的成分的模塊，以及用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在基本頻率之外的另外頻率(other frequencies)處的額外成分(further component)的模塊,其中使用分隔頻帶(separating frequency bands)將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分離，以便增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度(loudness)。本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的方法，計(jì)算機(jī)程序以及音頻信號(hào)。
背景技術(shù)：
聲音報(bào)警(alarm sounds)在公共建筑物中是不可缺少的,例如用于安全目的。聲音報(bào)警具有向周圍人群通知危險(xiǎn)狀況的功能。而且，聲音報(bào)警應(yīng)該在存在背景噪聲的情況下能夠在整個(gè)建筑物中聽(tīng)到，并且由此應(yīng)該滿足多種規(guī)定。聲音報(bào)警經(jīng)常由公共喊話系統(tǒng)(public address system)來(lái)提供,該公共喊話系統(tǒng)被調(diào)節(jié)為滿足上述規(guī)定。公共喊話系統(tǒng)的制造商主要關(guān)注于滿足規(guī)定，并且為公共喊話系統(tǒng)所警告的人群提供安全性。但是在考慮到這種公共喊話系統(tǒng)的制造成本的情況下，制造商還關(guān)注于將系統(tǒng)的組件控制為低成本。特別是，放大器是影響成本的組件，其中，成本隨著放大器的最大輸出功率的增加而增加。因此，在本領(lǐng)域中，希望提供這樣的聲音報(bào)警，其一方面符合規(guī)定，并且另一方面不需要放大器的過(guò)大的最大輸出功率。同樣的理由適用于揚(yáng)聲器的所需功率處理能力。具有較低的最大功率處理能力的揚(yáng)聲器比高功率揚(yáng)聲器便宜，并且如果需要更少的RMS功率來(lái)產(chǎn)生符合規(guī)定的聲音報(bào)警，則系統(tǒng)成本會(huì)降低。此外，這種公共喊話系統(tǒng)經(jīng)常需要基于電池的備用電源。很多標(biāo)準(zhǔn)要求緊急報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該能夠在使用其備用電源的情況下連續(xù)地產(chǎn)生至少30分鐘的警報(bào)聲。因此，備用電池造成了系統(tǒng)成本的一大部分。用于相同響度的聲音報(bào)警的較低放大器輸出功率降低了備份電池的尺寸和成本。依據(jù)心理聲學(xué)，已知的是，為了增加信號(hào)的響度，信號(hào)成分應(yīng)該在不交疊的關(guān)鍵頻帶中盡可能地分布在整個(gè)可聽(tīng)頻譜上。這個(gè)與警報(bào)聲(alarm tone)相關(guān)的科學(xué)知識(shí)已經(jīng)在一些專利中在一定程度上得到應(yīng)用，例如US3504364或US 7089176，其代表了最接近的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求I的特征的音頻系統(tǒng)，具有權(quán)利要求10的特征的用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的方法，具有權(quán)利要求11的特征的計(jì)算機(jī)程序，具有權(quán)利要求12的特征的音頻信號(hào)。從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)及其附圖
公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
因此，本發(fā)明涉及音頻系統(tǒng)，其優(yōu)選地適于和/或可操作用于產(chǎn)生音頻信號(hào)，特別是警報(bào)音頻信號(hào)。所述音頻信號(hào)或其主要部分位于可聽(tīng)頻譜內(nèi)，例如在200Hz至SkHz之間。所述音頻信號(hào)優(yōu)選地體現(xiàn)為人工聲音(artificial tone)、例如,汽笛聲或恒定聲。研究所述音頻信號(hào)的頻率分布，所述音頻信號(hào)包括所述音頻信號(hào)的具有基本頻率的成分。優(yōu)選地，該成分?jǐn)y帶了所述音頻信號(hào)的信息內(nèi)容。如稍后解釋的，該成分可以是固定頻率的信號(hào)或掃頻(frequency sweep),從而使得所述基本頻率是與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)f(t)。所述基本頻率可以是所述音頻信號(hào)中的最低頻率，或者可以被隨意設(shè)置或由用戶定義，例如在頻率分布的中間。所述音頻系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處的成分的模塊，以及用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊。為了增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度，以這樣的方式將這些成分彼此分離使得它們位于用分隔頻帶彼此分隔開(kāi)的、分開(kāi)的所謂關(guān)鍵頻帶中。所述分隔頻帶可以被實(shí)現(xiàn)為硬成塊頻帶(hardblocking bands),在其他實(shí)施例中，所述音頻信號(hào)在所述分隔頻帶中的幅度非常小,例如 與所述音頻信號(hào)在基本頻率處的幅度相比非常小。根據(jù)本發(fā)明，建議的是，所述音頻系統(tǒng)包括用于定義和/或控制所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處和在所述另外頻率處的成分的相位關(guān)系的模塊。本發(fā)明的一個(gè)發(fā)現(xiàn)在于，所述相位關(guān)系是一個(gè)不影響RMS (均方根)的參數(shù)集。當(dāng)信號(hào)的頻率成分位于不同的關(guān)鍵頻帶中時(shí)，所述音頻信號(hào)的響度同樣不受影響。因此，相位關(guān)系的改變不會(huì)影響所述音頻信號(hào)的技術(shù)特征或可聽(tīng)特征。但是，改變所述相位關(guān)系允許改變所謂的波峰系數(shù)(Crest factor),因此所述音頻信號(hào)可以適應(yīng)放大器的特性，使得例如對(duì)于相同的電源電壓而言可以增加放大器的最大輸出電平?？商鎿Q地，可以優(yōu)化波峰系數(shù)以便在放大器的最大效率上使用放大器。特別是，工作在MB類、G類和H類上的放大器的效率是非常依賴于信號(hào)電平的。以下，給出了關(guān)于術(shù)語(yǔ)RMS、波峰系數(shù)等等的一些定義。應(yīng)該注意到，這些定義僅是用于理解本發(fā)明的一般性概念的提示，并且優(yōu)選地并不應(yīng)限制這些術(shù)語(yǔ)的范圍。作為幅度為a0，頻率為f0的單正弦信號(hào)的簡(jiǎn)單基本信號(hào)s0 (t)給出如下s0 (t) = a0sin (2 n f0t)該單正弦信號(hào)的均方根(RMS)給出如下= =鼻
I2—個(gè)復(fù)合聲音信號(hào)(tone complex)包括多個(gè)正弦信號(hào)作為成分,其中所述成分是頻率f0的N個(gè)諧波，該復(fù)合聲音信號(hào)的RMS值給出如下
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v * *.....' 7 § 2 2 2 2n 22波峰系數(shù)是音頻信號(hào)的系數(shù)，其被定義為音頻信號(hào)的峰值與音頻信號(hào)的均方根(RMS)值之比。對(duì)于周期為T的連續(xù)時(shí)域信號(hào)s (t)，波峰系數(shù)給出如下
