信号处理设备、信号处理方法及其程序.pdf

本发明提供了信号处理设备、信号处理方法及其程序。一种信号处理设备包括低音信号提取器、谐波生成器、电平检测器和调节控制器。低音信号提取器首先从输入音频信号中提取低音信号。由调节控制器提升低音信号电平直到电平检测器检测到处于设定电平的低音信号电平为止，实现了听起来自然的低音增强。对于高于设定电平的输入低音信号电平，利用由谐波生成器从低音信号生成的谐波信号虚拟地增强了低音。结果，提升方法和虚拟信号增强方法的缺点被相互补偿，并且获得了低音增强的增效优点。

1.  一种信号处理设备，包括：
低音信号提取器，该低音信号提取器从输入音频信号中提取低频带信号；
谐波生成器，该谐波生成器从由所述低音信号提取器提取的所述低频带信号生成谐波信号；
电平检测器，该电平检测器检测由所述低音信号提取器提取的所述低频带信号的电平；以及
调节控制器，该调节控制器控制对由所述低音信号提取器提取的所述低频带信号的电平和由所述谐波生成器生成的所述谐波信号的电平两者的调节，该调节是根据由所述电平检测器检测到的所述低频带信号的电平来进行的。

2.  如权利要求1所述的信号处理设备，还包括：
加法器，该加法器将被所述调节控制器进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入音频信号相加；以及
第一滤波器，该第一滤波器将设定的信号特性应用到由所述加法器将所述低频带信号、所述谐波信号和所述音频信号加在一起而产生的组合信号分量。

3.  如权利要求1所述的信号处理设备，其中所述调节控制器控制对所述低频带信号的电平的调节，使得所述低频带信号的输出电平被抑制到固定电平，这种调节是当由所述电平检测器检测到的所述低频带信号的电平变得大于预定阈值时进行的。

4.  如权利要求1所述的信号处理设备，其中所述调节控制器控制对所述谐波信号的电平的调节，使得
当由所述电平检测器检测到的所述低频带信号的电平等于或小于预定的阈值时，所述谐波信号不被输出，并且
当所述低频带信号的电平变得大于所述预定的阈值时，所述谐波信号的输出电平变得与检测到的所述低频带信号的电平成比例。

5.  如权利要求1所述的信号处理设备，其中所述调节控制器
控制对所述低频带信号的电平的调节，使得所述低频带信号的输出电平被抑制到固定电平，这种调节是当由所述电平检测器检测到的所述低频带信号的电平变得大于第一阈值时进行的，并且
控制对所述谐波信号的电平的调节，使得
当由所述电平检测器检测到的所述低频带信号的电平等于或小于第二阈值时，所述谐波信号不被输出，并且
当所述低频带信号的电平变得大于所述第二阈值时，所述谐波信号的输出电平变得与检测到的所述低频带信号的电平成比例。

6.  如权利要求2所述的信号处理设备，其中所述第一滤波器应用作为基于所述信号处理设备的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆的信号特性。

7.  如权利要求6所述的信号处理设备，其中所述逆特性是基于通过使所述扬声器输出低频带已被预先提升的参考信号而测量的扬声器特性来计算的，所述低频带对应于被所述低音信号提取器提取的频率的范围。

8.  如权利要求1所述的信号处理设备，还包括：
第二滤波器，该第二滤波器在所述谐波信号被所述调节控制器进行电平调节之前，向所述谐波信号应用所需的信号特性。

9.  如权利要求8所述的信号处理设备，还包括：
加法器，该加法器将被所述调节控制器进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入信号相加；
其中，所述第二滤波器向所述谐波信号应用作为基于所述信号处理设备的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆的信号特性。

10.  如权利要求8所述的信号处理设备，还包括：
加法器，该加法器将被所述调节控制器进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入音频信号相加；
第一滤波器，该第一滤波器将信号特性应用到由所述加法器将所述低频带信号、所述谐波信号和所述输入音频信号加在一起而产生的组合信号分量，所述信号特性是基于来自所述信号处理设备的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆；以及
均衡处理器，该均衡处理器进行均衡处理，以便将作为目标特性的所需信号特性应用到由所述加法器将所述低频带信号、所述谐波信号和所述输入音频信号加在一起而产生的组合信号分量；
其中所述第二滤波器向所述谐波信号应用作为所述均衡处理器的目标特性的逆的信号特性。

11.  一种信号处理方法，包括以下步骤：
从输入音频信号中提取低频带信号；
从在提取步骤中提取的所述低频带信号生成谐波信号；
检测在提取步骤中提取的所述低频带信号的电平；以及
控制对在提取步骤中提取的所述低频带信号的电平和在生成步骤中生成的所述谐波信号的电平两者的调节，该调节是根据在检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平来进行的。

12.  如权利要求11所述的信号处理方法，还包括以下步骤：
将在调节控制步骤中被进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入音频信号相加；以及
进行第一滤波，以便将设定的信号特性应用到由在相加步骤中将所述低频带信号、所述谐波信号和所述音频信号加在一起而产生的组合信号分量。

13.  如权利要求11所述的信号处理方法，其中，在调节控制步骤中，对所述低频带信号的电平的调节被控制，使得所述低频带信号的输出电平被抑制到固定电平，这种调节是当在检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平变得大于预定阈值时进行的。

14.  如权利要求11所述的信号处理方法，其中，在调节控制步骤中，对所述谐波信号的电平的调节被控制，使得
当在检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平等于或小于预定的阈值时，所述谐波信号不被输出，并且
当所述低频带信号的电平变得大于所述预定的阈值时，所述谐波信号的输出电平变得与检测到的所述低频带信号的电平成比例。

15.  如权利要求11所述的信号处理方法，其中，在调节控制步骤中
对所述低频带信号的电平的调节被控制，使得所述低频带信号的输出电平被抑制到固定电平，这种调节是当在检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平变得大于第一阈值时进行的，并且
对所述谐波信号的电平的调节被控制，使得
当在检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平等于或小于第二阈值时，所述谐波信号不被输出，并且
当所述低频带信号的电平变得大于所述第二阈值时，所述谐波信号的输出电平变得与检测到的所述低频带信号的电平成比例。

16.  如权利要求12所述的信号处理方法，其中，在第一滤波步骤中，作为基于所述信号处理方法的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆的信号特性被应用。

17.  如权利要求16所述的信号处理方法，其中所述逆特性是基于通过使所述扬声器输出低频带已被预先提升的参考信号而测量的扬声器特性来计算的，所述低频带对应于在提取步骤中提取的频率的范围。

18.  如权利要求11所述的信号处理方法，还包括以下步骤：
进行第二滤波，以便在所述谐波信号在调节控制步骤中被进行电平调节之前，向所述谐波信号应用所需的信号特性。

19.  如权利要求18所述的信号处理方法，还包括以下步骤：
将在调节控制步骤中被进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入信号相加；
其中，在第二滤波步骤中，作为基于所述信号处理方法的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆的信号特性被应用到所述谐波信号。

