(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオをエンハンスさせる装置において、
左ステレオ信号および右ステレオ信号を受け取る手段と、
前記左ステレオ信号の少なくとも一部分を前記右ステレオの信号の少なくとも一部分と合成し、合成された信号を生成させるように構成されている第１の合成器と、
前記合成された信号のミッドバス周波数を選択するように構成されている第１の信号プロセッサと、
利得を前記ミッドバス周波数に少なくとも適用することによって前記ミッドバス周波数をエンハンスして、修正された信号を生成させるように構成されている第２の信号プロセッサと、
前記修正された信号を前記左ステレオ信号と合成し、修正された左出力信号を生成させるように構成されている第２の合成器と、
前記修正された信号を前記右ステレオ信号と合成し、修正された右出力信号を生成させるように構成されている第３の合成器とを具備し、
前記左ステレオ信号および前記右ステレオ信号のそれぞれは、オーディオ情報を含み、
前記合成された信号は、１組のミッドバス周波数を含み、
前記利得は、前記ミッドバス周波数の時間ドメインエンベロープから少なくとも部分的に導出され、
前記修正された左出力信号および前記修正された右出力信号は、ミッドバス周波数よりも低い周波数よりも、より正確に、ミッドバス周波数と、より高い周波数とを再生可能である左ラウドスピーカおよび右ラウドスピーカを駆動させるように構成されている装置。
【請求項２】
前記第２の信号プロセッサは、自動利得制御をさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の信号プロセッサは、複数のフィルタをさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記第１の信号プロセッサは、複数のバンドパスフィルタをさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記第２の信号プロセッサは、アタック時定数の値に少なくとも部分的に依存するレートで前記利得を増加させるようにさらに構成されている請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記第２の信号プロセッサは、減衰時定数の値に少なくとも部分的に依存するレートで前記利得を減少させるようにさらに構成されている請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記アタック時定数は、前記減衰時定数よりも、より長い請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記アタック時定数は、約５ないし５０ミリ秒である請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記第２の信号プロセッサは、エキスパンダをさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の信号プロセッサは、圧縮器をさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記圧縮器は、エキスパンダをさらに備える請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記圧縮器は、合成器をさらに備え、
前記合成器は、前記エキスパンダの出力と前記エキスパンダの入力とを合成し、圧縮された信号を生成させるように構成されている請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の信号プロセッサは、圧縮器とエキスパンダとを備える請求項１記載の装置。
【請求項１４】
オーディオ信号における低音をエンハンスさせる方法において、
低周波数成分を含むオーディオ信号を提供する動作と、
前記オーディオ信号の前記低周波数成分をフィルタリングして、フィルタリングされた信号を生成させる動作と、
利得制御された増幅器を使用して前記フィルタリングされた信号を増幅させ、増幅された信号を生成させる動作と、
前記オーディオ信号と前記増幅された信号とを一緒に合成することによって、シミュレートされた低周波数信号を発生させる動作と、
再生のために、前記シミュレートされた低周波数信号をラウドスピーカに提供する動作とを含み、
前記利得制御された増幅器の利得は、前記低周波数成分の時間ドメインエンベロープから選択された値から少なくとも部分的に導出され、
前記ラウドスピーカは、ミッドレンジ周波数よりも低い周波数よりも、より正確に、ミッドレンジ周波数と、より高い周波数とを再生可能である方法。
【請求項１５】
前記フィルタリングする動作は、複数のバンドパスフィルタにおいて前記低周波数成分をフィルタリングすることを含み、
前記複数のバンドバスフィルタのそれぞれは、異なる中心周波数を含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記フィルタリングする動作は、前記バンドパスフィルタのそれぞれの出力を重み付けすることをさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記増幅させる動作は、前記フィルタリングされた信号のダイナミックレンジを圧縮することを含む請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記増幅させる動作は、前記フィルタリングされた信号のダイナミックレンジを拡張することをさらに含む請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的に、サウンド再生の臨場感を向上させるための、オーディオエンハンスメントシステムおよび方法に関する。さらに詳細に述べると、本発明は、ラウドスピーカのような、音響トランスデューサによって生成される音響エネルギーの知覚される低周波数成分をエンハンスさせるための、装置および方法に関する。
【０００２】
【背景】
オーディオおよびマルチメディア産業は、再生されるサウンドの不完全性を克服するために絶えず努力してきた。例えば、低音のような低周波数サウンドを適切に再生することは困難であることが多い。低周波数サウンドの出力を向上させるためのさまざまな従来のアプローチは、より広いコーン面積、より大きい磁気、より大きいハウジング、またはより大きいコーンエクスカーション能力を備えた、より高品質のスピーカの使用を含む。さらに、従来のシステムは、ラウドスピーカの音響インピーダンスを、ラウドスピーカを取り囲んでいるフリースペースの音響インピーダンスと整合させる空胴共振器およびホーンによって低周波数サウンドを再生するように試みてきた。
【０００３】
しかしながら、全てのシステムが、単に、より高価な、または、より高性能なスピーカを使用して、低周波数サウンドを再生できるとは限らない。例えば、コンパクトオーディオシステムおよびマルチメディアコンピュータシステムのような従来のサウンドシステムの中には、小型ラウドスピーカに依存しているものもある。さらに、コストを節約するために、多くのオーディオシステムは、精度の低いラウドスピーカを使用している。一般的に、このようなラウドスピーカは、低周波数サウンドを適切に生成する能力がなく、結果として、低周波数サウンドをより正確に再生するシステムほど、サウンドは、一般的に、力強いものでも楽しめるものでもない。
【０００４】
従来のエンハンスメントシステムの中には、ラウドスピーカに信号を入力する前に低周波数信号を増幅させることによって、低品質の低周波数サウンドの再生を補償するように試みたものもある。低周波数信号を増幅させると、より多くの量のエネルギーをラウドスピーカに伝え、そして、ラウドスピーカをより大きい力で駆動させる。しかしながら、低周波数信号を増幅させるこのような試みは、結果的に、ラウドスピーカをオーバードライブさせることになり得る。困ったことに、ラウドスピーカをオーバードライブさせることは、バックグラウンドノイズを増加させ、気を散らす歪みを生じさせ、ラウドスピーカを損傷させ得る。
【０００５】
さらに、他の従来のシステムは、低周波数の欠如を補償する試行において、望ましくないサウンドの特色を加えるような方法で、より高い周波数の再生をゆがませる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、低周波数サウンドの知覚をエンハンスさせる独特な装置および方法を提供する。一定の低周波数サウンドを再生しないラウドスピーカにおいて、本発明は、存在しない低周波数サウンドが存在しているという錯覚を生じさせる。したがって、リスナは、ラウドスピーカが実際に正確に再生できる周波数より低い低周波数を知覚する。この錯覚効果は、人間の聴覚器官がサウンドを処理する方法を独自のやり方で利用することによって実現される。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、リスナが音楽または他のサウンドをどのように精神的に知覚するかを利用している。サウンド再生のプロセスは、ラウドスピーカによって再生される音響エネルギーにとどまらず、リスナ耳、聴神経、脳、およびの思考処理を含む。ヒアリングは、耳および聴神経器官の反応から始まる。人間の耳は、音響の振動を受け取り、これらの振動を神経インパルスに変換し、そして最終的に、サウンドの「感覚」すなわち知覚に変換する精密な変換システムと考えられている。
【０００８】
人間の耳は、音響エネルギーに対する応答において非線形であることで知られている。ヒアリングメカニズムのこの非線形性は、実際のプログラム素材に存在しない付加的な上音および高調波の形態で、相互変調の歪みを生じさせる。これらの非線形効果は、特に、低周波数において顕著であり、これらの効果は、低周波数サウンドがどのように認識されるかについて顕著な効果がある。
【０００９】
都合のよいことに、本発明のいくつかの実施形態では、人間の耳が低周波数サウンドの上音および高調波を処理する方法を利用して、存在しない低周波数サウンドがラウドスピーカから放出されているという知覚を生じさせる。いくつかの実施形態では、より高い周波数帯域において周波数を選択的に処理して、低周波数信号の錯覚を生じさせる。他の実施形態では、一定のより高い周波数帯域が、複数のフィルタ機能によって修正される。
【００１０】
さらに、本発明のいくつかの実施形態は、音楽のような一般的なオーディオプログラム素材の低周波数のエンハンスメントを向上させるように設計されている。大部分の音楽は、高調波が豊かである。したがって、これらの実施形態は、人間の耳が低周波数サウンドを処理する方法を利用して、幅広いさまざまな音楽のタイプを修正することができる。都合のよいことに、既存のフォーマットの音楽を処理して、所望の効果を生じさせることができる。
【００１１】
この新しいアプローチは、多数の重要な効果を生む。リスナは、実際に存在しない低周波数サウンドを知覚するので、大型スピーカ、より大きいコーンエクスカーション、または追加されるホーンの必要性が減少する。したがって、１つの実施形態では、小型ラウドスピーカが、より大型のスピーカの低周波数サウンドをあたかも放出しているかのように見え得る。予測できるように、この実施形態は、大型ラウドスピーカには小さすぎるサウンド環境において、低音のような低周波数オーディオの知覚を生じさせる。大型ラウドスピーカも同様に、大型ラウドスピーカがエンハンスされた低周波数サウンドを生成しているという知覚を生じさせることによって利益を得る。
【００１２】
さらに、本発明の１つの実施形態によって、ハンドヘルドおよびポータブルサウンドシステムにおける小型ラウドスピーカは、低周波数サウンドの、より楽しめる知覚を生じさせることができる。したがって、リスナは、可搬性のために、低周波数サウンドの品質を犠牲にする必要はない。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、よりコストが低いスピーカが、低周波数サウンドの錯覚を生じさせる。多くの低コストのラウドスピーカは、低周波数サウンドを適切に再生できない。高価なスピーカハウジング、高性能のコンポーネント、および大型磁石によって低周波数サウンドを実際に再生するのではなく、１つの実施形態は、より高い周波数サウンドを使用して、低周波数サウンドの錯覚を生じさせる。その結果、よりコストが低いスピーカを使用して、より臨場感があって、力強いリスニング体験を生じさせることができる。
【００１４】
さらに、１つの実施形態では、低周波数サウンドの錯覚は、サウンドの臨場感を増加させる向上したリスニング体験を生じさせる。したがって、多くの低コストの先行技術のシステムに存在する濁りのある、または不安定な低周波数サウンドを再生するのではなく、本発明の１つの実施形態は、より正確に、かつクリアに知覚されるサウンドを再生する。このような低コストのオーディオおよびオーディオビジュアルデバイスは、一例として、ラジオ、モバイルオーディオシステム、コンピュータゲーム、ラウドスピーカ、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）プレーヤ、マルチメディア表示デバイス、コンピュータサウンドカード、およびこれに似するものを含むことができる。
【００１５】
１つの実施形態において、低周波数サウンドの錯覚を生じさせるのに必要なエネルギーは、低周波数サウンドを実際に再生するよりも少ない。したがって、低周波数サウンドを単に増幅またはブーストするシステムほど多くの貴重なエネルギーを消費せずに、バッテリまたは低電力環境で動作するシステムが、低周波数サウンドの錯覚を生じさせることができる。
【００１６】
本発明の他の実施形態は、特殊化された回路によって、より低い周波数信号の錯覚を生じさせる。これらの回路は、先行技術の低周波数増幅器よりも単純であるので、製造コストを減少させる。都合のよいことに、これらは、複雑な回路を付加する先行技術のサウンドエンハンスメントデバイスよりもコストが低い。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態は、開示した低周波数エンハンスメント技術を実現するマイクロプロセッサに依存している。いくつかのケースにおいて、既存のオーディオ処理コンポーネントは、本発明の１つ以上の実施形態の開示した独特な低周波数信号エンハンスメント技術を提供するために再プログラムすることができる。その結果、低周波数エンハンスメントを既存のシステムに付加するコストは、相当減少する。
【００１８】