權(quán)利要求
1.音頻系統(tǒng)(1)，特別是音頻警報(bào)系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生音頻信號(hào)，包括 用于產(chǎn)生(2)所述音頻信號(hào)的在基本頻率處的成分的模塊， 用于產(chǎn)生(3)所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊，其中使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開(kāi)，以便增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度， 其特征在于， 用于定義和/或控制(4)所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關(guān)系的模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的音頻系統(tǒng)(1)，其特征在于，選擇所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的所述相位關(guān)系，以減小和/或最小化所述音頻信號(hào)的波峰系數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的音頻系統(tǒng)(I)，其特征在于，所減小的波峰系數(shù)小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的80%，特別是小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的60%，且特別是小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的40%，其中所述參考音頻信號(hào)的全部成分都具有相等的相位。
4.如上述任一權(quán)利要求所述的音頻系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述另外頻率是所述基本頻率的諧波，或者是從所述諧波中選出。
5.如上述任一權(quán)利要求所述的音頻系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述分隔頻帶是通過(guò)以下方式來(lái)確定的計(jì)算在所述基本頻率處和所述另外頻率處的聽(tīng)覺(jué)濾波器，其中所述聽(tīng)覺(jué)濾波器為每個(gè)頻率指定帶寬，將每個(gè)頻率調(diào)諧至一頻帶，其中所述頻率帶寬被設(shè)置為不交疊。
6.如權(quán)利要求5所述的音頻系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述聽(tīng)覺(jué)濾波器被實(shí)現(xiàn)為等效矩形帶寬(ERB)濾波器。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的音頻系統(tǒng)(1)，其特征在于，所有頻率都被設(shè)置在可聽(tīng)頻譜內(nèi)，優(yōu)選地在8kHz以下。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的音頻系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述基本頻率的值是與時(shí)間相關(guān)的。
9.如權(quán)利要求8所述的音頻系統(tǒng)(I)，其特征在于，與時(shí)間相關(guān)的所述基本頻率的最高頻率值定義了用于所述音頻信號(hào)的所述額外成分的諧波數(shù)量的最大量。
10.用于產(chǎn)生音頻信號(hào)，特別是音頻警報(bào)信號(hào)的方法， 其中，在基本頻率處產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的成分， 其中，在所述基本頻率之外的另外頻率處產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的額外成分，其中，使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開(kāi)，以便增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度， 其特征在于， 選擇所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關(guān)系，以便在將所述音頻信號(hào)的RMS值保持在恒定水平的同時(shí)降低所述音頻信號(hào)的波峰系數(shù)。
11.包含程序代碼模塊的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)和/或如權(quán)利要求.1-9中任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)(I)上執(zhí)行時(shí)，所述程序代碼模塊能夠執(zhí)行權(quán)利要求10所述的方法。
12.音頻信號(hào)，特別是音頻警報(bào)信號(hào)，例如體現(xiàn)在存儲(chǔ)器模塊上，所述音頻信號(hào)包括 所述音頻信號(hào)的在基本頻率處的成分，所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率之外的另外頻率處的額外成分，其中，使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分隔開(kāi)，以便增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度， 其特征在于， 以規(guī)則和/或人工模式來(lái)設(shè)置所述音頻信號(hào)的在所述基本頻率處和所述另外頻率處的成分的相位關(guān)系和/或者 波峰系數(shù)小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的80%，特別是小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的60%，且特別是小于參考音頻信號(hào)的波峰系數(shù)的40%，其中，所述參考音頻信號(hào)的全部成分具有相等的相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的音頻系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及音頻系統(tǒng)，特別是音頻警報(bào)系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生音頻信號(hào)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在基本頻率處的成分的模塊，以及用于產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的在基本頻率之外的另外頻率處的額外成分的模塊，其中使用分隔頻帶將所述基本頻率和所述另外頻率彼此分離，以便增強(qiáng)所述音頻信號(hào)的響度。本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生音頻信號(hào)的方法，計(jì)算機(jī)程序以及音頻信號(hào)。
文檔編號(hào)H03G5/00GK102656626SQ200980162957
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者R·杜伊斯特斯, S·范拉爾特 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司