20.  如权利要求18所述的信号处理方法，还包括以下步骤：
将在调节控制步骤中被进行了电平调节的所述低频带信号和所述谐波信号与所述输入音频信号相加；
进行第一滤波，以便将信号特性应用到由在相加步骤中将所述低频带信号、所述谐波信号和所述输入音频信号加在一起而产生的组合信号分量，所述信号特性是基于来自所述信号处理方法的输出信号来进行声音再现的扬声器的特性的逆；以及
进行均衡处理，以便将作为目标特性的所需信号特性应用到由在相加步骤中将所述低频带信号、所述谐波信号和所述输入音频信号加在一起而产生的组合信号分量；
其中，在第二滤波步骤中，作为均衡处理步骤的目标特性的逆的信号特性被应用到所述谐波信号。

21.  一种使得信号处理设备执行以下步骤的程序：
从输入音频信号中提取低频带信号；
从在所述提取步骤中提取的所述低频带信号生成谐波信号；
检测在所述提取步骤中提取的所述低频带信号的电平；以及
控制对在所述提取步骤中提取的所述低频带信号的电平和在所述生成步骤中生成的所述谐波信号的电平两者的调节，该调节是根据在所述检测步骤中检测到的所述低频带信号的电平来进行的。

信号处理设备、信号处理方法及其程序
技术领域
本发明涉及对输入音频信号进行处理的信号处理设备，以及用于该信号处理设备的方法和程序。
背景技术
当基于音频信号利用扬声器进行声音再现时，已知例如在使用小扬声器的声音再现中，由于扬声器的物理体积所施加的限制，无法实现丰富的低音(bass)再现。
图25A和25B示出了大扬声器和小扬声器的频率特性(即，频率-幅度特性)之间的比较。在图25A所示的大扬声器的情况下，不会看见图的较低频率范围(50Hz)处的幅度下降，而在图25B所示的小扬声器的情况下，可以看见幅度在低于200Hz的频率处下降。
用于改善利用小扬声器的低音分量的再现声音的各种方法已经被提出有一段时间了。这些方法中的其中一个涉及到提升低音分量。通常，即使在小扬声器的情况下，在重放中也不会完全没有低音分量信号。因此，与大扬声器相比，可以以衰减的音量获得再现的声音，如图25B所示。从而，通过提高增益以提升(boost)低音分量，可以获得扩展到低音区域的再现声音。
此外，已知另一种技术，其中低音信号的谐波(harmonic waves)被添加。更具体而言，提取音频信号的低音分量，并对其执行生成谐波地处理(例如，利用全波整流)。这样，生成了低音分量的谐波信号。然后，谐波信号被添加到音频信号。通过进行这样的处理，谐波的存在使得听者感知到低音信号存在，即使低音信号实际上并未被再现。这种现象通常被称为“基频缺失(missing fundamental)”。
日本未经实审专利申请公布(PCT申请的译文)No.H11-509712公开了与以上相关的背景技术。
发明内容
通过采用如上所述的技术，即使在小型扬声器系统的情况下，也可以提高低音音调的丰富度和深度。但是，当采用以上之中的提升低音信号的技术时，非线性失真成了问题。更具体而言，当输入到扬声器中的信号电平超过所设定的容限值时，低音丰满度就不能再被进一步提高。另外，这种输入值导致声音质量的降低。只要输入电平保持在扬声器的容限区域内，就可以实现具有良好声音质量的更高的低音丰满度。
同时，利用添加谐波的另一技术，基于低音分量生成的谐波分量成为了用来使低音感觉起来更丰满的手段。因此，可以避免在提升低音区域时与低音重放相关联的非线性失真问题。但是，由于在此技术中是利用根本上是虚拟信号的东西来使低音感觉起来更丰满的，因此与低音提升技术相比，声音质量较差。
考虑到诸如上述问题而设计出的本发明被配置为如下这样的信号处理设备。
具体而言，该信号处理设备包括以下组件。低音信号提取器从输入音频信号中提取低频带信号。谐波生成器从由低音信号提取器提取的低频带信号生成谐波信号。电平检测器检测由低音信号提取器提取的低频带信号的电平。另外，调节控制器控制对由低音信号提取器提取的低频带信号的电平和由谐波生成器生成的谐波信号的电平两者的调节，该调节是根据由电平检测器检测到的低频带信号的电平来进行的。
从以上配置可以得出，在本发明的设备中，采用了一种技术，该技术将提升低音信号的提升方法以及尝试通过应用低音信号的谐波信号来增强低音的虚拟信号增强方法两者组合起来。另外，该设备被配置为进行调节控制，该调节控制根据检测到的低音信号的电平对低音信号电平(即提升量)以及谐波信号电平两者进行调节。
如前所述，与虚拟信号增强方法相比，提升方法能够以听起来更自然的声音质量来增强低音。但是，由于非线性失真的问题，当输入信号电平超过设定值时低音增强变得困难，并且另外，在这种情况下声音质量的降低也成了问题。与之相比，虚拟信号增强方法能够避免与这种低音再现相关联的非线性失真的问题。但是，由于低音增强是利用根本上是虚拟信号的东西来进行的，所以当与提升方法相比较时，就再现的声音的自然度而言，输出较为低劣。
由于本发明，进行了调节控制以调节低音提升量以及谐波信号电平两者。更具体而言，由于本发明，例如，通过提高提升量直到输入低音信号电平达到预定电平为止，进行了听起来自然的低音增强。当电平超过预定电平的低音信号被输入时，低音被继续利用虚拟信号方法来增强。
换言之，由于本发明，可以进行其中提升方法和虚拟信号增强方法的缺点被相互补偿的低音增强，从而允许了获得增效的优点。
附图说明
图1是图示出具有根据本发明第一实施例的信号处理设备的电视机的内部配置的框图；
图2是示意性地图示出设置在图1所示的电视机中的DSP所实现的各种处理功能的框图；
图3图示出用于生成低频带信号的示例性LPF特性；
图4图示出用于实现LPF处理的数字滤波器的示例性配置；
图5图示出用于生成谐波信号的数字计算单元的示例性配置；
图6是谐波的概念图示；
图7A和7B示出了低频带信号(即低音信号)和谐波信号的示例性增益调节控制特性；
图8A和8B是用于说明扬声器特性的逆特性的示图；
图9示出了用于实现应用作为扬声器特性的逆的特性的滤波处理的数字滤波器的示例性配置；
图10A和10B示出了正常扬声器特性和低音提升特性的示例；
图11示出了在低音提升状态中获得的示例性扬声器特性；
图12示出了根据本发明实施例的示例性逆特性；
图13A和13B是用于说明扬声器特性对使用谐波信号的低音增强所施加的影响的示图；
图14是图示出具有根据第二实施例的信号处理设备的电子设备的内部配置的框图；
图15是图示出为了实现根据本发明实施例的音频信号处理操作而进行的处理操作的流程图；
图16是主要图示出设置在根据第三实施例的电视机中的DSP所实现的处理功能的框图；
图17示出了根据第三实施例应用到谐波信号的示例性特性；
图18示出了在其已被应用了图17所示特性的情况下的示例性扬声器特性；