１つの実施形態では、サウンドエンハンスメント装置は、ホストシステムから１つ以上の入力信号を受け取り、そして、１つ以上のエンハンスされた出力信号を発生させる。特に、２つの入力信号は、１対のスペクトル的にエンハンスされた出力信号を提供するように、すなわち、ラウドスピーカ上で再生されてリスナによって聞き取られたときに、拡張された低音の感覚を生じさせるように処理される。１つの実施形態は、低周波数オーディオ情報は、高周波数オーディオ情報とは異なる方法で修正される。
【００１９】
１つの実施形態では、サウンドエンハンスメント装置は、１つ以上の入力信号を受け取り、１つ以上のエンハンスされた出力信号を発生させる。特に、入力信号は、第１の周波数範囲および第２の周波数範囲を有する波形を含む。入力信号を処理して、エンハンスされた出力信号を提供し、スピーカ上で再生され、リスナによって聞き取られたときに、拡張された低音の感覚を生じさせる。さらに、実施形態は、第２の周波数範囲における情報とは異なる方法で、第１の周波数範囲における情報を修正することができる。いくつかの実施形態では、第１の周波数範囲は、所望のラウドスピーカが再生するには低すぎるバス周波数であってもよく、第２の周波数範囲は、ラウドスピーカが再生できるミッドバス周波数であってもよい。
【００２０】
１つの実施形態は、２つのチャネルに共通していないエネルギーとは異なる方法で、２つのステレオチャネルに共通するオーディオ情報を修正する。双方の入力信号に共通するオーディオ情報は、合成された信号と呼ばれる。１つの実施形態では、オーディオ情報がステレオ中に存在するという知覚を取り除かないで、高振幅の入力信号から生じるクリッピングを減少させるために、エンハンスメントシステムは、合成された信号における位相および周波数の振幅をスペクトル的に形成する。
【００２１】
以下でより詳細に説明するように、サウンドエンハンスメントシステムの１つの実施形態は、合成された信号を、さまざまなフィルタを用いてスペクトル的に形成し、エンハンスされた信号を生成させる。合成された信号内の選択された周波数帯域をエンハンスさせることによって、実施形態は、実際のラウドスピーカの帯域幅よりも広い、知覚されたラウドスピーカの帯域幅を提供する。
【００２２】
サウンドエンハンスメント装置の１つの実施形態は、２つのステレオチャネル用のフィードフォワード信号パスと、合成された信号パス用の４つの並列フィルタを含む。４つの並列フィルタのそれぞれは、３つの直列接続されたバイクアッドフィルタからなる６次のバンドパスフィルタを含む。これらの４つのフィルタに対する伝達関数は、特に、オーディオ信号の低周波数成分のさまざまな高調波の位相および／または振幅形状を提供するために選択される。この形状は、ラウドスピーカを通して再生されたときに、オーディオ信号の知覚された帯域幅を予想外に増加する。別の実施形態では、６次フィルタは、より低次のチェビシェフフィルタに置換される。
【００２３】
スペクトル形状は、合成された信号上で発生し、フィードフォワードパスにおいてステレオ情報と合成されるので、合成された信号における周波数は、双方のステレオチャネルに影響を及ぼすように変更され、一定の周波数範囲における信号の中には、１つのステレオチャネルから他のステレオチャネルと結合されるものもある。その結果、好ましい実施形態は、全体的に独特で、斬新で、予測されない方法で、エンハンスされたオーディオサウンドを生じさせることができる。
【００２４】
そしてまた、サウンドエンハンスメント装置は、１つ以上の後続の信号処理段に接続されてもよい。これらの後続する段階は、向上したサウンドステージまたは空間処理を提供してもよい。出力信号は、サウンドエンハンスメント装置の動作に影響を与えない、録音デバイス、電力増幅器、ラウドスピーカ、およびそれに似するもののような他のオーディオデバイスに向けられる。
【００２５】
さらに別の実施形態では、第１の組の周波数を有する入力信号から第２の組の周波数を発生させるように構成されている信号プロセッサによって、サウンドエンハンスメントは提供される。信号プロセッサは、ハードウェア、（例えば、デジタル信号プロセッサにおける）ソフトウェア、またはこの双方として実現されてもよい。第２の組の周波数は、第２の組の周波数が第１の組の周波数の高調波の少なくとも一部を含むという知覚を生じさせるために発生される。信号プロセッサは、単安定マルチバイブレータを駆動させるゼロ交差検出器を使用して、一連のパルスを提供する。パルスは、第１の組の周波数に対応している入力信号のゼロ交差によって生成される。信号プロセッサは、バンドパスフィルタの集まりに一連のパルスを伝えることによって第２の組の周波数を発生させる。
【００２６】
さらに別の実施形態では、サウンドエンハンスメントは、バンドパスフィルタの集まりによって入力信号を処理するように構成されている、信号プロセッサによって提供される。選択されたバンドパスフィルタの出力を合成し、合成された信号を生成させる。合成された信号は、自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器のようなエキスパンダに入力信号として提供される。ＡＧＣ増幅器は、増幅器の出力レベルを設定する制御入力を有する。制御入力は、合成された信号のエンベロープに応答して設定される。
【００２７】
さらに別の実施形態では、合成された信号は、エキスパンダではなく、ピーク圧縮器に提供される。ピーク圧縮器の出力は、エキスパンダの入力に提供される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、入力信号は合成され、合成された信号を生成し、合成された信号は、エンハンスされて、エンハンスされた合成信号を生成する。エンハンスされた合成信号は、元の入力信号のそれぞれと合成され、出力信号を生成する。他の実施形態では、入力信号は合成されず、別々に維持される。別々の入力信号は、それぞれ別々にエンハンスされ、エンハンスされた出力信号を生成する。同じ信号処理を用いて、合成された信号または別々の入力信号をエンハンスしてもよい。
【００２９】
本発明のこれらの、ならびに、他の観点、効果、および斬新な特徴は、以下の詳細な説明を読み、添付した図面を参照すると明らかになるであろう。
【００３０】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
本発明は、オーディオ信号をエンハンスさせるための方法およびシステムを提供する。サウンドエンハンスメントシステムは、独特のサウンドエンハンスメントプロセスによってサウンドの臨場感を向上させる。一般的に、サウンドエンハンスメントプロセスは、２つの入力信号、すなわち、左入力信号および右入力信号を受け取り、２つのエンハンスされた出力信号、すなわち、左出力信号および右出力信号を発生させる。
【００３１】
左および右入力信号を一括して処理し、１対の左および右出力信号を提供する。特に、エンハンスされたシステムの実施形態は、サウンドの知覚される帯域幅を広げて、エンハンスさせる方法で、２つの入力信号間に存在する差を等化する。さらに、多くの実施形態は、クリッピングを減少させるために、双方の入力信号に共通するサウンドのレベルを調整する。都合のよいことに、いくつかの実施形態は、デジタル信号処理を必要とせずに、簡素化され、低コストで製造し易いアナログ回路によって、サウンドエンハンスメントを実現する。
【００３２】
好ましいサウンドエンハンスメントシステムに関して、実施形態をここで説明したが、本発明は、これに限定されず、サウンドエンハンスメントシステムの異なる実施形態を異なる状況に適合させるのに望ましいさまざまな他の文脈で使用することができる。
【００３３】
サウンドエンハンスメントシステムの概要
図１は、サウンドエンハンスメントシステム１０４を含むサウンドエンハンスメントシステム１００のブロック図である。サウンドエンハンスメントシステム１００は、サウンド源１０２と、サウンドエンハンスメントシステム１０４と、オプション的な信号処理システム１０６と、オプション的な増幅器１０８と、ラウドスピーカ１１０と、リスナ１１２とを備えている。サウンド源１０２の出力は、サウンドエンハンスメントシステム１０４の入力に提供される。サウンドエンハンスメントシステム１０４の出力は、オプション的な信号処理システム１０６の入力に提供される。オプション的な信号処理システム１０６の出力は、増幅器システム１０８の入力に提供される。増幅器システム１０８の出力は、ラウドスピーカシステム１１０の入力に提供される。ラウドスピーカシステム１１０の音響出力は、ひとり以上のリスナ１１２に提供される。
【００３４】
信号源１０２は、一例として、ステレオ受信機、ラジオ、コンパクトディスクプレーヤ、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）、オーディオ増幅器、シアターシステム、テレビジョン、レーザディスクプレーヤ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）プレーヤ、録音および予め録音されたオーディオの再生用デバイス、マルチメディアデバイス、コンピュータゲーム、およびこれらに類するものを含むことができる。信号源１０２は、一般的に、１組のステレオ信号を発生させるが、ステレオ信号に限定されないことを理解すべきである。したがって、他の実施形態では、信号源１０２は、モノラルまたはマルチチャネル信号を発生させるオーディオシステムのような、幅広いさまざまなオーディオ信号を発生させることができる。
【００３５】
信号源１０２は、１つ以上の信号（例えば、左および右ステレオチャネル）をサウンドエンハンスメントシステム１０４に提供する。サウンドエンハンスメントシステム１０４は、左および右チャネルの修正によって、低周波数オーディオ情報をエンハンスさせる。マトリックススキームを使用して、４つ以上の別々のオーディオチャネルを２つのみのオーディオ録音トラック上に記憶させるドルビー研究所のプロロジックシステムのような他の実施形態では、左および右チャネルの入力信号は、ステレオ信号である必要はなく、幅広い範囲のオーディオ信号を含むことができる。オーディオ信号はまた、別々のフォワードおよびリアオーディオチャネルを完全に伝えることができるサラウンドサウンドシステムを含むことができる。１つのこのようなシステムは、「ＡＣ−３」と呼ばれる、ドルビー研究所の５チャネルデジタルシステムである。
【００３６】
１つの実施形態では、左および右チャネルの和を含むオーディオ情報は、合成された情報、または、合成された信号と呼ばれる。１つの実施形態は、１つのチャネルまたは他のチャネルにおける低周波数の高振幅信号から生じるクリッピングを減少させるために、合成された信号における周波数のスペクトル高調波を形成し、形成された合成信号の一部を左および右チャネルに戻して挿入する。
【００３７】
オプション的なオーディオ処理システム１０６は、例えば、デコーディング、エンコーディング、等化、サラウンドサウンド処理等を含む他のオーディオ処理を提供してもよい。増幅器システム１０８は、１つ以上のチャネルを増幅させ、増幅された信号をラウドスピーカシステム１１０に提供する。ラウドスピーカシステムは、１つ以上のラウドスピーカを含む。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態を効果的に使用して、１対の小型のデスクトップコンピュータラウドスピーカ２１０によって生成されるオーディオ性能を向上させる、一般的なマルチメディアコンピュータシステム２００を図示している。ラウドスピーカ２１０は、コンピュータユニット２０４内のプラグインカード２０６に接続されている。プラグインカード２０６は、一般的に、図５に示したサウンドカードのようなサウンドカードであっても、無線カード、テレビジョンチューナーカード、ＰＣＭＣＩＡカード、内部モデム、プラグインデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）カード等を含む、オーディオ出力を生成させる何らかのコンピュータインターフェースカードであってもよい。コンピュータユーザ２０２は、コンピュータ２０４を使用して、ラウドスピーカ２１０によって音響波に変換されるオーディオ信号をプラグインカード２０６に発生させるコンピュータプログラムを実行する。
【００３９】
マルチメディアコンピュータシステムによって使用されるラウドスピーカ２１０は、一般的に、小型で、かつ廉価であるように設計されている小型デスクトップユニットであるので、十分な音圧レベルを低周波数で生成させる能力を持たない。マルチメディアコンピュータに使用される一般的な小型ラウドスピーカシステムは、約２００Ｈｚでロールオフする音響出力応答を有するだろう。図３は、人間の耳の周波数応答にほぼ対応している曲線３０６を示している。図３はまた、高周波数を再生する高周波数ドライバ（ツイータ）と、ミッドレンジおよびバス周波数を再生する４インチのミッドバスドライバ（ウーファ）とを使用している、一般的な小型コンピュータラウドスピーカシステムの測定された応答３０８を示している。２つのドライバを使用するこのようなシステムは、ツーウェイシステムと呼ばれることが多い。２つより多いドライバを使用するラウドスピーカシステムは、技術的に知られており、本発明の実施形態とともに機能するであろう。単一のドライバを備えたラウドスピーカシステムもまた知られており、本発明とともに機能するだろう。応答３０８は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数を示しているＸ軸を有する長方形のグラフ上に示されている。この周波数帯域は、平均的なの人間の可聴範囲に対応している。図３中のＹ軸は、０ｄＢから５０ｄＢの正規化された振幅応答を示している。曲線３０８は、約２ｋＨｚから１０ｋＨｚのミッドレンジ周波数帯域において比較的に平坦であり、１０ｋＨｚより上の何らかのロールオフを示している。ラウドスピーカシステムが２００Ｈｚより下で、実に少ない音響出力しか生じさせないように、線３０８は、約２００Ｈｚと２ｋＨｚとの間のミッドバス帯域において始まる低周波数のロールオフを示している。
【００４０】
図３に示した周波数帯域の位置は、一例として用いたものであり、限定するために用いたものではない。ディープバス帯域、ミッドバス帯域、ミッドレンジ帯域の音響の実際の周波数範囲は、ラウドスピーカと、ラウドスピーカに使用されているアプリケーションとにしたがって変化する。ディープバスという用語は、一般的に、ラウドスピーカが、例えば、ミッドバス帯域におけるような、高い周波数のラウドスピーカ出力と比較して精度の低い出力を生成する帯域における周波数のことを言うために使用される。ミッドバス帯域という用語は、一般的に、ディープバス帯域より高い周波数のことを言うために使用される。ミッドレンジという用語は、一般的に、ミッドバス帯域より高い周波数のことを言うために使用される。