图19是主要图示出设置在根据第四实施例的电视机中的DSP所实现的处理功能的框图；
图20A和20B示出了被配置用于根据第四实施例进行的均衡处理的目标特性及其逆特性的一个示例；
图21A和21B示出了被配置用于根据第四实施例进行的均衡处理的目标特性及其逆特性的另一示例；
图22A和22B是用于说明关于用来生成谐波信号的技术的修改的示图；
图23是图示出第三实施例的修改的配置的说明图；
图24是图示出第四实施例的修改的配置的说明图；以及
图25A和25B是对比大扬声器和小扬声器的声音再现特性的示图。
具体实施方式
下面，将描述本发明的优选实施例。
第一实施例
图1是图示出电视机1的内部配置的框图，该电视机1充当根据本发明第一实施例的信号处理设备。
电视机1接收数字电视广播，并且根据接收到的信号来进行图像显示和音频重放。首先，来自数字电视广播的广播信号被利用天线(图中未示出)接收，然后从图中所示的端子Tin被输入到电视机1中。
来自天线的接收信号随后经由端子Tin被输入到调谐器2中。调谐器2被配置为接收已通过信道选择操作或类似手段来指定的载波(即接收机频率信号)。调谐器2随后执行例如维特比解码和差错校正处理，从而获得TS(传输流)。
正如所公知的，TS是由例如数字陆地广播或数字卫星广播的数字广播标准来定义的。TS被包含多个节目(即电视节目)的视频信号和音频信号的压缩数据和各种附加信息所复用。压缩数据是根据MPEG-2(运动图片专家组第2层)标准来压缩的。
包含上述视频信号和音频信号的压缩数据被复用为ES(基本流)。广播者所插入的附加信息可包括SI(服务信息)或PSI(节目特定信息)，其存储着诸如PAT(节目关联表格)或PMT(节目映射表格)之类的表格。每个信息集合的复用是通过用188字节传输流分组(TS分组)形成TS来实现的，其中上述ES和各种附加信息的集合被存储在这些TS分组中。
由于与将各种附加信息复用到上述TS中相关的处理是公知的，因此这里将省略对其的进一步描述。现在将描述与对压缩的视频信号和音频信号的处理相关配置。
如上所述由调谐器2获得的TS被提供到广播信号处理器3。广播信号处理器3随后对TS进行解扰和解复用。随后对通过解复用获得的压缩MPEG数据进行解码，从而获得视频信号(即数字视频信号；在图中表示为“视频”)和音频信号(即数字音频信号；在图中表示为“音频”)形式的广播内容。由广播信号处理器3获得的数字视频信号随后被提供到视频信号处理器4，同时类似获得的数字音频信号被提供到DSP(数字信号处理器)7。
利用上述数字视频信号，视频信号处理器4进行各种视频信号处理例程并且检测例如水平和垂直同步信号，从而生成对显示器6进行驱动所需的信号。驱动器5基于来自显示器6的输出信号对显示器6进行控制。
如果显示器6被认为例如是LCD(液晶显示器)，则显示器6除包括LCD面板外还包括背光。在这种情况下，驱动器5既进行LCD面板的显示控制也进行背光的亮度控制。
DSP 7具有存储器8。通过基于存储在存储器8中的音频处理程序8a来进行数字信号处理，对上述数字音频信号执行了音频信号处理。由DSP7实现的音频信号处理将在下文描述。
经由DSP 7获得的数字音频信号随后被DAC(数模转换器)转换成模拟音频信号，被放大器10放大，并最终被提供到扬声器11。扬声器11随后基于由放大器10放大的音频信号来再现声音。
图2是示意性地图示出图1所示的DSP所实现的各种处理功能的框图。图2还示出了图1所示的DAC 9。
如图2所示，DSP 7被编程，以进行实现低音增强处理器7a和扬声器补偿滤波处理器7b的功能操作的数字信号处理。
首先，将更详细描述低音增强处理器7a的功能。如图2所示，低音增强处理器7a可被细分为LPF(低通滤波器)处理器15、加法器16、增益调节处理器17、电平检测处理器18、谐波生成器19、增益调节控制处理器20、增益调节处理器21和加法器22。
为了以下描述方便起见，将通过把DSP 7的每个功能处理块当作硬件组件来描述DSP 7的操作。但是，应当认识到，这些功能处理块的操作是由于DSP 7基于音频处理程序8a利用硬件资源执行数字信号处理来实现的。
首先，从图1所示的广播信号处理器3输出的数字音频信号(以下简称为音频信号)被分割并被提供到LPF处理器15和加法器16两者。
LPF处理器15进行滤波处理以从输入的音频信号中提取出低频带信号。图3图示出由LPF处理器15进行的滤波处理的滤波特性，水平轴是频率(Hz)，垂直轴是增益(dB)。从图中可以得出，在LPF处理器15进行了处理，以便只提取输入音频信号的低于所设定频率的频带。更具体而言，从最低频率起直到某个设定频率为止应用固定增益，在该点之后，使增益降低。这样，音频信号的低频带信号(以下简称为低音信号或低音分量)被提取出。
在本实施例的情况下，LPF处理器15中的截止频率(即以上所述的设定频率)是在考虑到扬声器11的低频响应的情况下配置的。例如，设定频率可被配置为频带的上限频率，对于该上限频率，扬声器11的音频重放信号的电平相对于输入音频信号被可识别地衰减。
图4图示出用于实现如图3所示的滤波特性的数字滤波器的配置。如图4所示，图3所示的滤波特性可利用IIR(无限冲击响应)滤波器来实现的。
在LPF处理器15中，产生如图3所示的特性的滤波处理是通过进行能够执行由这种IIR滤波器的配置所表达的功能的数字滤波处理来实现的。
返回图2，已由LPF处理器15从音频信号中提取出的低频带信号随后分别被提供到增益调节处理器17、电平检测处理器18和谐波生成器19。
电平检测处理器18检测由LPF处理器15获得的低音信号的信号电平的绝对值。此外，谐波生成器19从由LPF处理器15获得的低音信号生成谐波信号。
图5图示出用于实现谐波生成器19的数字计算单元的示例性配置.
基本上，为了生成n次谐波信号，信号被输入到计算单元中n次。在图中所示的示例中，示出了用于生成2次和3次谐波的配置。更具体而言，计算单元具有被配置为将输入信号(在此情况下是上述低音信号)相乘两次的乘法器19a，以及被配置为将输入信号相乘三次的乘法器19b。还设置了用于对乘法器19a的输出电平进行调节的增益调节器19c，以及用于对乘法器19b的输出电平进行调节的增益调节器19d。另外，计算单元被配置为使得经由增益调节器19c输出的2次谐波信号和经由增益调节器19d输出的3次谐波信号在被输出之前在加法器19e处被相加在一起。
图6图示出谐波的概念表示。图6以示例方式示出了生成达到5次谐波的波。在此情况下的谐波是作为其基础的频率信号f1(即源信号)的谐波，其中频率信号f2、f3、f4和f5被从中生成，并且所生成的频率信号分别是源信号f1的两倍、三倍、四倍和五倍。
返回图2，由谐波生成器19生成的谐波信号随后被提供到增益调节处理器21。经过增益调节处理器21的谐波信号随后被提供到加法器22，如图2所示。在加法器22处，谐波信号被与早前所述的经由增益调节处理器17获得的低音信号相加。
另外，以这种方式在加法器22处通过将经过增益调节的低音信号和经过增益调节的谐波信号相加在一起而获得的信号(以下称之为第一组合信号)随后被提供到早前描述的加法器16。在加法器16处，第一组合信号被与输入音频信号相加。
加法器16所进行的加法操作的结果被认为是第二组合信号，该第二组合信号随后被提供到上文描述的扬声器补偿滤波处理器7b。在经过扬声器补偿滤波处理器7b之后，第二组合信号随后被提供到图1所示的DAC9，作为DSP 7的输出信号。
从以上描述可以得出，本实施例的音频信号处理包括提升低音信号的子过程(即从LPF处理器15到增益调节处理器17的过程)以及基于低音信号生成并输出谐波信号的子过程(即从谐波生成器19到增益调节处理器21的过程)。
另外，本实施例被配置成根据检测到的低音信号的电平来控制低音信号电平和谐波信号电平。更具体而言，本实施例包括电平检测处理器18和增益调节控制处理器20。
在图2中，增益调节控制处理器20对增益调节处理器17和增益调节处理器21应用到各自的输入信号的增益进行控制，该增益控制是基于电平检测处理器18检测到的低音信号的电平检测结果来进行的。
在这种情况下，增益调节控制处理器20对增益调节处理器17中的增益进行控制，使得低音信号被提升，直到检测到的低音信号电平达到某个阈值为止。此外，增益控制使得当检测到的低音信号电平超过该阈值时，低音信号提升不被执行，取而代之，低音信号的输出电平被固定，而不论输入电平(即检测到的电平)如何。
同时，对于谐波信号，增益调节控制处理器20对增益调节处理器21中的增益进行控制，使得在检测到的低音信号电平达到某个阈值之前没有信号被输入(即增益被设定为0)。当检测到的低音信号电平超过阈值时，电平与输入电平成比例的信号被输出。
图7A和7B是用于描述增益调节控制处理器20进行的增益调节控制的示例的示图。图7A图示出低音信号的输入/输出电平特性的示例，而图7B图示出谐波信号的输入/输出电平特性的示例。图中所示的“输入电平”指的是由电平检测处理器18检测到的低音信号电平。“输出电平”在图7A的情况下指的是经由增益调节处理器17输出的低音信号的电平，在图7B的情况下指的是经由增益调节处理器21输出的谐波信号的电平。
在图7A和7B，对角的划线都指示出线性特性，其中输入电平和输出电平以1:1的比率存在。换言之，该线表示增益值1。
因此，对于图7A中的低音信号，可以看出增益控制被配置成应用大于1的增益值，直到达到某个阈值th-r为止。当输入电平达到阈值th-r时(即当输入电平等于阈值th-r时)，增益值变为1。
另外，在此情况下，持续到输入电平达到阈值th-r为止的时间间隔的具体增益特性是增益随输入电平降低而变大。换言之，可以看出增益被配置成随着输入电平增大而减小。
另外，在输入电平达到阈值th-r后(即当输入电平满足大于阈值th-r的条件时)，输出电平被配置为固定电平。换言之，增益被控制成随着输入电平增大而减小，从而将输出电平保持在固定电平。
同时，对于谐波信号，增益被配置成使得在输入电平达到某个阈值th1之前没有信号被输出(即，输出电平等于0)，如图7B所示。
当输入电平超过阈值th1时，增益被控制，使得输出电平与输入电平的升高成比例地升高，只要输入电平在大于阈值th1并小于阈值th2的范围内，增益控制就被执行。更具体而言，在此情况下，增益被控制，使得在输入电平从阈值th1升高到阈值th2时，输出电平的斜率固定。另外，在此情况下，阈值th1和th2被配置成与图7A中描述的阈值th-r存在关系，其中(th1<th-r<th2)，并且当输入电平达到阈值th-r时增益变得等于1。换言之，进行增益控制，使得一旦低音信号的输出电平由于提升子过程而变得固定，谐波信号的输出电平就由于增益值大于1而逐渐升高。
此外，如图7B所示，当输入电平变得大于阈值th2时，增益被控制，使得输出电平变得固定，而不考虑输入电平的进一步升高。
从而，在上述的本示例中，低音信号被提升，直到输入电平达到预定电平为止，同时响应于输入电平在预定电平之上的进一步升高，低音信号的输出电平被抑制到固定电平。这样，只在扬声器11不表现出非线性失真的区域中提升低音信号。
从以上可以得出，当达到阈值th-r时低音信号的具体输出电平应当被配置成使得输出电平至少被抑制到扬声器11不会表现出非线性失真的电平。在这里，输出电平被配置为处于扬声器11不会表现出非线性失真的区域的上边界处的电平。这样，最大限度地提升了低音信号，同时输出电平存在于不发生非线性失真的区域中。
此外，由于上述配置，一旦低音信号的输出电平达到边界电平，低音增强的主要手段就变成使用谐波信号的输出的虚拟低音增强。
由于根据前述实施例配置的信号处理设备，通过增大提升的量直到输入低音信号的电平达到设定电平为止，从而进行了听起来自然的低音增强。当处于大于设定电平的电平的低音信号被输入时，由于使用虚拟信号的低音增强，低音继续被增强。换言之，由于本实施例，可以进行其中提升方法和虚拟信号增强方法的缺点被相互补偿的低音增强，从而允许获得增效的优点。
此外，在本实施例中，用来开始谐波信号输出的阈值th1被配置为小于阈值th-r的值。这样，使得谐波信号的输出电平在低音信号的输入电平仍低于下述电平时就逐渐升高：在所述电平上，低音信号的输出电平被控制为固定电平。换言之，提供了低音提升和谐波信号输出交迭的区域。
使谐波信号输出与低音提升相交迭是出于以下原因。为了避免非线性失真，低音信号提升的量随着低音信号的输入电平逼近阈值th-r而被逐渐减小。使谐波信号输出与低音提升相交叠补偿了提升量的这种减小。换言之，通过在提升量随着输入电平逼近阈值th-r而被减小的部分处使谐波信号输出与低音提升相交叠，有效地补偿了该部分处低音增强的不足度。
但是，如果不进行关于这一点的特殊考虑，那么通过将阈值th1设定为等于阈值th-r，也可以使谐波信号输出不与低音提升相交叠。
此外，在低音信号的输入电平大于阈值th2的区域中，谐波信号的输出电平被配置为固定电平。以这种方式配置谐波信号的输出电平，以防止谐波信号超过设定电平，谐波信号超过设定电平可能导致声音质量的降低。
在本示例的情况下，谐波信号的这个设定电平被配置为接近声音质量不降低的区域的上边界的电平。如果谐波信号电平以这种方式接近边界电平，那么即使谐波信号电平相对低于其他频带的信号电平，也可以充分实现低音增强的主观感受。换言之，几乎不担心低音频率的缺乏会被感知到。