【００４１】
多くのコーンタイプのドライバは、コーンの直径が音響サウンド波の波長よりも小さい場合に低周波数で音響エネルギーを生成するとき、非常に非効率的である。コーンの直径が波長よりも小さいとき、コーンからの音響出力の均一の音圧レベルを維持するには、周波数が低下する各オクターブ（２の倍数）に対して、コーンエクスカーションが４倍だけ増加する必要がある。ドライバに供給された電力を単にブーストすることによって低周波数応答を向上させるように試行した場合、ドライバの最大の許容可能なコーンエクスカーションに早く到達する。
【００４２】
したがって、ドライバの低周波数出力は、一定の制限値を超えて増加できず、このことは、大部分の小型スピーカシステムの低周波数サウンドの品質が低いことを説明する。曲線３０８は、直径約４インチの低周波数ドライバを使用している大部分の小型のラウドスピーカシステムに特有なものである。より大型のドライバを備えたラウドスピーカシステムは、曲線３０８に示した周波数よりもいくぶん低い周波数まで、測定可能な音響出力を生成する傾向があり、より小型の低周波数ドライバを備えたシステムは、一般的に、曲線３０８に示した出力ほど低い出力を生成しないだろう。
【００４３】
先に説明したように、最近では、システム設計者は、拡張された低周波数応答のあるラウドスピーカシステムを設計するときに、わずかな選択肢しかない。既知の解決策は、高価であり、デスクトップには大きすぎるラウドスピーカが作られていた。低周波数の問題に対する１つの一般的な解決策はサブウーファの使用であり、サブウーファは、大抵、コンピュータシステム近くのフロア上に置かれる。サブウーファは、適切な低周波数出力を提供できるが、高価であるので、廉価なデスクトップのラウドスピーカと比較して、比較的に一般的でない。
【００４４】
直径の大きいコーンを備えたドライバまたはサブウーファを使用するのではなく、本発明の実施形態は、低周波数の音響エネルギーがラウドシステムによって生成されないときでさえも、人間の聴覚器官の特徴を使用して、このようなエネルギーの知覚を生じさせることによって、小型システムの低周波数の限界を克服する。
【００４５】
人間の聴覚器官は、非線形であることで知られている。非線形器官は、簡単に言えば、入力が増加しても、出力は比例して増加しない器官である。したがって、例えば、耳において、音響の音圧レベルが２倍になっても、サウンド源の音量が２倍になったという知覚は生じない。実際に、人間の耳は、１次近似に対して、音響エネルギーの強度ではなく、電力に応答する二乗デバイスである。聴覚メカニズムのこの非線形は、音響波における実際の周波数の上音または高調波として聞き取られる相互変調周波数を生成する。
【００４６】
人間の耳における非線形性の相互変調の結果を図４Ａに示し、図４Ａは、２つの純音の理想化された振幅スペクトルを図示している。図４Ａにおけるスペクトル図は、第１のスペクトル線４０４を示しており、この第１のスペクトル線４０４は、ラウドスピーカドライバ（例えばサブブーファ）によって５０Ｈｚで生成される音響エネルギーに対応している。第２のスペクトル線４０２は、６０Ｈｚで示されている。線４０４および４０２は、ドライバによって生成される実際の音響エネルギーに対応している実際のスペクトル線であり、他の音響エネルギーは存在しないと仮定する。それにも関わらず、人間の耳は、人間の耳に固有な非線形であるために、２つの実際のスペクトル周波数の和と、２つのスペクトル周波数間の差とに対応している相互変調の積を生成するだろう。
【００４７】
例えば、スペクトル線４０４および４０２によって表されている音響エネルギーを聴いている人は、スペクトル線４０６によって示したような５０Ｈｚで、スペクトル線４０６によって示したような６０Ｈｚで、スペクトル線４１０で示したような１１０Ｈｚで音響エネルギーを知覚するだろう。スペクトル線４１０は、ラウドスピーカによって生成される実際の音響エネルギーに対応しておらず、正確に言うと、耳の非線形性によって耳の内部で生成されるスペクトル線に対応している。線４１０は、２つの実際のスペクトル線の和である１１０Ｈｚ（１１０Ｈｚ＝５０Ｈｚ＋６０Ｈｚ）の周波数で発生する。耳の非線形性は、１０Ｈｚ（１０Ｈｚ＝６０Ｈｚ−５０Ｈｚ）の異なる周波数でスペクトル線を生成するが、この線は、人間の可聴範囲より下であるので知覚されないことにも留意すべきである。
【００４８】
図４Ａは、人間の耳の内部の相互変調のプロセスを図示しているが、音楽のような実際のプログラム素材と比較すると、いくぶん簡略化されている。音楽のような一般的なプログラム素材は、高調波において豊かであるので、大部分の音楽は、図４Ｂに示したように、ほとんど連続的なスペクトルを示している。図４Ｂは、図４Ａに示したような、実際の音響エネルギーと、知覚された音響エネルギーとの間の同じタイプの比較を示しているが、図４Ｂにおける曲線は連続的なスペクトルで示されていることが異なる。図４Ｂは、実際の音響エネルギー曲線４２０と、対応する知覚されたスペクトル４３０とを示している。
【００４９】
大部分の非線形のシステムと同様に、耳の非線形性は、システムが小さく偏移するときよりも大きく偏移する（例えば、大きい信号レベル）ときに、より顕著である。したがって、人間の耳の場合、より低い音量レベルでも、耳の鼓膜および他の要素が比較的大きく機械的に偏移する低周波数において、非線形性はより顕著である。したがって、図４Ｂは、実際の音響エネルギー４２０と知覚された音響エネルギー４３０との間の差が、低周波数範囲では最大になる傾向があり、高周波数範囲では、比較的、より小さくなることを示している。
【００５０】
図４Ａおよび４Ｂに示したように、多重音または周波数を含む低周波数の音響エネルギーは、ミッドバスレンジにおける音響エネルギーに実際に存在するよりもより多くのスペクトル成分を含むという知覚をリスナに生じさせるだろう。人間の脳は、情報が存在しないと考えられる状況に直面したとき、潜在意識レベルで存在しない情報を「穴埋めする」ように試行するだろう。この穴埋め現象は、多くの錯視の基本である。本発明の実施形態では、実際に存在しない低周波数情報のミッドバス効果を脳に提供することによって、このような低周波数情報を穴埋めして、脳を錯覚させることができる。
【００５１】
言い換えると、低周波数の音響エネルギー（例えば、スペクトル線４１０）が存在していた場合に耳によって生成される高調波を脳に提供した場合には、存在しているに違いないと脳が考える低周波数スペクトル線４０６および４０８を、適切な条件の下、脳が潜在意識的に穴埋めすることになる。この穴埋めプロセスは、検出器効果として知られている人間の耳の非線形性の別の効果によって増補される。
【００５２】
人間の耳の非線形性によって、耳は、振幅変調（ＡＭ）受信機におけるダイオード検出器に類似した検出器と同様に機能する。ミッドバス高調波音がディープバス音によってＡＭ変調された場合、耳は、変調されたミッドバス搬送波を復調して、ディープバスのエンベロープを再生するだろう。図４Ｃおよび４Ｄは、変調されて復調された信号をグラフによって示している。図４Ｃは、ディープバス信号によって変調された、より高い周波数搬送波信号（例えば、ミッドバス搬送波）を含む変調された信号を、時間軸上で示している。
【００５３】
より高い周波数信号の振幅は、より低い周波数音によって変調されるので、より高い周波数信号の振幅は、より低い周波数音の周波数にしたがって変化する。より高い周波数信号の低周波数エンベロープを耳が検出するように、耳の非線形性は、信号を部分的に復調するのでので、実際の音響エネルギーがより低い周波数で生成されても、低周波数音の知覚を生じさせるだろう。上記で説明した相互変調効果と同様に、一般的に、下端の範囲上の１００ないし２００Ｈｚのと、上端の範囲上の５００Ｈｚとの間であるミッドバス周波数範囲における信号の適切な信号処理によって、検出器の効果をエンハンスさせることができる。適切な信号処理を用いることによって、低周波数の音響エネルギーを生成できなくても、すなわち、能力が不十分であるスピーカを使用するときでさえも、このようなエネルギーの知覚を生じさせるサウンドエンハンスメントシステムを設計することが可能である。
【００５４】
ラウドスピーカによって生成される音響エネルギーに存在する実際の周波数の知覚は、１次効果であると考えられる。実際の音響周波数内に存在しない高調波が、相互変調歪みまたは検出によって生成されてもされなくても、このような付加的な高調波の知覚は２次効果であると考えられる。
【００５５】
サウンドエンハンスメントシステムにおいて使用される実際の信号処理の詳細を説明する前に、システムのいくつかのインプリメンテーションを検討することは参考になる。サウンドエンハンスメントシステムは、マルチメディアコンピュータシステムに限定されず、オーディオ信号の多くの源、ならびに、例えば、ブームボックス、ミニコンポーネントステレオシステム、テレビジョンシステム、ラジオ、および家庭または商業向けのさらに大型のスピーカを含む多くの異なるタイプのラウドスピーカとともに使用されてもよい。しかしながら、不適当なラウドスピーカを備えたマルチメディアコンピュータシステムの人気や、マルチメディアコンピュータへのソフトウェアのアップグレードとしてサウンドエンハンスメントシステムを実現する可能性によって、マルチメディアコンピュータおよび他の廉価なシステムは、本発明のいくつかの実施形態の魅力的なプラットフォームになる。
【００５６】
図５は、サウンドカード５１０と、第１のラウドスピーカシステム５１２と、第２のラウドスピーカシステム５１４とを有する一般的なマルチメディアコンピュータシステム５００を図示しているブロック図である。コンピュータシステム５００は、データ記憶媒体５０６と、プロセッサ５０２と、サウンドカード５１０とを具備し、これらすべて入力／出力（Ｉ／Ｏ）バス５０８に接続されている。プログラムおよびデータを記憶するためのメインメモリ５０４は、一般的に、別々のメモリバスによってプロセッサ５０２に接続されている。サウンドカード５１０は、Ｉ／Ｏ制御モジュール５２０を備え、Ｉ／Ｏ制御モジュール５２０は、データバス５０８に接続され、データバス５０８と通信するのに必要な機能を提供している。サウンドカード５１０内では、ツーウェイデータパスはＩ／Ｏ制御モジュール５２０をデータルータ５２２に接続し、サウンドカードおよびＩ／Ｏ制御モジュール５２０のさまざまな内部データパスからのデータの多重化および多重分離を提供する。
【００５７】
ルータ５２２の第１の出力は、通常、ＦＭ合成または波形テーブル合成のいずれかによってサウンドを発生させる第１の合成モジュール５２４にデータを提供する。第１の合成モジュール５２４の出力は、第１の利得制御５３４を通して、第１のミキサ（加算器）５２８に供給する。ルータ５２２の第２の出力は、第１のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５２５の入力にデータを提供する。第１のＤＳＰ５２５の出力は、第１のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）５２６の入力に提供される。ＤＳＰ５２５は、オプションであるので、全てのサウンドカード上で見られるわけではない。ＤＳＰ５２５がないカードに関して、ルータ５２２の出力は、第１のデジタルアナログ変換器５２６の入力に直接的に接続されてもよい。第１のＤＡＣ５２６の出力は、利得制御５３６を通して、ミキサ５２８の入力に接続されている。ミキサ５２８の出力は、利得制御５３０を通して、第１の電力増幅器５２０に接続されている。第１の電力増幅器５２０の出力は、ラウドスピーカシステム５１２に提供される。
【００５８】
ルータ５２２の第３の出力は、第２の合成モジュール５４４にデータを提供する。第２の合成モジュール５４４の出力は、利得制御５５４を通して、第２のミキサ５４８に供給される。ルータ５２２の第３の出力は、第２のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５４５の入力にデータを提供する。第２のＤＳＰ５４５の出力は、第２のＤＡＣ５２６の入力に提供される。ＤＳＰ５４５は、オプションであるので、提供されていない場合、ルータ５２２の出力は第２のＤＡＣ変換器５４６の入力に直接的に接続されてもよい。いくつかのサウンドカードでは、ＤＳＰ５２５とＤＳＰ５４５とを組み合わせた単一のＤＳＰが提供されてもよい。第２のＤＡＣ５４６の出力は、利得制御５５６を通して、ミキサ５４８の入力に接続されている。ミキサ５４８の出力は、利得制御５５０を通して、第２の電力増幅器５４０に接続されている。電力増幅器５４０の出力は、ラウドスピーカシステム５１４に提供される。
【００５９】
サウンドカード５１０の内部構造は、本発明のさまざまな実施形態および特徴を実現するサウンドカードの使用をより効果的に図示するために簡略化されている。また、サウンドカードは、（示されていない）アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に接続される入力のような付加的な能力を持っていてもよく、これによって、ユーザは、サンプリングされたデジタルデータをアナログオーディオ源から生成することができる。サウンドカード５１０はまた、ジョイスティックに接続するための入力／出力ポート、および、ＭＤＩポートをを持つ音楽楽器に接続するためのＭＤＩ入力／出力ポートを提供してもよい。サウンドカード５１０はまた、ライン入力ポートおよびライン出力ポート、ならびに、ＣＤプレーヤおよびデジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）ドライブのようなデバイスからのオーディオ入力用の入力ポートを提供してもよい。サウンドカード５１０はまた、シンセサイザ５２４および５４４の動作をプログラミングするＤＳＰ能力を提供してもよい。シンセサイザ５２４および５４４は、ＤＳＰ５２５および５４４を使用することによってプログラム化されてもよく、または、サウンドカード５１０がシンセサイザ５２４および５４４の動作をプログラミングするための他のＤＳＰ資源を提供してもよい。本発明のいくつかの実施形態は、図５に示したように、サウンドカード５１０によって提供されるＤＳＰプロセッサ上で実行するソフトウェアを含んでいてもよい。代わりに、全体的なサウンドカードの機能は、パーソナルコンピュータのマザーボード上で見られるデジタル信号プロセッサのような単一のチップで実現化されてもよく、データバス、メモリバス、マルチメディアバス、ユニバーサルシリアルバス、ファイアワイヤバス、または他の入力／出力バスに直接的に接続されていてもよい。