现在这里的描述将返回对图2的论述。
DSP 7进行数字信号处理，以实现上述低音增强处理器7a的功能，同时还进行数字信号处理，以实现扬声器补偿滤波处理器7b的功能。
扬声器补偿滤波处理器7b取得由于加法器16进行的加法操作而获得的第二组合信号，并且进行向第二组合信号应用信号特性的滤波处理，所应用的信号特性对应于扬声器11的特性(即扬声器特性)的逆特性。
现在将参考图8A和8B描述扬声器特性的逆特性的应用以及这样获得的优点。
首先，当通常利用扬声器从音频信号再现声音时，扬声器拥有独特的特性，例如频率特性和时间响应特性。因此，即使给定相同的输入音频信号，也会输出对于每个扬声器听起来不同的再现声音。这个事实是对具有优良音乐属性的各种有不同细微差别的扬声器的存在做出贡献的因素之一。
另一方面，已知这样的方法，其中通过消除扬声器的个体细微差别来改善来自扬声器的再现声音。换言之，对于输入到给定扬声器中的给定音频信号，预先计算为扬声器特性的逆的特性被应用到音频信号的分量。这样，可以使个体的扬声器特性正规化，并进行均一的声音再现。
图8A示出了为特定扬声器测量的冲击响应和频率特性。图8B示出了作为扬声器的特性的逆的冲击响应(即，时间响应特性)和频率特性，该逆特性是基于图8A所示的测得结果来生成的。在每幅图中，冲击响应在左侧示出，而频率特性在右侧示出。
这里的扬声器的特性的逆特性是指以下特性。如果图8A所示的测得特性(即，冲击响应和频率特性)被认为是传输函数H(s)，则逆特性成为被表达为1/H(s)的传输函数。从而，作为根据以上方式计算的逆特性(即逆函数)的集合的传输函数1/H(s)被应用到输入到扬声器中的音频信号的分量。
通过应用这样的逆特性，所得到的由扬声器再现的声音具有平坦的频率特性，并且其线性相位特性(即冲击响应)只表现出很小的波动。
图2中的扬声器补偿滤波处理器7b应用与像以上那样的逆特性相对应的信号特性。换言之，扬声器补偿滤波处理器7b被配置为具有与传输函数(1/H(s))相对应的信号特性，该传输函数表达扬声器11的扬声器特性(即频率特性和冲击响应的函数H(s))的逆。扬声器11的扬声器特性是基于从诸如TSP(时间展宽脉冲)信号之类的参考信号重放的声音来预先测量的。该扬声器特性被应用到由于加法器16进行的加法操作而获得的第二组合信号。
图9图示出用于实现用来应用与上述逆特性相对应的信号特性的滤波处理的数字滤波器的示例性配置。如图9所示，FIR(有限冲击响应)滤波器被用作用来应用作为扬声器11的扬声器特性的逆的信号特性的数字滤波器，该信号特性被应用在相对较宽的频谱上。换言之，扬声器补偿滤波处理器7b是通过对输入信号进行实现像以上那样的FIR滤波器的功能的数字滤波处理来实现的，其中应用了与上述逆特性相对应的信号特性。
在这里的本实施例的情况下，扬声器补偿滤波处理器7b不会按原样应用扬声器11的测得特性的逆。而是，作为适应早前所述的低音信号提升的技术，扬声器11的测得特性的逆被应用，但其中其低音分量已经被预先提升。
现在将参考图10A和10B至图12描述这一点。
图10A示出了正常扬声器特性。更具体而言，图10A示出了在音频信号(参考信号)被扬声器11正常重放时(即，使扬声器11在不执行任何特殊的信号处理(例如提升参考信号)的情况下再现声音)测量到的扬声器11的特性(即表达频率-幅度特性的传输函数H)。
如前所述，为了对频率特性进行简单的正规化，只需要向参考信号的分量应用图10A所示的传输函数H的逆。但是，在本实施例中，扬声器11的特性是通过以下方式来测量的：首先预先向参考信号应用像图10B所示那样的频率-幅度特性，然后使得扬声器11在低音信号处于被提升状态中的情况下再现声音。
图11示出了在低音提升状态中测量到的扬声器11的频率-幅度特性(这里被认为是Hb)。在这种情况下，可以看出提升低音产生了这样的特性，其中低音分量被升高到了比传输函数H(由图中的虚线指示)所表达的扬声器11的正常特性更高。
然后，如图11所示的表达具有升高的低音分量的特性的传输函数Hb被用于计算其逆特性。图12示出了表达计算出的图11所示的频率-幅度特性的逆的传输函数1/Hb的示例。如图12所示，传输函数1/Hb表达了具有下述低音分量的逆特性：所述低音分量的增益与由1/H表达的正常逆特性(即在进行正常声音再现而不提升低音的情况下的逆特性；由图中的虚线指示)相比已被降低。
例如，在这里只将频率-幅度特性认为是扬声器11的特性，并且省略了对时间响应特性的描述。但是，在线性相位滤波器的情况下当然也可测量时间响应特性。在这种情况下，使用了表达测得的时间响应特性以及测得的频率-幅度特性两者的传输函数Hb(s)，并且作为其逆函数计算了传输函数1/Hb(s)。在本实施例中，假定使用线性相位滤波器，因此利用像以上那样的传输函数1/Hb(s)来计算扬声器11的逆特性。
这样，扬声器补偿滤波处理器7b被配置为具有计算出的表达扬声器11的逆特性的传输函数1/Hb(s)。另外，由于实现图9所示的FIR滤波器的功能的数字信号处理，表达逆特性的传输函数1/Hb(s)被应用到第二组合信号。
从图12所示的比较可以看出，与本示例的逆特性1/Hb(由图中的实线指示)相比，通过在没有低音提升的情况下进行正常测量而计算出的扬声器11的逆特性1/H(由图中的虚线指示)具有增益被升高到相对较大的程度的低音分量。如果通过向音频信号的分量应用正常逆特性1/H来尝试对频率特性进行正规化，那么就需要具有相应较长的抽头长度的FIR滤波器，这导致了DSP 7的硬件资源增加，或者导致处理负担增大。
考虑到这一事实，使得本示例中用于正规化的低音信号的提升主要是由实际声音再现期间LPF处理器15和增益调节处理器17进行的低音信号提升子过程来处理的。如前所述，由扬声器补偿滤波处理器7b应用的特性被配置为预先测量的扬声器特性的逆，该扬声器特性表达了被利用估计的提升量来提升的低音信号。换言之，由于像以上那样的配置，可以减小FIR滤波器(即扬声器补偿滤波处理器7b)上的伴随着为正规化而进行的低音增强的处理负担。
这样，与应用正常逆特性1/H的情况相比，可以显著减小充当扬声器补偿滤波处理器7b的FIR滤波器的抽头长度。从而，对应用到低音频率的增益的简化使得FIR滤波器的抽头长度可以被减小。假如需要向用于实现LPF处理器15的IIR滤波器分配相对较少的硬件资源，则可以看出因此可以大大减少DSP 7的必要硬件资源。
这样，使得用于正规化的低音提升主要由LPF处理器15和增益调节处理器17进行的低音信号提升子过程来处理，同时扬声器补偿滤波处理器7b所应用的特性被配置为预先计算的、表达已通过估计的提升量来提升的低音信号的逆特性。由于此配置，可以大大减少DSP 7的硬件资源，并减小其上的处理负担。