【００６０】
メモリ５０４にロードされ、プロセッサ５０２上で実行するマルチメディアプログラムは、サウンドカード５１０を使用して、ラウドスピーカ５１２および５１４によってサウンド（音響エネルギー）に変換されるオーディオ信号を発生させる。オーディオ信号は、シンセサイザ５２４と５４４とにコマンドを送ることによって発生されてもよい。第１のシンセサイザ５２４によって発生されたオーディオ信号は、利得制御段５３４を通して、ミキサ５２８に送られ、利得制御５３０を通り、電力増幅器５２０を通って、その後、ラウドスピーカ５１２によって音響エネルギーに変えられる。利得制御５５６および５５０と、ミキサ５４８と、電力増幅器５４０とを含む、類似した信号処理パスは、第２のシンセサイザ５４４によって発生されたオーディオ信号に対して提供される。
【００６１】
マルチメディアプログラムはまた、ＤＡＣ５２６および５４６を使用した直接的なデジタルアナログ変換によってデジタル化されたオーディオデータからオーディオ信号を発生させてもよい。デジタル化されたオーディオデータは、記憶媒体５０６上に、またはメインメモリ５０４中に記憶されてもよい。記憶媒体５０６は、ディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ、ＤＡＴドライブ等を含む、データを記憶する何らかの装置であってもよい。記憶媒体上に記憶されるデジタル化されたオーディオデータは、パルスコード変調（ＰＣＭ）を含む何らかの生の形態で、または、適応パルスコード変調（ＡＤＰＣＭ）を含む何らかの圧縮された形態で記憶されてもよい。ハードディスクまたはマイクロソフト（登録商標）ウィンドウズ（登録商標）オペレーティング環境のもとでファイルシステムを提供する他の記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）上に記憶されるデジタル化されたオーディオデータは、一般的に、ファイル名、*．ｗａｖを持つ（ここで、“*”はワイルドカードのファイル名を示す）“ｗａｖｅ”ファイルとして、当業者に知られているファイルフォーマット中に記憶される。
【００６２】
図６Ａは、デジタル源６００からのサウンドを生成するプロセスを図示しているブロック図である。デジタル源６００は、一例として、アナログデジタル変換器、ＤＳＰ、コンパクトディスクプレーヤ、レーザディスクプレーヤ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）プレーヤ、録音および予め録音されたオーディオの再生用デバイス、マルチメディアデバイス、コンピュータプログラム、波形ファイル、コンピュータゲーム、およびこれらに似するものを含む、デジタル化されたオーディオの何らかの源であってもよい。デジタルデータは、デジタル源６００によってデジタルアナログ変換器６０２に提供され、デジタルアナログ変換器６０２が、出力アナログ信号にデジタルデータを変換する。変換器６０２は、電力増幅器、ラウドスピーカ、他の信号プロセッサ等のような他のアナログデバイスに出力アナログ信号を提供する。
【００６３】
図６Ｂは、本発明の１つの実施形態にしたがった、サウンドエンハンスメントシステムを図示しているブロック図である。図６Ｂにおいて、デジタル源６００からのデータは、サウンドエンハンスメントブロック６０１に提供され、サウンドエンハンスメントブロック６０１は、デジタル化されたサウンドに対して信号処理を行い、デジタル化されたサウンドを修正して、ラウドスピーカの知覚される低周波数応答を向上させる。サウンドエンハンスメントブロック６０１からの修正されたデジタルデータは、デジタルアナログ変換ブロック６０２に提供され、ここで、デジタルデータがアナログ信号に変換される。ブロック６０２からのアナログ信号は、ラウドスピーカ、電力増幅器、または他の信号処理デバイスのような他のアナログデバイスに提供される。ブロック６０１における信号処理のインプリメンテーションは、プロセッサ５０２のような汎用デジタルコンピュータによって、あるいは、ＤＳＰ５２５および５４５のようなＤＳＰによって提供されてもよい。
【００６４】
例えば、処理は、コンピュータのメモリにロードされたソフトウェアによって、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．によって製造される（ＴＭＳ３２０ｘｘシリーズのような）ＤＳＰによって、他の製造業者によって提供されるＤＳＰによって、Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．によって供給されるＭＰＡＣＴマルチメディアプロセッサのようなマルチメディアプロセッサによって、あるいは、ペンティアム（登録商標）プロセッサ、ペンティアムプロプロセッサ、８０５１プロセッサ、ＭＩＰＳプロセッサ、パワーＰＣプロセッサ、ＡＬＰＨＡプロセッサ等のようなプロセッサによって実現されてもよい。
【００６５】
１つの実施形態では、信号処理ブロック６０１は、プロセッサ５０２上のソフトウェアにおいて全体的に実現される。プロセッサ５０２上で実行しているコンピュータプログラムによって生成されるデジタルデータ（例えば、波形ファイルからのデータ）は、ブロック６０１によって示した機能性を提供する別々の信号処理プログラムに提供される。別々の信号処理プログラムは、デジタルデータを修正して、修正されたデジタルデータをデジタルアナログ変換器ブロック６０２に提供し、デジタルアナログ変換器ブロック６０２はサウンドカード５１０の一部であってもよい。この純粋なソフトウェア実施形態は、図２に示したユーザ２０２のようなマルチメディアコンピュータシステム上のユーザに、低コストの方法を提供し、マルチメディアコンピュータに取り付けられたラウドスピーカの見かけ上の低周波数応答を拡張する。
【００６６】
代替的なソフトウェア実施形態において、ブロック６０１によって示されている処理は、コンピュータに取り付けられたサウンドカードにおけるＤＳＰによって提供される。したがって、例えば、信号処理ブロック６０１によって示されている処理は、図５に示したサウンドカード５１０におけるＤＳＰ５２５およびＤＳＰ５４５によって実現されてもよい。ＤＳＰ５２５およびＤＳＰ５４５によって示されている機能性は、単一のＤＳＰで組み合わされてもよい。本発明のソフトウェアの実施形態は、わずかのコストで実現できるので魅力的である。
【００６７】
しかしながら、ハードウェア実施形態もまた、本発明の範囲内である。図７は、本発明のハードウェア実施形態のブロック図であり、サウンドエンハンスメント機能はサウンドエンハンスメントユニット７０４によって提供される。サウンドエンハンスメントユニット７０４は、信号源７０２からオーディオ信号を受け取る。信号源７０２は、図１に示した信号源１０２、または、図５に示したサウンドカード５１０を含む何らかの信号源であってもよい。サウンドエンハンスメントユニット７０４は、受け取ったオーディオ信号を修正して、オーディオ出力を生成させるように信号処理を実行する。オーディオ出力は、ラウドスピーカ、増幅器、または他の信号処理デバイスに提供されてもよい。
【００６８】
信号処理
図８は、図７に示したサウンドエンハンスメントユニット７０４、図６Ｂに示したサウンドエンハンスメントブロック６０１、および、図１に示したサウンドエンハンスメントシステム１０４のようなさまざまな信号処理ブロックによって実行される低周波数エンハンスメント信号処理の１つの実施形態のブロック図８００である。図８はまた、本発明の実施形態の信号処理動作を実現するＤＳＰまたは他のプロセッサ上で実行するプログラムを説明するフローチャートとして使用されてもよい。
【００６９】
図８は、２つの入力、すなわち、左チャネル入力８０２および右チャネル入力８０４を示している。図８に示した信号処理の２つのチャネルは、便宜上、標準的なステレオの左および右チャネルにしたがった左チャネルおよび右チャネルの観点から説明されるであろうが、本発明はこれに限定されず、２つより多いチャネルを持つシステムおよびチャネルがステレオの左および右チャネルに対応しないシステムを含む。
【００７０】
入力８０２および８０４の双方は、２つの入力の合成である出力を生成させる加算器８０６に提供され、この合成は、２つの入力の線形の和である。加算器８０６の出力は、増幅器８０８に提供される。増幅器８０８の利得は、所望の値に調整することができる。加算器８０６および増幅器８０８はまた組み合わせて、単一の加算増幅器にして、これは２つの入力の和および利得を提供することができる。
【００７１】
増幅器８０８の出力は、ローパスフィルタ８１０に提供される。ローパスフィルタ８１０の出力は、第１のバンドパスフィルタ８１２と、第２のバンドパスフィルタ８１３と、第３のバンドパスフィルタ８１４と、第４のバンドパスフィルタ８１５とに提供される。各バンドパスフィルタ８１２ないし８１５の出力は、それぞれ、増幅器８１６ないし８１９の入力に提供され、各バンドパスフィルタが１つの増幅器を駆動させる。増幅器８１６ないし８１９のそれぞれの出力は、加算器８２０に接続され加算器８２０は、増幅器の出力の和である出力を生成させる。
【００７２】
増幅器８２０の出力は左チャネルの加算器８２４の第１の入力に提供され、増幅器８２０の出力は右チャネル加算器８３２の第１の入力に提供される。左チャネルの入力８０２は左チャネルの加算器８２４の第２の入力に提供され、右チャネルの入力８０４は右チャネルの加算器８３２の第２の入力に提供される。左チャネルの加算器８２４および右チャネルの加算器８３２の出力は、それぞれ、信号処理ブロック図８００の左および右チャネルの出力である。
【００７３】
ローパスフィルタ８１０のロールオフ周波数およびレートを選択して、マルチメディアスピーカによって合理的に生成できる最低周波数より上の適切な数のミッドバスの高調波を提供する。ラウドスピーカによって適切に再生されない低周波数信号の高調波をエンファシスするために、バンドパスフィルタ８１２ないし８１５を選択して、ローパスフィルタ８１０によって生成される信号のスペクトルを形成する。１つの実施形態では、ローパスフィルタ８１０は、二次チェビシェフフィルタであり、１２ｄＢ／オクターブのロールオフと２００Ｈｚのロールオフ周波数とを有している。一般的に、バンドパスフィルタは、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、および２５０Ｈｚの周波数にスタガー同調されるだろう。１つの実施形態では、バンドパスフィルタ８１２ないし８１５は、図９に示したように実現される二次チェビシェフフィルタである。
【００７４】
図９は、入力９０２および出力９１８を有する２次チェビシェフフィルタの回路図である。入力９０２は、抵抗器Ｒ１ ９０４の第１の端子に提供される。抵抗器Ｒ１ ９０４の第２の端子は、抵抗器Ｒ２ ９０６の第１の端子と、入力キャパシタ９１２の第１の端子と、フィードバックキャパシタ９１０の第１の端子とに提供される。入力キャパシタ９１２の第２の端子は、演算増幅器（オペアンプ）９１４の反転入力と抵抗器Ｒ３ ９０８の第１の端子とに接続されている。オペアンプ９１４の非反転入力は、接地接続されている。オペアンプ９１８の出力は、フィードバックキャパシタ９１０の第２の端子と、フィードバック抵抗器９０８の第２の端子と、出力９１８とに接続されている。１つの実施形態では、入力キャパシタ９１２およびフィードバックキャパシタ９１０の双方とも、０．１マイクロファラドキャパシタである。
【００７５】
表１は、図９に示した回路にしたがった、バンドパスフィルタ８１２ないし８１５に使用される中心周波数および回路の値をリスト表示している。図１０は、バンドパスフィルタの伝達関数の一般的な形状を図示している。図１０は、それぞれ、バンドパスフィルタ８１２ないし８１５に対応しているバンドパス伝達関数１００２、１００４、１００６、および１００８を示している。
【００７６】
【表１】
0004668415.tif 000002
【００７７】
増幅器８１６、８１７、８１８、および８１９は、２の利得に設定される。したがって、ミキサ８２０の出力、さらに、信号８２１は、約１００Ｈｚから２５０Ｈｚの範囲内でフィルタリング処理されている左および右ステレオチャネルの和を含むオーディオ信号である。この処理された信号は、それぞれ、ミキサ８２４および８３２によって、左および右ステレオチャネルのフィードフォワードパスに加えられる。信号８２１は、左および右の双方のチャネル情報を含むので、左および右チャネルに信号８２１を加算して戻すことにより、一部の左チャネルのオーディオ信号を右チャネルに伝えることになり、そしてこの逆になる。したがって、２つのチャネルをいくぶん等価する効果がある。
【００７８】
図１１は、サウンドエンハンスメントシステムの別の信号処理の実施形態を図示している。図１１に示した実施形態は、多くの方法において図８の実施形態に類似しているが、図１１の実施形態では、４つのバンドパスフィルタがゼロ交差検出器１１１０によってトリガされる単安定マルチバイブレータ１１１２によって駆動されることが異なる。図１１は、２つの入力、すなわち、左チャネルの入力１１０３および右チャネルの入力１１０１を示している。図８と同様に、図１１で示した信号処理の２つのチャネルは、便宜上、左チャネルおよび右チャネルの観点から説明されるであろうが、これに限定されるものではない。
【００７９】
入力１１０３および１１０１の双方とも、２つの入力の合成である出力を生成させる加算器１１０２に提供され、この合成は２つの入力の線形合計である。加算器１１０２の出力は、１の利得を持つ増幅器１１０３に提供される。しかしながら、増幅器１１０３の利得は、何らかの所望の値に調整することができる。増幅器１１０３の出力は、約１００Ｈｚのカットオフ周波数を持つローパスフィルタ１１０４に提供される。ローパスフィルタ１１０４の出力は、ピーク検出器１１０６と、約０．０５の利得を持つ増幅器１１０８とに提供される。ピーク検出器１１０６は、０．２５ミリ秒の減衰時定数を持つ。増幅器１１０８の出力は、ゼロ交差検出器（ＺＣＤ）１１１０に提供される。ＺＣＤ１１１０の出力は、単安定マルチバイブレータ１１１２のトリガ入力に提供され、単安定マルチバイブレータ１１１２は、ローパスフィルタ１１０４の出力がゼロを通過するたびにトリガされる。
【００８０】
トリガされたとき、単安定マルチバイブレータ１１１２は、１５０ミリ秒のパルスを生成させる。単安定マルチバイブレータ１１１２の非反転された出力は、乗算器１１１４の第１の入力と、ＳＰＳＴ（単極単投）電圧制御されるスイッチ１１１６の制御入力とに提供され、その結果、スイッチ１１１６は、単安定バイブレータ１１１２の非反転された出力が高いときいつでも閉じられる。乗算器の第２の入力は、ピーク検出器１１０６の出力によって提供される。乗算器１１１４の出力は、スイッチ１１１４の第１の端子に提供される。スイッチ１１１４の第２の端子は、第１のバンドパスフィルタ１１１８と、第２のバンドパスフィルタ１１１９と、第３のバンドパスフィルタ１１２０と、第４のバンドパスフィルタ１１２１とに提供される。各バンドパスフィルタ１１１８ないし１１２１の出力は、それぞれ、増幅器１１２６ないし１１２９の入力に提供され、各バンドパスフィルタは１つの増幅器を駆動させ、各増幅器は、実際上、２の利得を持つ。増幅器１１２６ないし１１２９のそれぞれの出力は、ミキサ１１３４に提供され、ミキサ１１３４が、増幅器１１２６ないし１１２９の増幅器の出力の和である出力を生成させる。ミキサ１１３４の出力は、約２００Ｈｚのカットオフ周波数を持つローパスフィルタ１１３６の入力に提供される。ハイパスフィルタ１１４２および１１４４の双方とも、約１２５Ｈｚのカットオフ周波数を持つ。
【００８１】
ミキサ１１３４の出力は、左チャネルの加算器１１４０の第１の入力と、右チャネルの加算器１１４４の第１の入力とに提供される。左チャネルの入力１１０３は左チャネルの加算器１１４０の第２の入力に提供され、右チャネルの入力１１０１は右チャネルの加算器１１４４の第２の入力に提供される。左チャネルの加算器１１４０の出力はハイパスフィルタ１１４２の入力に提供され、ハイパスフィルタ１１４２の出力は左チャネルの出力１１５０に提供される。右チャネル加算器１１４４の出力はハイパスフィルタ１１４６の入力に提供され、ハイパスフィルタ１１４６の出力は左チャネル１１４８の出力に提供される。
【００８２】
図１１のシステムは、ローパスフィルタ１１０４の出力のゼロ交差に基づいてパルスを発生させる。パルスはフィルタ１１１８ないし１１２１に提供され、これによって、フィルタに“リング”を生じさせて、主として１００ないし３００Ｈｚの範囲の高調波周波数を生成する。パルスは、入力ローパスフィルタリングされた入力信号のゼロ交差によって発生されることから、フィルタ１１１８ないし１１２１によって発生される高調波は、入力波形の低周波数成分の高調波である。したがって、図１１のシステムは、低周波数情報が音響エネルギーに変換された場合に、人間の耳によって発生されるものに類似した高調波成分を発生させる。発生された高調波は、加算器１１４０および１１４４によって、正規の左および右チャネルの情報と混合され、残りの低周波数信号を除去するためにハイパスフィルタリングされて、ラウドスピーカに送られる。加算された高調波は、リスナの脳によって、音響波においてより低周波数成分に対応すると解釈される。
【００８３】
本発明のさらに別の実施形態では、バンドパスフィルタによって駆動される増幅器（例えば、図８における増幅器８１６ないし８１９）は、自動利得制御ブロックと置換され、自動利得制御ブロックは入力オーディオ信号の低周波成分の大きさによって制御される。前記利得制御を実現するのに使用される信号処理要素を検討する前に、プロセスのさらなる理解を得るために、入力および出力オーディオ信号上の利得制御の効果を最初に検討することが有用である。この実施形態は、ミッドバス高調波（例えば、約１００Ｈｚと２５０との間のＨｚの高調波）をツーウェイでエンハンスさせる。スピーカが再生するには低すぎる周波数（例えば、１００Ｈｚより下の周波数）である入力信号におけるエネルギーの量にしたがって、この領域におけるスペクトルは、上昇したり平坦化したりするだろう。１００Ｈｚより下の周波数においてエネルギーが少ししかないときは、スペクトルは、実に少ししか変わらないだろう。１００Ｈｚより下の周波数において多くのエネルギーがあるとき、スペクトルはミッドバス領域において相当上昇したり平坦化したりするだろう。上昇したり平坦化したりすることは、音響利得制御（ＡＧＣ）回路を使用して発生されるエンハンスメント係数によって実現される。ミッドバス領域を含む周波数は変化するので、ここで与えられた周波数範囲は例示的に提供されており、限定することを意図していないことに留意すべきである。
【００８４】
図１２Ａは、大きい低周波数成分を持つ入力信号１２０２の存在の下、４つのスタガー同調されたバンドパスフィルタの利得の制御を使用して、エンハンスメント係数１２２０を発生させ、どのようにしてこの目的を達成するかを示している。周波数ドメイン中に示した例示的な入力信号１２０２（例えば、ベースギター上の最も低い音符）は、４０Ｈｚ近くで大きいピークに達する。１２０２のスペクトルの振幅は、周波数が増加するにつれて次第に小さい値に減少する。４つのバンドパスの曲線１２０４、１２０６、１２０８、および１２１０を使用して、約１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、および２５０Ｈｚに同調された４つのバンドパスフィルタの伝達関数を表している。（曲線１２０４、１２０６、１２０８、および１２１０のそれぞれの高さによって表されている）各バンドパスフィルタの利得は、別々のＡＧＣによって制御されると仮定される。そして、各ＡＧＣは、１００Ｈｚより下の曲線１２０２（サブバス領域）の振幅によって制御される。
【００８５】
入力オーディオスペクトルがサブバス領域とほぼ同じ振幅を持つ周波数範囲では、曲線１２０４から分かるように、ＡＧＣ利得はほぼ均一である。入力オーディオスペクトルがサブバス領域よりも相当少ない振幅を持つ周波数範囲では、曲線１２１０から分かるように、ＡＧＣ利得が増加している。エンハンスメント係数１２２０は、実質的に、曲線１２０４、１２０６、１２０８、および１２１０によって表されている複合伝達関数である。図１２Ｂは、エンハンスされた係数１２２０を入力波形１２０２に適用して、エンハンスされた波形１２４０を生成する結果を示している。波形１２０２は大きいサブバス振幅を有するので、エンハンスされた波形１２４０は、入力波形１２０２と比較すると、ミッドバス領域において相当上昇したり平坦化したりする。
【００８６】
図１２Ｃおよび１２Ｄは、図１２Ａおよび１２Ｂで示したのと同じプロセスを示しており、エンハンスメント係数１２７０は、入力波形１２５２から発生される。波形１２０２とは異なり、波形１２５２は少ししか低周波数エネルギーしか有しておらず、エンハンスメント係数１２７０はより小さくなる。エンハンスメント係数１２８０が非常に小さいので、図１２Ｄに示した出力波形１２８０は入力波形１２５２とほぼ同一である。
【００８７】
図１３は、ＡＧＣを使用してエンハンスメント係数を発生させる低周波数エンハンスメント信号処理システムの１つの実施形態のブロック図１３００である。図１３はまた、本発明の実施形態の信号処理動作を実現するＤＳＰまたは他のプロセッサ上で実行するプログラムを説明するフローチャートとして使用されてもよい。図１３は、２つの入力、すなわち、左チャネルの入力１３０２および右チャネルの入力１３０４を示している。先の実施形態と同様、便宜上、左および右を使用したが、これに限定されるものではない。入力１３０２および１３０４の双方とも加算器１３０６に提供され、加算器１３０６は、２つの入力の合成である出力を生成させる。
【００８８】
加算器１３０６の出力は、１の利得を持つ増幅器１３０８の入力に提供される。増幅器１３０８の出力は、約４００Ｈｚのカットオフ周波数を持つローパスフィルタ１３１０に提供される。ローパスフィルタ１３１０の出力は、ポテンショメータ１３５２の第１の端子と、第１のバンドパスフィルタ１３１２と、第２のバンドパスフィルタ１３１３と、第３のバンドパスフィルタ１３１４と、第４のバンドパスフィルタ１３１５とに提供される。各バンドパスフィルタ１３１２ないし１３１５の出力は、それぞれ、ＡＧＣ１３１６ないし１３１９のオーディオ信号入力に提供され、その結果、各バンドパスフィルタは１つのＡＧＣを駆動させる。ＡＧＣ１３１６ないし１３１９の各出力は加算器１３２０に接続され、加算器１３２０は、増幅器の出力の和である出力を生成する。
【００８９】
ポテンショメータ１３５２の第２の端子は接地接続され、ポテンショメータのワイパーはピーク検出器１３５０に接続されている。ピーク検出器１３５０の出力は、ＡＧＣ１３１６ないし１３１９のそれぞれの制御入力に提供される。
【００９０】
増幅器１３２０の出力は左チャネルの加算器１３２４の第１の入力に提供され、増幅器１３２０の出力は右チャネルの加算器１３３２の第１の入力に提供される。左チャネルの入力１３０２は左チャネルの加算器１３３４の第２の入力に提供され、右チャネルの入力１３０４は右チャネルの加算器１３３２の第２の入力に提供される。左チャネルの加算器１３２４および右チャネルの加算器１３３２の出力は、それぞれ、信号処理ブロック１３００の左チャネルの出力１３２３および右チャネルの出力１３３３である。１つの実施形態では、バンドパスフィルタ１３１２ないし１３１５は、図９および表１に示したようなバンドパスフィルタ８１２ないし８１５に実質的に同一である。
【００９１】
ＡＧＣ１３１６（と同様に、ＡＧＣ１３１７ないし１３１９）は、実質的に、内部サーボフィードバックループを備えた線形増幅器である。サーボは、出力信号の振幅を自動的に調節して、信号の振幅を制御入力と整合させる。したがって、サーボは、増幅器の信号入力ではなく、出力信号の平均振幅を決定する制御入力である。入力信号の振幅が減少された場合、サーボは、出力信号レベルを一定に維持するように、ＡＧＣ１３１６のフォワード利得を増加させるだろう。
【００９２】
図１４Ａは、オーディオ入力１４０３と、制御入力１４０２と、オーディオ出力１４０４とを含むＡＧＣ１３１８ないし１３１９の１つの実施形態のブロック図である。オーディオ入力１４０３は、利得制御増幅器１４１４の入力に提供される。増幅器１４１４の出力は、オーディオ出力１４０４と、負のピーク検出器１４１２とに提供される。負のピーク検出器の出力は加算器１４１８の第１の入力に提供され、制御入力１４０２は加算器１４１８の第２の入力に提供される。加算器１４１８の出力は積分器１４１６の入力に提供され、積分器１４１６の出力は増幅器１４１４の利得制御入力に提供される。加算器１４１８および積分器１４１６はともに、加算積分器１４１０を形成している。
【００９３】
図１４Ｂは、図１４Ａに示したＡＧＣの回路図の１つの実施形態である。図１４Ｂに示したように、利得制御増幅器１４１４は、表２にリスト表示した信号ピン２ないし８を有するＮＥ５７２圧伸器１４３９を含む。オーディオ入力１４０３は、入力キャパシタ１４４２の第１の端子に提供される。入力キャパシタの第２の端子は、圧伸器１４３９のピン７に接続されている。入力キャパシタ１４４２は２．２ｍｆ（マイクロファラド）のキャパシタと０．０１ｍｆのキャパシタとの並列接続を含む。圧伸器１４０３のピン２は、１０．０ｍｆのキャパシタ１４４３を通して接地接続されている。圧伸器１４０３のピン４は、１．０ｍｆのキャパシタ１４４４を通して接地接続されている。圧伸器１４３９のピン８は、接地されている。圧伸器１４３９のピン６は１．０ｋΩの抵抗器１４４５Ａの第１の端子に接続されている。抵抗器１４４５の第２の端子は２．２ｍｆのキャパシタ１４４６と、オペアンプ１４４７の非反転入力と、オペアンプ１４５２の非反転入力とに接続されている。キャパシタ１４４６の第２の端子は、接地されている。圧伸器１４３９のピン５は、オペアンプ１４４７の反転入力と、１７．４ｋΩのフィードバック抵抗器１４４９の第１の端子と、１７．４キロオームの入力抵抗器１４５０の第１の端子とに接続されている。オペアンプ１４４７の出力は、フィードバック抵抗器１４４９の第２の端子と、出力キャパシタ１４４８の第１の端子とに接続されている。オペアンプ１４５２の出力は、入力抵抗器１４５０の第２の端子に接続されている。１０．０ｋΩのフィードバック抵抗器は、オペアンプ１４５２の反転入力と出力との間に接続されている。１０．０ｋΩの入力抵抗器は、オペアンプ１４５２の反転入力に接地接続している。
【００９４】
増幅器１４１４の利得制御入力は、３．０ｋΩの入力抵抗器１４４０の第１の端子に提供される。抵抗器１４４０の第２の端子は、２Ｎ２２２２のような小信号トランジスタ１４４１のエミッタに接続されている。トランジスタの基部は接地接続され、トランジスタ１４４１のコレクタは圧伸器１４３９のピン３に接続されている。
【００９５】
負のピーク検出器１４１２は、オペアンプ１４３８およびダイオード１４３７を含む。負のピーク検出器１４１２の入力は、オペアンプ１４３８の非反転入力に接続されている。オペアンプ１４３８の出力は、ダイオード１４３７の陰極に接続されている。ダイオード１４３７の陽極は、オペアンプ１４３７の反転入力と、ピーク検出器１４１２の出力とに接続されている。図１３に示したピーク検出器１３５０は、負のピーク検出器１４１２に類似した方法で構成されているが、ダイオード１４３７がピーク検出器１３５０に対して反転されていることが異なる。
【００９６】
加算積分器１４１０の第１の入力は、１００．０ｋΩの抵抗器１４３１と４．７ｍｆのキャパシタ１４３２との並列接続の第１の端子に提供される。加算積分器１４１０の第２の入力は、１００．０ｋΩの抵抗器１４３３と４．７ｍｆのキャパシタ１４３４との並列接続の第１の端子に提供される。双方の並列接続の第２の端子は、オペアンプ１４３５の反転入力に接続されている。オペアンプ１４３５の非反転入力は接地され、０．３３ｍｆのフィードバックキャパシタ１４３６は、オペアンプ１４３５の反転入力とオペアンプ１４３５の出力との間で接続されている。オペアンプ１４３５の出力は、加算積分器１４１０の出力である。
【００９７】
ＮＥ５７２はデュアルチャネルの高性能利得制御回路であり、この回路では、どちらのチャンネルもダイナミックレンジの圧縮または拡張に使用されてもよい。各チャネルは、入力信号の平均を検出するための全波整流器値、温度補償された線形化可変利得セル、およびダイナミック時定数のバッファを有している。バッファは、最小の外部コンポーネントおよび向上した低周波数利得制御リップル歪みによって、ダイナミックアタックおよび回復時間の独立制御を可能にする。ＮＥ５７２に対するピンアウトを表２にリスト表示する（ここでは、ｎ、ｍはチャネルＡ、Ｂを示している）。この実施形態では、ＮＥ５７２は、廉価で、低ノイズで、歪みが少ない利得制御増幅器として使用される。当業者は、他の利得制御増幅器も同様に使用できることを認識するであろう。
【００９８】
【表２】
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【００９９】