应当认识到，在测量图11所示的特性Hb时，要被提升的音频信号的频带被配置成是与LPF处理器15所提取的频带相同的频带。此外，此情况下的提升量(即，增益)被配置成使得低音信号的输出电平达到与扬声器11不表现出非线性失真的区域的上边界电平相等的电平，如图7A所示。换言之，将测量期间的提升量配置为像以上那样使得扬声器11的特性能够在低音信号已经由于增益调节控制处理器20所进行的增益控制而被最大限度地提升时被测量。另外，此情况下的逆特性1/Hb充当其中低音信号电平由于增益调节控制处理器20进行的增益控制而被最大限度地提升的状态的参考特性，从而成为用于对频率特性进行正规化的特性。
如果测量期间的低音提升频带和低音提升量被如上所述地配置，那么只要低音信号的输入电平是除了早前所述的阈值th-r之外的值，低音信号特性在实际声音再现期间就不被严格地正规化。但是，当原始的输入信号电平相对较低时，正规化的效果是难以在主观上感知到的。因此，即使对于低于阈值th-r的输入信号电平不进行严格的正规化，对低音频率缺乏的感知也不会造成问题。
此外，在本示例中，如上所述，当输入信号电平变得大于阈值th-r时，低音增强主要是由谐波信号实现的。因此，即使对于高于阈值th-r的输入信号电平，低音信号特性不会被严格地正规化(更具体而言，相对于其他中频和高频信号电平，低音信号电平不被降低)，低音频率的缺乏也不会被主观感知到。
换言之，由于上述配置，从主观收听的角度来看，获得了几乎与进行严格正规化的情况相同的优点，同时也允许了这样一种配置，其中DSP 7的与正规化相关的硬件资源和处理负担得到了减少。
在本示例中，逆扬声器特性的应用使得能够进行频率特性的正规化和相位响应的线性化。另外，这种频率特性的正规化和相位响应的线性化不仅产生了具有几乎平坦的特性的声音再现以及来自扬声器11的特性的影响减小的优点，而且还稳定地实现了使用谐波信号的低音增强。
图13A和13B示出了扬声器A和扬声器B的不同频率特性。
从以上描述可以得出，谐波信号是作为由来自由LPF处理器15所提取的低音信号的频率的整数倍组成的信号而生成的。在图13A和13B两者中，100Hz信号的二次谐波(200Hz)和三次谐波(300Hz)的位置由箭头指示。但是，从图13A和13B的比较可以看出，在具有不同特性的扬声器之间，同一谐波信号的重放电平是不同的。换言之，由于扬声器特性不同，因此在所感知到的产生自谐波信号的低音分量的丰富度和深度方面发生变化。
此外，在分别考查扬声器A和扬声器B时，可以看出对二次谐波和三次谐波相对于彼此的重放电平也赋予了差别。在图中所示的示例中，对于扬声器A和扬声器B两者，二次谐波和三次谐波之间的信号电平的差别都约为5 dB。这些差别对实际感知到的低音分量中的声音质量降低做出了贡献。
另外，类似的重放电平差别不仅发生在基于同一频率信号的二次和三次谐波之间，而且发生在基于不同频率的信号的谐波之间。例如，将基于100Hz信号的二次谐波(200Hz)与基于60Hz信号的二次谐波(120Hz)相比较，将会得出相对于两个波的重放电平的差别。结果，主观上也感知到作为60Hz和100Hz之间的相对差别的电平。
因此，作为添加谐波的结果感知到的低音分量的丰富度和质量依赖于扬声器的特性。
另外，虽然从以上描述中省略了，但是利用扬声器实际重放的谐波的相位关系由于所使用的扬声器相对于这些谐波的频率响应而变化。换言之，感知到的低音分量的丰富度和质量也依赖于扬声器的相位特性。
为了应对这种问题，本实施例允许了在中频到高频进行频率特性的正规化和相位响应的线性化。换言之，可以对包含基于低音信号生成的谐波信号的频带进行频率特性的正规化和相位响应的线性化。
结果，防止了由于像上述那样的扬声器特性的影响而引起的低音的丰富度和质量降低，并且稳定地实现了使用虚拟信号的低音增强。
如果只关心稳定使用虚拟信号的主观低音增强，则可将频率特性的正规化和相位响应的线性化仅限于包含谐波信号的那些频带。换言之，如果例如像本实施例中那样生成具有最高达三次谐波的谐波的谐波信号，则频率特性的正规化和相位响应的线性化只需要在区域[f0<f<(f0×3)]内进行，其中f0是低音信号的上界频率(即扬声器11能够进行充分的声音再现的频带的下界频率)。更具体而言，在1/Hb(s)所给出的逆特性的整个范围中，扬声器补偿滤波处理器7b只需要被配置以由[f0<f<(f0×3)]表达的频带的特性，这些特性随后被应用到输入信号。
由于这种配置，实现了在通过虚拟信号进行的低音增强中不表现出变化的良好的低音重放，同时还保持中频至高频处的原始扬声器特性不被修改。
第二实施例
现在将描述第二实施例
图14是用于说明根据本发明第二实施例的信号处理设备的配置的示图。在第二实施例中，与以上描述的第一实施例的音频信号处理相关的操作由CPU(中央处理单元)的处理操作来实现。
图14图示出了具有由这种CPU提供的信号处理设备的电子设备的内部配置。该电子设备例如被假定为个人计算机。
如图14所示，首先，音频信号(数字音频信号)被从记录介质(在图中未示出)重放，并被提供到CPU 25。
CPU 25具有存储器26，CPU 25还能够从其读取数据并向其写入数据。存储器26被CPU 25用作工作区域，同时还存储诸如CPU 25进行各种处理期间所需的参数之类的信息。在本实施例的特定情况下，存储器26存储使得CPU 25执行与下文将描述的图15所示的实施例相等同的音频信号处理的音频处理程序26a。
在经过CPU 25进行的音频信号处理后，音频信号随后被提供到DAC9并被转换成模拟信号。然后，转换后的音频信号在放大器10处被放大，并随后被提供到扬声器11，从而驱动扬声器11。
图15的流程图示出了在音频信号被输入到CPU 25中时进行的处理操作。
应当认识到，在此情况下，CPU 25将输入信号视为一系列预定的帧单元。换言之，处理音频信号的每个处理步骤S101至S107是针对音频信号中的所有帧进行的。
首先，输入音频信号在步骤S101中经历LPF处理。换言之，输入音频信号经历了使用与早前描述的LPF处理器15的滤波特性相类似的滤波特性的滤波处理。结果，提取出低音信号。
在随后的步骤S102中，生成谐波信号。换言之，从作为步骤S101中的处理的结果而提取的低音信号生成谐波信号，谐波信号生成是利用例如与早前参考图5所描述的技术类似的技术来进行的。
在随后的步骤S103中，检测低音信号电平。在随后的步骤S104中，基于电平检测结果对低音信号和谐波信号两者的电平进行调节。换言之，基于早前参考图7A和7B所描述的输入/输出电平特性来调节低音信号电平和谐波信号电平。
在随后的步骤S105中，将经过电平调节的低音信号和谐波信号相加在一起，从而生成第一组合信号。在随后的步骤S106中，将第一组合信号与输入音频信号相加，从而成第二组合信号。
在随后的步骤S107中，逆特性被应用到第二组合信号。更具体而言，第二组合信号经历经由早前描述的FIR滤波器进行的数字滤波处理，从而由1/Hb(s)给出的逆特性被应用到它。然后结果被输出到DAC 9。
在随后的步骤S108中，判定过程是否应当被终止。例如，判定是否发生了预先配置的用于终止处理的触发。触发例如可以是发出用于终止音频信号的重放的命令的操作性输入。如果在步骤S108中获得否定结果，则表明处理不应当被终止，则过程返回到步骤S101。如果获得表明处理应当被结束的肯定结果，则图15所示的处理操作被终止。
第三实施例
图16是用于说明根据本发明第三实施例的电视机的配置的示图。根据第三实施例的电视机的配置与根据第一实施例的电视机1的配置相同，不同之处仅在于DSP 7所进行的处理不同。因此，图16主要只图示出在此情况下由DSP 7实现的功能处理块(在此情况下DSP 7外部的DAC 9也被示出)。
另外，应当认识到，在根据第三实施例的电视机中，存储在存储器8中的音频处理程序8a的内容已被修改，使得用于实现图16所示的每个处理功能的数字信号处理被DSP 7执行。
由于已经参考图2描述了图17所示的一些功能处理块，因此将相同的标号用于这些部分，并且出于简洁起见将省略对其的进一步描述。
如图16所示，除了根据第一实施例的DSP 7的功能处理块之外，根据第三实施例的DSP 7还包括部署在谐波生成器19和增益调节处理器21之间的谐波补偿处理器30以及部署在加法器16和音频信号的通向LPF处理器15的分割结点之间的HPF(高通滤波器)处理器31。另外，省略了设置在根据第一实施例的DSP 7中的扬声器补偿滤波处理器7b。
HPF处理器31被配置为具有与LPF处理器15的截止频率相同的截止频率。这样，使得HPF处理器31提取输入音频信号的除低音信号的频带之外的所有频带。换言之，提取了扬声器11能够再现为声音的中到高频信号。
此外，谐波补偿处理器30使由谐波生成器19生成的谐波信号经历向其应用预定的信号特性的滤波处理。与在所有频带上进行频率特性的正规化和相位响应的线性化的前述实施例不同，谐波补偿处理器30不需要将这些信号特性应用到所有频带。而是，进行信号特性的应用，以便至少针对被添加了谐波的频带来正规化频率特性和线性化相位响应。
图17是用于说明谐波补偿处理器30中配置的特性的示图。
首先，针对频率特性的正规化和相位响应的线性化的特性的配置是与参考图8A和8B所述的配置类似地进行的。更具体而言，测量由扬声器11重放的声音的冲击响应和频率特性，然后计算其逆特性。但是，由于在此情况下特性最终被应用到添加了谐波的频带，因此在测量时不需要如图10A和10B所示那样提升低音频率。
因此，谐波补偿处理器30被配置为仅具有计算出的逆特性中的至少一部分频带的特性。
图17示出了计算出的逆特性中的仅一部分频带的提取出的特性。在图17所示的示例中，提取出了包含75Hz信号的二次至十三次谐波(即150Hz至1kHz频带)的频带的特性。由于在本实施例中生成的谐波信号仅包含最高达三次谐波的谐波，因此谐波补偿处理器30仅需要被配置以由[f0<f<(f0×3)]给出的频带的逆特性，其中f0是低音信号的上界频率。
这样，通过以逆特性中的仅一部分频带的特性来配置谐波补偿处理器30，如图18所示，对此情况下的扬声器11的特性进行了补偿，其中只有那些与谐波信号生成相关的扬声器特性被补偿。换言之，只有被应用了逆特性的频带被正规化。
应当认识到，此情况下的补偿只是针对由谐波生成器19生成的谐波信号进行的。因此，在此情况下，由LPF处理器15提取的低音信号和由HPF处理器31提取的中到高频信号被按原样输出，而不会因应用到这些信号的扬声器11的特性而被补偿。换言之，在此情况下，使用逆特性的补偿只对从音频信号生成的单独的谐波信号工作。输入音频信号从而被输出，其中扬声器11的特性被应用到其所有频带，包括被添加了谐波信号的频带。
由于根据第三实施例的上述配置，联合实现了以下优点：稳定地实现了通过添加谐波信号而进行的低音增强，而不会有来自扬声器特性的影响，并且利用扬声器特性进行了声音再现。
应当认识到，根据第三实施例的音频信号处理也可由与第二实施例相类似的CPU的处理操作来实现。在这种情况下，CPU所进行的处理操作类似于参考图15描述的根据第二实施例的一系列处理操作，但有以下改变。在步骤S102中生成谐波信号之后，但在步骤S104的处理之前，添加了与谐波补偿处理器30所进行的处理相等同的处理。此外，在步骤S104中，进行处理，以在如上所述向其应用特性的情况下调节低音信号和谐波信号的电平。另外，在步骤S106的处理之前，输入音频信号经历了与HPF处理器31的处理相等同的处理，而在步骤S106中，进行处理以将利用HPF处理滤波的音频信号与第一组合信号相加。当然，在此情况下不进行步骤S107的处理。
另外，应当认识到，虽然以上将第三实施例描述为包括HPF处理，但不使用HPF处理也可获得类似的优点。
第四实施例
图19是用于说明根据第四实施例的信号处理设备的配置的示图。根据第四实施例的电视机的配置也与根据第一实施例的电视机1的配置类似，不同之处仅在于DSP 7进行的处理不同。因此，图19主要图示出在此情况下DSP 7实现的功能处理块(DAC 9也被示出)。
此外，由于已经参考图2和16描述了图19所示的一些功能处理块，因此将相同的标号用于这些部分，并且出于简洁起见将省略对其的进一步描述。
根据第四实施例的DSP 7包括根据第三实施例的DSP 7的功能处理块，并且还包括在第一实施例中描述的扬声器补偿滤波处理器7b以及EQ处理器7c。另外，取代图16所示的谐波补偿处理器30，设置了EQ补偿处理器32。
类似于上述实施例，扬声器补偿滤波处理器7b将在第一实施例中描述的逆特性1/Hb(s)应用到从加法器16获得的第二组合信号。
此外，在扬声器补偿滤波处理器7b向第二组合信号应用特性之后，EQ处理器7c使第二组合信号经历向其应用所需的EQ目标特性的滤波处理。在经历由EQ处理器7c进行的这种滤波处理之后，第二组合信号被提供到DAC 9。
通过提供扬声器补偿滤波处理器7b和EQ处理器7c，输出了这样的音频信号：其分量(除了谐波信号之外)已经由于以类似于第一实施例的方式补偿扬声器11的特性而在频率上被正规化并且在相位响应上被线性化，并且其中还利用所需的EQ特性对音频信号进行了处理。
因此，第四实施例提出了用于适应EQ处理的技术。换言之，第四实施例防止了在利用谐波信号实现的感知到的低音增强中的稳定性丧失，这种丧失是由EQ处理引起的。