図１５は、選択可能な周波数範囲を提供する低周波数のエンハンスメントシステムの１つの実施形態の信号処理システム１５００の図である。図１５はまた、本発明の実施形態の信号処理動作を実現するＤＳＰまたは他のプロセッサ上で実行されるプログラムを説明するフローチャートとして使用されてもよい。システム１５００において具体化される選択可能な周波数範囲の特徴は、先の実施形態の全てに適用可能である。しかしながら、簡略化のために、システム１５００は、図１３に示した信号処理システム１３００の変形として示しているので、ここでは、システム１３００とシステム１５００との間の違いのみを説明することにする。システム１５００では、システム１３００におけるように、バンドパスフィルタ１３１５の出力は、ＡＧＣ１３１９の入力に直接的に接続されておらず、むしろバンドパスフィルタ１３１５の出力は、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１５６２の第１の投入に提供される。スイッチ１５６２の極は、ＡＧＣ１３１９の信号入力に提供される。バンドパスフィルタ１５６０の入力はバンドパスフィルタ１３１５の入力に接続されており、その結果、バンドパスフィルタ１５６０および１３１５は同じ入力信号を受け取る。バンドパスフィルタ１５６０の出力は、ＳＰＤＴスイッチ１５６２の第２の投入に提供される。
【０１００】
バンドパスフィルタ１５６０は、６０Ｈｚのような１００Ｈｚより下の周波数に同調されることが望ましい。スイッチ１５６２が、第１の投入に対応している第１の位置にあるとき、スイッチ１５６２は、バンドパスフィルタ１３１５を選択し、システム１３００と同様にシステム１５００に動作させて、１００、１５０、２００、および２５０Ｈｚでバンドパスフィルタを提供する。スイッチ１５６２が、第２の投入に対応する第２の位置にあるとき、スイッチ１５６２は、バンドパスフィルタ１３１５を選択解除してバンドパスフィルタ１５６０を選択し、例えば、６０、１００、１５０、および２００Ｈｚでバンドパスフィルタを提供する。
【０１０１】
したがって、スイッチ１５６２は、エンハンスされるべき周波数範囲をユーザが選択できることが望ましい。直径３から４インチのウーファのような小型ウーファを搭載しているラウドスピーカシステムを持つユーザは、一般的に、それぞれ、１００、１５０、２００、および２５０Ｈｚに同調されるバンドパスフィルタ１３１２ないし１３１５によって提供される高い方の周波数範囲を選択するだろう。直径約５インチ、またはより大きいウーファのような、いくぶん、より大きいウーファを搭載しているラウドスピーカシステムを持つユーザは、一般的に、それぞれ、６０、１００、１５０、および２００Ｈｚに同調されるバンドパスフィルタ１５６０および１３１２ないし１３１４によって提供される、より低い周波数範囲を選択するだろう。より多くのバンドパスフィルタおよびより大きい周波数範囲の選択を可能にするより多くのスイッチを提供できることを、当業者は認識するであろう。バンドパスフィルタは、廉価であり、かつ、異なるバンドパスフィルタを単投形スイッチで選択できるので、異なるバンドパスフィルタを選択し、異なる周波数範囲を提供することは、望ましい技術である。
【０１０２】
Ｉ．バスエンハンスメントエキスパンダ
図１６Ａは、サウンドシステムのブロック図であり、サウンドエンハンスメント機能がバスエンハンスメントユニット１６０４により提供されている。バスエンハンスメントユニット１６０４は、信号源１６０２からオーディオ信号を受け取る。信号源１６０２は、図１に示した信号源１０２、または、図５に示したサウンドカード５１０を含む、何らかの信号源であってもよい。バスエンハンスメントユニット１６０４は、受け取ったオーディオ信号を修正して、オーディオ出力信号を生成させるように信号処理を実行する。オーディオ出力信号は、ラウドスピーカ、増幅器、または他の信号処理デバイスに提供されてもよい。
【０１０３】
図１６Ｂは、第１の入力１６０９と、第２の入力１６１１と、第１の出力１６１７と、第２の出力１６１９とを有する２チャネルバスエンハンスメントユニット１６４４のトポロジーのブロック図である。第１の入力１６０９および第１の出力１６１７は、第１のチャネルに対応している。第２の入力１６１１および第２の出力１６１９は、第２のチャネルに対応している。第１の入力１６０９は、合成器１６１０の第１の入力と信号処理ブロック１６１３の入力とに提供される。信号処理ブロック１６１３の出力は、合成器１６１４の第１の入力に提供される。第２の入力１６１１は、合成器１６１０の第２の入力と信号処理ブロック１６１５の入力とに提供される。信号処理ブロック１６１５の出力は、合成器１６１６の第１の入力に提供される。合成器１６１０の出力は、信号処理ブロック１６１２の入力に提供される。信号処理ブロック１６１２の出力は、合成器１６１４の第２の入力と合成器１６１６の第２の入力とに提供される。合成器１６１４の出力は、第１の出力１６１７に提供される。第２の合成器１６１６の出力は、第２の出力１６１９に提供される。
【０１０４】
第１および第２の入力１６０９および１６１１からの信号は、信号処理ブロック１６１２によって合成されて処理される。信号処理ブロック１６１２の出力は、それぞれ、信号処理ブロック１６１３および１６１５の出力と合成されたときに、バスエンハンスされた出力１６１７および１６１９を生成する信号である。
【０１０５】
図１６Ｃは、２チャネルバスエンハンスメントユニット１６０４の別のトポロジーのブロック図である。図１６Ｃでは、第１の入力１６０９は、信号処理ブロック１６２１の入力と信号処理ブロック１６２２の入力とに提供される。信号処理ブロック１６２１の出力は合成器１６２５の第１の入力に提供され、信号処理ブロック１６２２の出力は合成器１６２５の第２の入力に提供される。第２の入力１６１１は、信号処理ブロック１６２３の入力と信号処理ブロック１６２４とに入力に提供される。信号処理ブロック１６２３の出力は合成器１６２６の第１の入力に提供され、信号処理ブロック１６２４の出力は合成器１６２６の第２の入力に提供される。合成器１６２５の出力は第１の出力１６１７に提供され、第２の合成器１６２６の出力は第２の出力１６１９に提供される。
【０１０６】
図１６Ｂに示したトポロジーとは異なって、図１６Ｃに示したトポロジーは２つの入力信号１６０９を１６１１と合成せず、むしろ、２つのチャネルは別々に保たれ、バスエンハンスメント処理は各チャネル上で実行される。
【０１０７】
図１７は、図１６Ａに示したバスエンハンスメントシステム１６０４の１つの実施形態のブロック図１７００である。バスエンハンスメントシステム１７００は、バスパンチユニット１７２０を使用して、時間依存のエンハンスメント係数を発生させる。図１７はまた、本発明の実施形態の信号処理動作を実現するＤＳＰまたは他のプロセッサ上で実行するプログラムを説明するフローチャートとして使用されてもよい。図１７は、２つの入力、すなわち、左チャネル入力１７０２および右チャネル入力１７０４を示している。先の実施形態と同様に、便宜上、左および右が使用されているが、限定として使用されるものではない。入力１７０２および１７０４の双方とも、加算器１７０６に提供され、２つの入力の合成である出力を生成させる。
【０１０８】
加算器１７０６の出力は、第１のバンドパスフィルタ１７１２と、第２のバンドパスフィルタ１７１３と、第３のバンドパスフィルタ１７１４と、第４のバンドパスフィルタ１７１５と、第５のバンドパスフィルタ１７１１とに提供される。バンドパスフィルタ１７１５の出力は、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１７１６の第１の投入に提供される。バンドパスフィルタ１７１１の出力は、ＳＰＤＴスイッチ１７１６の第２の投入に提供される。スイッチ１７１６の極は、加算器１７１８の入力に提供される。各バンドパスフィルタ１７１２ないし１７１４の出力は、加算器１７１８の別々の入力に提供される。
【０１０９】
加算器１７１８の出力は、バスパンチユニット１７２０の入力に提供される。バスパンチユニット１７２０の出力は、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１７２２の第１の投入に提供される。ＳＰＤＴスイッチ１７２２の第２の投入は、接地箇所に提供される。ＳＰＤＴスイッチ１７２２の投入は、左チャネル加算器１７２４の第１の入力と、右チャネル加算器１７３２の第１の入力とに提供される。左チャネル入力１７０２は、左チャネル加算器１７２４の第２の入力に提供され、右チャネル入力１７０４は、右チャネル加算器１７３２の第２の入力に提供される。左チャネル加算器１７２４および右チャネル加算器１７３２の出力は、それぞれ、信号処理ブロック１７００の左チャネル出力１７３０および右チャネル出力１７３３である。スイッチ１７２２および１７１６はオプションであるので、固定された接続によって置換されてもよい。
【０１１０】
フィルタ１７１１ないし１７１５と合成器１７１８とによって提供されるフィルタリング動作は、図１７に示したような複合フィルタ１７０７に結合されてもよい。例えば、代替的な実施形態では、フィルタ１７１１ないし１７１５は、約４０Ｈｚから２５０Ｈｚに及ぶ通過帯域を有する単一のバンドパスフィルタに結合される。バス周波数を処理するために、複合フィルタ１７０７の通過帯域は、下端で約２０から１００Ｈｚに及び、または、上端で約１５０から３５０Ｈｚに及ぶことが好ましい。複合フィルタ１７０７も同様に、例えば、ハイパスフィルタ、シェルビングフィルタ等を含む他のフィルタの伝達関数を持っていてもよい。複合フィルタはまた、グラフィックイコライザーに類似した方法で動作し、複合フィルタの通過帯域内の他の周波数に対して、その通過帯域内のいくらかの周波数を減衰させるように構成されていてもよい。
【０１１１】
示したように、図１７は、図１６Ｂに示したトポロジーにほぼ対応しており、ここでは、信号処理ブロック１６１３および１６１５は１の伝達関数を持ち、信号処理ブロック１６１２は複合フィルタ１７０７とバスパンチユニット１７２０とを備えている。しかしながら、図１７に示した信号処理は、図１６Ｃに示したトポロジーに限定されない。図１７の素子は図１６Ｃに示したトポロジーにおいて使用されてもよく、ここでは、信号処理ブロック１６２１および１６２３は１の伝達関数を持ち、信号処理ブロック１６２２および１６２４は複合フィルタ１７０７とバスパンチユニット１７２０とを備えている。図１７に示していないが、信号処理ブロック１６１３、１６１５、１６２１、および１６２３は、例えば、低バス周波数を取り除くハイパスフィルタリングや、バスパンチユニット１７０２によって処理された周波数を取り除くハイパスフィルタリングや、高周波数サウンドをエンハンスさせる高周波数エンファシスや、バスパンチ回路を補う付加的なミッドバス処理等のような付加的な信号処理を提供してもよく、同様に、他の組み合わせも考えられる。
【０１１２】
図１８は、バンドパスフィルタ１７１１ないし１７１５の伝達関数の一般的な形状を示している周波数ドメインのグラフである。図１８は、それぞれ、バンドパスフィルタ１７１１ないし１７１５に対応しているバンドパス伝達関数１８０１ないし１８０５を示している。伝達関数１８０１ないし１８０５は、それぞれ、５０、１００、１５０、２００、２５０Ｈｚの中心にあるバンドパス機能として示されている。
【０１１３】
１つの実施形態では、バンドパスフィルタ１７１１は、５０Ｈｚのような１００Ｈｚより下の周波数に同調される。スイッチ１７６１が第１の投入に対応する第１の位置にあるとき、スイッチ１７６１はバンドパスフィルタ１７１１を選択して、バンドパスフィルタ１７１５を選択解除し、５０、１００、１５０、および２００Ｈｚでバンドパスフィルタを提供する。スイッチ１７１６が第２の投入に対応する第２の位置にあるとき、スイッチ１７１６はバンドパスフィルタ１７１１を選択解除し、バンドパスフィルタ１７１５を選択し、１００、１５０、２００、および２５０Ｈｚでバンドパスフィルタを提供する。
【０１１４】
したがって、エンハンスされるべき周波数範囲をスイッチ１７１６によってユーザが選択できることが好ましい。一般的に、直径が３から４インチのウーファのような小型ウーファを搭載しているラウドスピーカシステムを持つユーザは、それぞれ、１００、１５０、２００、２５０Ｈｚに同調されるバンドパスフィルタ１７１２ないし１７１５によって提供される高い方の周波数範囲を選択するだろう。直径約５インチの、またはより大きいウーファのような、いくぶん、より大きいウーファを搭載しているラウドスピーカシステムを持つユーザは、一般的に、それぞれ、５０、１００、１５０、および２００Ｈｚに同調されるバンドパスフィルタ１７１１ないし１７１４によって提供されるより低い周波数範囲を選択するだろう。より多くのバンドパスフィルタおよびより大きい周波数範囲の選択を可能にするより多くのスイッチを提供できることを、当業者は認識するであろう。バンドパスフィルタは廉価であり、かつ、異なるバンドパスフィルタを単投スイッチで選択できるので、異なるバンドパスフィルタを選択して、異なる周波数範囲を提供することは望ましい技術である。
【０１１５】
１つの実施形態では、バスパンチユニット１７２０は、内部サーボフィードバックループを備えた線形増幅器を具備する自動利得制御（ＡＧＣ）を使用している。サーボは、出力信号の平均振幅を自動的に調節して、信号の平均振幅を制御入力と整合させる。制御入力の平均振幅は、一般的に、制御信号のエンベロープを検出することによって得られる。制御信号は、例えば、ローパスフィルタリング、バンドパスフィルタリング、ピーク検出、ＲＭＳ平均化、平均値の平均化等を含む他の方法によって得られてもよい。
【０１１６】
バスパンチユニット１７２０の入力に提供される信号のエンベロープの振幅の増加に応答して、サーボループがバスパンチユニット１７２０のフォワード利得を増加させる。逆に、バスパンチユニット１７２０の入力に提供される信号のエンベロープの振幅の減少に応答して、サーボループはバスパンチユニット１７２０のフォワード利得を増加させる。１つの実施形態では、バスパンチユニット１７２０の利得は、利得が減少するよりも、より急速に増加する。図１９は、単位ステップ入力に応答したバスパンチユニット１７２０の利得を図示している時間ドメインのグラフである。図１９は、時間の関数としての出力信号ではなく、時間の関数としての利得のグラフであることを、当業者は認識するであろう。大部分の増幅器は、固定された利得を持っているので、利得がプロットされるのはまれである。しかしながら、バスパンチユニット１７２０における自動利得制御（ＡＧＣ）は、入力信号のエンベロープに応答してバスパンチユニット１７２０の利得を変える。