例如，考虑EQ处理器7c被配置以如图20A所示的为谐波频带升高增益的目标特性的情况。在这种情况下，即使扬声器补偿滤波处理器7b应用了用于对从加法器16获得的第二组合信号的频率特性进行正规化并对其相位响应进行线性化的逆特性，第二组合信号的谐波频带的特性仍会由于EQ处理器7c进行的后续处理而变得非正规化。换言之，在利用谐波信号实现的感知到的低音增强中将发生稳定性丧失，该丧失是由如上所述的变得非正规化的谐波频带的特性引起的。
因此，在第四实施例中设置了EQ补偿处理器32。EQ补偿处理器32向由谐波生成器19生成的谐波信号应用信号特性，该信号特性是在EQ处理器7c中配置的目标特性的逆。换言之，在图20A所示的目标特性被配置的情况下，例如，像图20B所示那样的信号特性被应用到谐波信号。
这样，通过向谐波信号应用作为EQ处理器7c的目标特性的逆的特性，防止了由EQ处理器7c的均衡引起的对使用谐波信号的低音增强的稳定性的负面影响。结果，即使在EQ处理器7c进行均衡时，也稳定地实现了使用谐波信号的低音增强。
这里在EQ处理器7c中配置的目标特性并不限于图20A中以示例方式示出的仅对某些频带升高增益的特性。目标特性也可被配置为模仿另一扬声器的特性，如图21A所示。例如，如果图21A所示的目标特性被配置，则在EQ补偿处理器32中配置的特性变得就像图21B所示的那样。
在EQ处理器7c中配置的目标特性可以是固定的或可变的。如果是可变的，则在EQ处理器7c中配置的目标特性例如可以根据用户操作而被修改。在这种情况下，目标特性的修改可通过类似于图形均衡器那样使能对所设定的频带进行增益的每频带修改来实现。或者，可从作为预设提供的多个特性中选择目标特性。
由于第四实施例，将任意的均衡器添加到了音频信号处理系统，并且此外，不论均衡器的类型如何，都稳定地实现了使用谐波信号的低音增强。
应当认识到，根据第四实施例的音频信号处理也可由与第二实施例相类似的CPU的处理操作来实现。在这种情况下，CPU所进行的处理操作类似于参考图15描述的根据第二实施例的一系列处理操作，但有以下改变。在步骤S102中生成谐波信号之后，但在步骤S104的处理之前，添加了与EQ补偿处理器32所进行的处理相等同的处理。此外，在步骤S104中，进行处理，以在如上所述向其应用特性的情况下调节低音信号和谐波信号的电平。另外，在步骤S106的处理之前，输入音频信号经历了与HPF处理器31的处理相等同的处理，而在步骤S106中，进行处理以将利用HPF处理滤波的音频信号与第一组合信号相加。此外，在步骤S107和S108之间添加了与EQ处理器7c的处理相等同的处理。
另外，应当认识到，可以从第四实施例中省略HPF处理。
此外，在第四实施例中，可以颠倒扬声器补偿滤波处理器7b和EQ处理器7c的布局。换言之，可以颠倒进行在从加法器16获得的第二组合信号的分量中应用用于正规化频率和线性化相位响应的特性的处理和EQ处理的顺序。
修改
虽然上文中已经描述了本发明的实施例，但是本发明并不限于上文中描述的具体示例。
例如，在以上描述中出于简单起见，以示例方式将以上实施例中的音频信号处理描述为对单个声道的音频信号进行。但是，例如，在利用L声道和R声道进行立体声重放的情况下，或者在进行诸如5.1声道重放之类的多声道重放的情况下，可以将实施例配置为对每声道音频信号进行上述的音频信号处理。
此外，除了通过基于图5所示的配置的计算之外，也可以利用其他技术来生成谐波信号。例如，可以使用利用全波整流方法的技术，其中通过取输入信号的绝对值来生成谐波信号，如通过图22A和22B中的比较所示。
此外，虽然以上描述了通过使用DSP或CPU的数字处理来实现本发明的音频信号处理功能的示例，但是本发明可被配置为利用模拟电路来实现每个处理功能。
此外，虽然以上描述了本发明被应用到电视机的示例，但本发明也可被适当地应用到很多种电子设备中，在这些电子设备中，预期了使用小型扬声器的声音再现，从而对低音信号的满意再现是很困难的。例如，本发明可被适当地应用到具有小型扬声器的有源扬声器设备，或者应用到便携式视频游戏设备。
此外，虽然脱离了本发明的范围，但在第三和第四实施例中以示例方式具体描述的音频信号处理系统也可被配置为仅利用谐波信号来增强低音，而不通过提升低音信号来进行增强。在这种情况下DSP的功能处理块的示例性配置分别在图23和24中示出。在此情况下，从图16和19的配置中去除了低音信号电平调节控制子过程(即利用增益调节处理器17和增益调节控制处理器20对低音信号执行的增益控制功能)和加法器22。从而，DSP被配置成使得来自LPF处理器15的输出仅被提供到电平检测处理器18和谐波生成器19，并且来自增益调节处理器21的输出被加法器16添加到音频信号。
当DSP被配置为如上所述仅利用谐波信号来增强低音时，低音信号输出变得不必要。因此，HPF处理器31的HPF处理可在信号已被加法器16组合之后进行，如图23和24所示。
另外，在此情况下，增益调节控制处理器20的增益控制特性被修改，使得即使在低音信号的输入电平(即检测到的电平)相对较低时，也实现了利用谐波信号的感知到的低音增强。换言之，增益控制特性在此情况下被修改，使得像图7B所示那样有一部分不被输出，其中当低音信号的输入电平较低时谐波信号不被输出。
应当认识到，即使在此情况下，所需的信号特性也可被独立地仅仅应用到谐波信号的分量，而不影响输入音频信号的分量，这可以通过至少在与输入音频信号组合之前将所需的信号特性应用到谐波信号来实现。这样，如在第三和第四实施例中所述，通过将逆特性仅仅应用到谐波信号以便对频率进行正规化(以及对相位响应进行线性化)，独立地稳定了利用谐波信号的低音增强。另外，可以实现利用原始扬声器特性的声音再现，或者可以使用任意的均衡器，同时还通过向谐波信号分量应用作为EQ处理器的目标特性的逆的特性来稳定利用谐波信号的低音增强。
另外，图23和24中的配置不需要被配置为根据低音信号电平来严格调节谐波信号电平。换言之，利用缺少电平检测处理器18、增益调节控制处理器20和增益调节处理器21的配置，仍获得类似的优点。但是，通过提供如图23和24所示的可配置来调节谐波信号电平的这种装置，可以使谐波信号的输出电平的特性成为相对于输入低音信号电平的任意非线性特性。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围之内。
本发明包含与2007年8月23日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-216983相关的主题，这里通过引用将该申请的全部内容并入。