【０１１７】
単位ステップ入力は曲線１９０９としてプロットされ、利得は曲線１９０２としてプロットされている。入力パルス１９０９の立ち上がりに応答して、利得は、アタック時定数に対応する期間１９０４中に上がる。この時間期間１９０４の終わりに、利得１９０２はＡ0の定常状態の利得に到達する。入力パルス１９０９の立ち下がりに応答して、利得は、減衰時定数１９０６に対応する期間１９０６中にゼロに戻るように下がる。
【０１１８】
増幅器およびラウドスピーカのようなシステムの他のコンポーネントをオーバードライブさせないで、アタック時定数１９０４および減衰時定数１９０６を選択し、バス周波数のエンハンスメントを提供することが好ましい。図２０は、ベースギター、ベースドラム、シンセサイザ等のような音楽楽器によって再生される一般的な低音音符の時間ドメインのグラフ２０００である。グラフ２０００は、変調エンベロープ２０４２を有しているより低い周波数部分によって振幅変調された、より高い周波数部分２００４を示している。エンベロープ２０４２は、アタック部分２０４６を有し、減衰部分２０４７が続き、維持部分２０４８が続き、最後に、リリース部分２０４９が続く。グラフ２０００の最大振幅はピーク２０５０であり、これは、アタック部分２０４６と減衰部分２０４７との間の時点で生じる。
【０１１９】
述べたように、波形２０４４は、大部分でないとしても、数多くの楽器に特有なものである。例えば、ギターの弦は、引っ張られたり解放されたりしたときに、最初に、少し大きな振幅振動がして、長期間にわたってゆっくりと減衰する、ある程度の定常状態振動に落ち着くだろう。ギターの弦の最初の大きな偏移振動は、アタック部分２０４６と減衰部分２０４７とに対応している。ゆっくり減衰する振動は、維持部分２０４８とリリース部分２０４９とに対応している。ピアノの弦は、ピアノの鍵に取り付けられているハンマーにより鳴らされるときに類似した方法で動作する。
【０１２０】
ピアノの鍵が解放されるまで、弦を休止させるためにハンマーが戻らないので、ピアノの弦は、維持部分２０４８からリリース部分２０４９に、より顕著に移行するかもしれない。ピアノの鍵が押し下げられている間、すなわち、維持期間２０４８中に、弦は、比較的に少しの減衰をともなって自由に振動する。鍵が解放されたときに、フェルトで覆われたハンマーが鍵を支えるようになると、リリース期間２０４９中に、急速に弦の振動が減衰する。
【０１２１】
同様に、ドラムヘッドは、打たれたときに、アタック部分２０４６と減衰部分２０４７とに対応している最初の組の大きな偏移振動を生じさせるだろう。（減衰部分２０１７の終わりに対応している）大きな偏移の振動が静まった後に、ドラムヘッドは、維持部分２０４８とリリース部分２０４９とに対応している時間の期間にわたって振動し続けるであろう。多くの音楽楽器のサウンドは、単に、期間２０４６ないし２０４９の長さを制御することによって生成することができる。
【０１２２】
図４Ｃに関連して説明したように、より高い周波数信号の振幅は、より低い周波数音（エンベロープ）によって変調され、これにより、高い周波数信号の振幅は、より低い周波数音の周波数にしたがって変化する。耳が、より高い周波数信号の低周波数エンベロープを検出するように、耳の非線形は部分的に信号を復調するので、たとえ実際の音響エネルギーがより低周波数で生成されなかったとしても、低周波数音の知覚を生じさせる。一般的に、下端の範囲上の５０ないし１５０Ｈｚと、上端の範囲上の２００ないし５００Ｈｚとの間のミッドバス周波数範囲における信号の適切な信号処理によって、検出器効果をエンハンスさせることができる。適当な信号処理を用いることにより、低周波数の音響エネルギーを生成できないラウドスピーカを使用するときでさえも、このようなエネルギーの知覚を生成させるサウンドエンハンスメントシステムを設計することが可能である。
【０１２３】
ラウドスピーカによって生成される音響エネルギーに存在する実際の周波数の知覚は、一次的効果であると考えられる。実際の音響周波数に存在していない付加的な高調波が相互変調歪みまたは検出によって生成されようとなかろうと、このような高調波の知覚は、二次的効果であると考えられる。
【０１２４】
しかしながら、ピーク２０５０の振幅が大きすぎた場合、スピーカ（および、もしくは電力増幅器）はオーバードライブするだろう。ラウドスピーカがオーバードライブすることは、かなりの歪みを生じさせることになるので、ラウドスピーカを損傷させるかもしれない。
【０１２５】
ピーク２０５０のオーバードライブの影響が減少している間に、ミッドバス領域において、バスパンチユニット１７２０がエンハンスされた低音を提供することが望ましい。バスパンチユニット１７２０によって提供されるアタック時定数１９０４は、バスパンチユニット１７２０により、利得の立ち上がり時間を制限する。バスパンチユニット１７２０のアタック時定数は、長いアタック期間２０４６（遅いエンベロープ立ち上がり時間）を有する波形にほとんど影響を及ぼさないが、短いアタック期間２０４６（早いエンベロープ立ち上がり時間）を有する波形に比較的より多くの影響を及ぼす。
【０１２６】
図２１−１（Ａ）は、長いアタック期間２０４６を有する入力波形のエンベロープ２１０４に関係した、バスパンチユニット１７２０の利得の時間ドメインのグラフを示している。図２１−１（Ａ）では、エンベロープ２１０４の入力波形のみがプロットされているが、実際の波形でない（実際の波形とそのエンベロープとの間の関係は、図４Ｃと２０とに関連して説明されている）ことを、当業者は認識するであろう。エンベロープ２１０４を有する入力波形がバスパンチユニット１７２０に提供され、バスパンチユニット１７２０がエンベロープ２１０６を有する出力波形を生成させる。参考のために、図２１−１（Ｃ）は、バスパンチユニット１７２０の利得の時間ドメインのグラフである。バスパンチユニット１７２０のアタック時間と比較して、エンベロープ２１０４のアタック期間が長いことをさらに図示するために、図２１−１（Ａ）の時間軸を図２１−１（Ｃ）の時間軸と並べている。
【０１２７】
バスパンチユニット１７２０の利得の増加は、アタック時間によって制御されるものであるが、入力エンベロープ２１０４のアタック部分に「追いつく」ことが可能であるので、バスパンチユニット１７２０は、いくらかの利得を提供する以外に、エンベロープ２１０４の立ち上がり時間に対して比較的少ない形状効果しかない。したがって、出力エンベロープ２１０６は入力エンベロープ２１０４に類似しているが、利得は増加している。その結果、出力エンベロープ２１０６に対応している実際の出力信号は、入力エンベロープ２１０４に対応する実際の入力信号に類似しているが、利得は増加している。
【０１２８】
図２１−１（Ｂ）は、短いアタック期間を有する入力エンベロープ２１１４の時間ドメインのグラフを示している。入力エンベロープ２１１４は、バスパンチユニット１７２０に提供され、バスパンチ回路１７２０は出力エンベロープ２１１６を生成させる。バスパンチユニット１７２０のアタック時間と比較して、エンベロープ２１０４のアタック期間が短いことをさらに図示するために、図２１−１（Ｃ）の時間軸を図２１−１（Ａ）および（Ｂ）の時間軸と並べている。
【０１２９】
バスパンチユニット１７２０の利得の増加は、アタック時間によって制御されるが、入力エンベロープ２１１４のアタック部分に「追いつく」ことが可能でないので、出力エンベロープ２１１６の立ち上がり時間は入力波形２１１４の立ち上がり時間に類似している。したがって、出力波形２１１６の最大振幅は、入力エンベロープ２１１４の最大振幅に類似している。出力エンベロープ２１１６は、アタック時間によって制限されているが、バスパンチユニット１７２０が追跡するには入力波形のアタック期間は早すぎるので、パンチユニット１７２０によって加えられる増加された利得を含まないことが望ましい。このことは、パンチユニット１７２０によって提供される増加された利得が増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせる可能性を最小にした。しかしながら、入力エンベロープ２１１６がある程度の定常状態値に到達する時間までに、維持期間２０４８中にパンチユニット１７２０の利得は入力エンベロープに追いつくので、維持期間中、出力エンベロープ２１１６の振幅は入力エンベロープ２１１４の振幅よりも大きい。
【０１３０】
図２１−１（Ｂ）に示したように、バスパンチユニット１７２０の動作は、ラウドスピーカをオーバードライブさせる、入力信号における過度現象およびパルスを過度に増幅させる可能性を減少させるために、長期間利得では比較的より高い利得を提供する一方で、短期間利得では比較的より低い利得を提供することが好ましい。図２１−１（Ｂ）は、ラウドスピーカ（および／または電力増幅器）をオーバードライブさせることになる振幅に対応している振幅線２１１８を示している。アタック時間期間中に、低音１７２０の利得がその最大値に到達しないので、入力エンベロープ２１１４のピーク振幅は、線２１１８に類似している。
【０１３１】
図２１−２は、バスエンハンスメント回路１７００の振幅応答の周波数ドメインのグラフを示している。フィルタ１７１１ないし１７１５により提供される周波数選択は、主に、低い方の周波数ｆLと、高い方の周波数ｆHとによって制限されているパンチ周波数領域上でのバスパンチユニット１７２０の動作を制限する。ｆLより下の周波数領域は、ロールオフ領域である。ロールオフ領域では、バスエンハンスメント回路１７００が、１に近い伝達関数を提供する。これは、一般的な小型ラウドスピーカが、この領域において少しの音響出力しか生成させないことから、ロールオフ領域と呼ばれる。周波数ｆHより上の領域は、バスエンハンスメント回路が１に近い伝達関数を提供する通過帯域領域である。
【０１３２】
パンチ領域では、バスエンハンスメント回路１７００は、バスパンチ回路１７２０の時間依存利得のために、時間依存の利得を提供する。図２１−２は、パンチ周波数領域における利得曲線の一群を示し、この曲線は、異なるエンベロープ立ち上がり時間を有する入力信号に対応している。比較的早いエンベロープ立ち上がり時間を有する入力信号の場合、パンチ周波数領域におけるバスエンハンスメント回路１７００の利得は、ゆっくり変化する（ほぼ定常状態の）エンベロープを持つ信号の利得よりも小さい。
【０１３３】
図２２は、バスエンハンスメント回路１７００の１つの実施形態を示している回路図である。入力１７０２および１７０４は、加算器１７０６の第１と第２の端子とに提供される。ＤＣブロッキングキャパシタを入力１７０２および１７０４と直列に連結させ、バスエンハンスメント回路１７００の入力でＤＣブロックを提供してもよい。
【０１３４】
加算器１７０６の第１の端子は抵抗器２２０２の第１の端子に対応し、加算器１７０６の第２の端子は抵抗器２２０４の第１の端子に対応している。抵抗器２２０２の第２の端子および抵抗器２２０４の第２の端子は、オペアンプ２２０８の反転入力に提供される。オペアンプ２２０８の非反転入力は、接地箇所に提供される。オペアンプの出力は、フィードバック抵抗器２２０６の第１の端子に提供される。フィードバック抵抗器２２０６の第２の端子は、オペアンプ２２０８の反転入力に提供される。オペアンプ２２０６の出力は、加算器１７０６の出力に対応している。
【０１３５】
１つの実施形態では、ＤＣブロッキングキャパシタは４．７μＦのキャパシタであり、抵抗器２２０２、２２０４、および２２０６は１００ｋΩの抵抗器である。
【０１３６】
フィルタ１７１１ないし１７１５は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃによって製造されるＴＬ０７４オペアンプと、表３に示した抵抗器成分値とを用いている図９に示したトポロジーを使用する。
【０１３７】
【表３】
0004668415.tif 000004
【０１３８】
バンドパスフィルタ１７１１の出力は、抵抗器２２１０の第１の端子に提供される。バンドパスフィルタ１７１５の出力は、抵抗器２２１１の第１の端子に提供される。抵抗器２２１０の第２の端子はＳＰＤＴスイッチ１７１６の第１の投入に提供され、抵抗器２２１１の第２の端子はスイッチ１７１６の第２の投入に提供される。ＳＰＤＴスイッチ１７１６の極は、加算器１７１８の第１の端子に提供される。加算器１７１８の第１の端子は、オペアンプ２２２０の反転入力に提供される。
【０１３９】
バンドパスフィルタ１７１２ないし１７１４の出力は、それぞれ、加算器１７１８の第２の入力と、第３の入力と、第４の入力とに提供される。加算器１７１８の第１の入力は、抵抗器２２１０の第１の端子に対応している。加算器１７１８の第２の入力は、抵抗器２２１２の第１の端子に対応している。加算器１７１８の第３の入力は、抵抗器２２１４の第１の端子に対応している。加算器１７１８の第４の入力は、抵抗器２２１６の第１の端子に対応している。抵抗器２２１０、２２１２、２２１４、および２２１６のそれぞれの第２の端子は、オペアンプ２２２０の反転入力に提供される。オペアンプ２２２０の出力は、フィードバック抵抗器２２１８の第１の端子に提供される。フィードバック抵抗器２２１８の第２の端子は、オペアンプ２２２０の反転入力に提供される。オペアンプ２２２０の非反転入力は、接地箇所に提供される。オペアンプ２２２０の出力は、加算器１７１８の出力に対応している。加算器１７１８は、例えば、デジタル信号処理、トランジスタ等を用いて実現されてもよい。バンドパスフィルタ１７１１ないし１７１５および加算器１７１８はまた、バンドパスフィルタ１７１１ないし１７１５の応答を加算することによって得られる伝達関数に類似した伝達関数を持つフィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）を提供することによって、組み合わされてもよい。
【０１４０】
１つの実施形態では、抵抗器２２１１、２２１２、２２１４、および２２１６は１００ｋΩの抵抗器であり、抵抗器２２１０は６９．８ｋΩの抵抗器である。オペアンプ２２２０はＴＬ０７４であり、フィードバック抵抗器２２１８は１３．０ｋΩの抵抗器である。加算器１７１８は重み付けされた和を提供し、ここで、フィルタ１７１２ないし１７１５すべての出力は約０．１３の重さがあり、フィルタ１７１１の出力は約０．１８６の重さがあることを、当業者は認識するだろう。大きな低い周波数の信号によって小型スピーカをオーバードライブさせるのを防ぐために、５０Ｈｚの中心周波数を有するフィルタ１７１１からの周波数は、より小さな振幅で提供される。例えば、不均一の重み付け関数や、均一の重み付け関数等を含む他の重み付け関数が、同様に使用されてもよい。また、重み付け関数は、バンドパス、または重み付けされた伝達関数を持つ他のフィルタを使用し、加算器と組み合わせて実現されてもよい。
【０１４１】
ＳＰＤＴスイッチ１７２２の極は、左チャネル加算器１７２４の第１の入力と、右チャネル加算器１７３２の第１の入力とに提供される。左チャネル加算器の第１の入力は、抵抗器２２３０の第１の端子に対応している。左チャネル加算器の第２の入力は、抵抗器２２３２の第１の端子に対応している。抵抗器２２３０の第２の端子および抵抗器２２３２の第２の端子は、オペアンプ２２３６の反転入力に提供される。オペアンプ２２３６の非反転入力は、接地箇所に提供される。オペアンプ２２３６の出力は、キャパシタ２２３８の第１の端子と、キャパシタ２２４０の第１の端子と、フィードバック抵抗器２２３４の第１の端子とに提供される。フィードバック抵抗器２２３４の第２の端子は、オペアンプ２２３６の非反転入力に提供される。キャパシタ２２３８の第２の端子およびキャパシタ２２４０の第２の端子は、出力抵抗器２２４２の第１の端子に提供される。出力抵抗器の第１の端子は、左チャネル出力１７３０に提供される。出力抵抗器２２４２の第２の端子は、接地箇所に提供される。
【０１４２】
左チャネル加算器の第１の入力は、抵抗器２２５０の第１の端子に対応している。右チャネル加算器の第２の入力は、抵抗器２２５２の第１の端子に対応している。抵抗器２２５０の第２の端子および抵抗器２２５２の第２の端子は、オペアンプ２２５６の反転入力に提供される。オペアンプ２２５６の非反転入力は、接地箇所に提供される。オペアンプ２２５６の出力は、キャパシタ２２５８の第１の端子と、キャパシタ２２６０の第１の端子と、フィードバック抵抗器２２５４の第１の端子とに提供される。フィードバック抵抗器２２５４の第２の端子は、オペアンプ２２５６の反転入力に提供される。キャパシタ２２５８の第２の端子およびキャパシタ２２６０の第２の端子は、出力抵抗器２２６２の第１の端子に提供される。出力抵抗器２２６２の第１の端子は、右チャネル出力１７３３に提供される。出力抵抗器２２６２の第２の端子は、接地箇所に提供される。
【０１４３】
１つの実施形態では、抵抗器２２３２、２２３４、２２５２、および２２５４は１００ｋΩの抵抗器であり、抵抗器２２３０および２２５０は３３．２ｋΩの抵抗器であり、抵抗器２２４２および２２６２は１０ｋΩの抵抗器である。キャパシタ２２３８および２２５８は４．７μＦキャパシタであり、キャパシタ２２４０および２２６０は０．０１μＦキャパシタである。オペアンプ２２３６および２２５６は、ＴＬ０７４である。加算器１７２４および１７３２は、それぞれ重み付けされた和を生成し、ここで、各加算器の第１の入力（バスパンチユニット１７２０によって提供される入力）には約３．０１の重さがあり、各加算器の第２の入力には約１．０の重さがあることを、当業者は認識するだろう。
【０１４４】
バスパンチユニット１７２０の１つの実施形態のブロック図をブロック図２３００として図２３に示しており、対応する回路図を図２４に示している。図２３では、入力２３０３は、固定利得増幅器２３０６の第１の入力と、可変利得増幅器２３０５の第１の入力と、ポテンショメータ２３０８の第１の固定端子とに提供される。ポテンショメータ２３０８の第２の固定端子は接地箇所に提供され、ポテンショメータ２３０８のワイパー端子はエンベロープ検出器２３１２の入力に提供される。エンベロープ検出器２３１２の出力は、アタック／減衰バッファ２３１０に提供される。アタック／減衰バッファ２３１０の出力は、利得制御された増幅器２３０５の利得制御入力に提供される。固定利得増幅器２３０６の出力は、出力加算器２３０７の第１の入力に提供され、可変利得増幅器２３０５の出力は、出力加算器２３０７の第２の入力に提供される。出力加算器２３０７の出力は、バスパンチ出力２３０４に提供される。
【０１４５】
固定利得増幅器２３０６は、単位利得フィードフォワードパスを出力加算器２３０７に提供する。したがって、たとえ、利得制御された利得２３０８がゼロであったとしても、フィードフォワードパスはバスパンチ回路２３００に１．０の最小利得を提供するだろう。ポテンショメータ２３０８は、入力信号の一部分を選択するための電圧分割器として接続されている。選択された部分は、エンベロープ検出器２３１２に提供される。エンベロープ検出器の出力は、入力信号のエンベロープに近似する信号である。エンベロープ信号はアタック／減衰バッファに提供される。エンベロープ信号が正の勾配（立ち上がり端）を持っているときに、アタック／減衰バッファは、アタック時定数によって与えられるレートで、利得制御される増幅器の利得を増加させるために信号を提供する。エンベロープ信号が負の勾配（立ち下がり端）を持っているときに、アタック／減衰バッファは、減衰時定数によって与えられるレートで、利得制御される増幅器の利得を減少させるために信号を提供する。
【０１４６】
ユニット２３００の利得にしたがって、出力レベルが入力信号によって制御されることから、図２３に示したバスパンチユニット２３００はエキスパンダである。入力信号の平均振幅が増加すると、利得が増加する。逆に、平均入力信号レベルが低下すると、利得が減少する。ポテンショメータ２３０８が、すべての入力信号を選択してエンベロープ検出器２３１２に提供するように位置付けられたときに、入力信号の最大拡張が生じる。ポテンショメータ２３０８が、いずれの入力信号も選択されないように位置付けられた（すなわち、エンベロープ検出器２３１２に対する入力が接地された）ときに、最小の拡張が生じ、利得が１に落ちる。拡張の量が増加すると、低音の知覚が増加し、ラウドスピーカをオーバードライブさせる可能性も増加するだろう。ポテンショメータ２３０８は、ラウドスピーカをオーバードライブさせる可能性を必要以上に増加させないで、入力信号の十分な拡張を提供して低音の知覚をエンハンスさせるように位置付けられることが望ましい。
【０１４７】
図２４は、バスパンチユニット２３００の１つの実施形態を図示している回路図である。図２４では、入力２３０３は、キャパシタ２４４２の第１の端子と、ポテンショメータ２３０８の第１の固定端子とに提供される。ポテンショメータ２３０８の第２の固定端子は接地箇所に提供され、ポテンショメータ２３０８のワイパー端子はキャパシタ２４０６の第１の端子に提供される。キャパシタ２４０６の第２の端子は抵抗器２４０８の第１の端子に提供され、抵抗器２４０８の第２の端子は利得制御回路２４４９のエンベロープ検出器入力（ピン３）に提供される。１つの実施形態において、図１４および表２に関連して説明したように、利得制御回路２４４９はＮＥ５７２である。アタックタイミングキャパシタ２４４３の第１の端子は利得制御回路２４４９のアタック制御入力（ピン４）に提供され、アタックタイミングキャパシタ２４４３の第２の端子は接地箇所に提供される。減衰タイミングキャパシタ２４４４の第１の端子は、利得制御回路２４４９の減衰制御入力（ピン２）に提供され、減衰タイミングキャパシタ２４４４の第２の端子は接地箇所に提供される。
【０１４８】
キャパシタ２４４２の第２の端子は、利得制御回路２４４９のＶin端子（ピン７）と、抵抗器２４１０の第１の端子とに提供される。抵抗器２４１０の第２の端子は、利得制御回路２４４９のＶout端子（ピン５）と、オペアンプ２４４７の反転入力とに提供される。オペアンプ２４４７の非反転入力は、接地されたキャパシタ２４４６の端子と、オペアンプ２４５２の非反転入力と、抵抗器２４４５の第１の端子とに提供される。抵抗器２４４５の第２の端子は、利得制御回路２４４９のＴＨＤ端子（ピン６）に提供される。
【０１４９】
オペアンプ２４４７の出力は、フィードバック抵抗器２４４９の第１の端子と、出力２３０４とに提供される。フィードバック抵抗器２４４９の第２の端子は、オペアンプ２４４７の反転入力に提供される。
【０１５０】
オペアンプ２４５２の反転入力は、接地された抵抗器２４５３の端子と、フィードバック抵抗器２４５１の第１の端子とに提供される。フィードバック抵抗器２４５１の第２の端子は、オペアンプ２４５２の出力と、抵抗器２４５０の第１の端子とに提供される。抵抗器２４５０の第２の端子は、オペアンプ２４４７の反転入力に提供される。
【０１５１】
１つの実施形態では、ポテンショメータ２３０８は、１．０ｋΩの線形ポテンショメータである。キャパシタ２４４２、２４０６、および２４４６は、２．２μＦキャパシタである。アタックタイミングキャパシタは１．０μＦキャパシタであり、減衰タイミングキャパシタ２４４４は１０μＦキャパシタである。抵抗器２４０８は３．１ｋΩの抵抗器であり、抵抗器２４４５は１．０ｋΩの抵抗器である。抵抗器２４５３および２４５１は１０ｋΩの抵抗器であり、抵抗器２４１０、２４４９、および２４５０は１７．４ｋΩの抵抗器である。
【０１５２】
利得制御回路２４４９は、エンベロープ検出器２４６１と、アタック／減衰バッファ２４６２と、利得素子２４６３とを備える。図２３におけるブロック図のように、エンベロープ検出器２４６１の出力はアタック／減衰バッファ２４６２に提供され、アタック／減衰バッファ２４６２の出力は利得素子２４６３を制御する。アタックおよび減衰時定数は、抵抗−キャパシタ（ＲＣ）回路網によって制御される。アタック／減衰バッファ２４６２は、アタックＲＣ回路網向けの内部の１０ｋΩ抵抗器と、減衰ＲＣ回路網向けの内部の１０ｋΩ抵抗器とを提供する。１．０μＦのアタックキャパシタ２４４３は、約４０ｍｓ（ミリ秒）のアタック時定数を生成させる。１０μＦの減衰キャパシタ２４４４は、４００ｍｓの減衰時定数を生成させる。他の実施例では、アタック時定数は５ｍｓから４００ｍｓの範囲に及んでもよく、減衰時定数は１００ｍｓから１０００ｍｓの範囲に及んでよい。
【０１５３】
利得素子２４６３は、電子的可変抵抗器に類似しており、オペアンプ２４４７の利得を変えるためにオペアンプ２４４７のフィードバック回路とともに使用される。オペアンプ２４５２は、ＤＣバイアスを提供する。単位利得フィードフォワードパスは、抵抗器２４１０によって提供される。
【０１５４】
バスパンチユニット１７２０はまた、いくらかの低周波数サウンドの高調波をエンハンスさせることによって、ならびに、他の低周波数のサウンドの基本波をエンハンスさせることによって、オーディオ波形を修正してエンハンスさせるように実行する。いくらか低周波数サウンドの高調波をエンハンスさせることによって、バスパンチユニット１７２０は、ラウドスピーカから低周波数サウンドが放出されているという知覚を生じさせるために、人間の耳が低周波数サウンドの上音および高調波を処理する方法を利用する。バスパンチユニット１７２０は、ラウドスピーカが、多くの低周波数サウンドを、さらには、ラウドスピーカによって不十分にしか再生されない低周波数サウンドを生成しているという知覚を生じさせる。さらに、バスパンチユニット１７２０の動作は、ラウドスピーカをオーバードライブさせる、入力信号における過渡現象およびパルスを過度に増幅させる可能性を減少させるために、長期間利得では比較的より高い利得を提供する一方で、短期間利得では比較的より低い利得を提供することが好ましい。経時的な入力信号の増加に応答して、バスパンチユニット１７２０の利得はアタック時定数にしたがって増加する。経時的な入力信号の減少に応答して、バスパンチユニットの利得は減衰時定数したがって減少する。アタック時定数および減衰時定数の動作は、入力信号の短期間の増加の増幅を減少させるのに役立つので、スピーカをオーバードライブさせる可能性を減少させる。
【０１５５】
ＩＩ．ピーク圧縮によるバスパンチ
図２０および２１−１（Ｂ）に示したように、低音楽器（例えば、ベースギター）によって再生される音符のアタック部分は、比較的大きな振幅の初期パルスで始まることが多い。このピークは、いくつかのケースでは、増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせ、歪んだサウンドを生じさせて、ラウドスピーカまたは増幅器を損傷させる可能性がある。バスエンハンスメントプロセッサが、バス信号におけるピークの平坦化を提供する一方で、バス信号におけるエネルギーを増加させるので、全体的な低音の知覚を増加させる。
【０１５６】
信号におけるエネルギーは、信号の振幅および信号の持続期間の関数である。別な言い方をすると、エネルギーは、信号のエンベロープの下の面積に比例する。低音音符の初期パルスは比較的大きな振幅を持っているかもしれないが、初期パルスは、短い持続期間であるので、少しのエネルギーしか含まないことが多い。したがって、少しのエネルギーしかない初期パルスは、低音の知覚に著しく貢献しないことが多い。したがって、初期パルスは、大抵、低音の知覚にほとんど影響を及ばさずに、振幅を減少させることができる。
【０１５７】
図２５は、バスエンハンスメントシステム２５００の信号処理ブロック図であり、これは、ピーク圧縮器を使用して、初期パルスや低音音符のようなパルスの振幅を制御するバスエンハンスメントを提供する。システム２５００では、ピーク圧縮器２５０２が合成器１７１８とパンチユニット１７２０との間に置かれている。合成器１７１８の出力はピーク圧縮器２５０２の入力に提供され、ピーク圧縮器２５０２の出力はバスパンチユニット１７２０の入力に提供される。
【０１５８】
図１７を図１６Ｂおよび図１６Ｃと関連させた上記の見解は、図２５に示したトポロジーにも同様に適用する。例えば、示したように、図２５は、図１６Ｂに示したトポロジーにほぼ対応し、信号処理ブロック１６１３および１６１５は１の伝達関数を有し、信号処理ブロック１６１２は複合フィルタ１７０７と、ピーク圧縮器２５０２と、バスパンチユニット１７２０とを備えている。しかしながら、図２５に示した信号処理は、図１６Ｂに示したトポロジーに限定されない。図２５の素子はまた、図１６Ｃに示したトポロジーにおいて使用されてもよい。図２５には示していないが、信号処理ブロック１６１３、１６１５、１６２１、および１６２３は、例えば、低バス周波数を除去するハイパスフィルタリング、バスパンチユニット１７０２および圧縮器２５０２によって処理された周波数を除去するハイパスフィルタリング、高い周波数のサウンドをエンハンスさせる高周波数エンファシス、バスパンチ回路１７２０およびピーク圧縮器２５０２を増補させるさらなるミッドバス処理等のような、さらなる信号処理を提供してもよい。他の組み合わせも同様に考えられる。
【０１５９】
ピーク圧縮ユニット２５０２は、ピーク圧縮ユニットの入力において提供される信号のエンベロープを“平坦化”させる。大きな振幅を有する入力信号の場合、圧縮ユニット２５０２の見かけ上の利得は減少する。小さな振幅を有する入力信号の場合、圧縮ユニット２５０２の見かけ上の利得は増加する。したがって、圧縮ユニットは、入力信号のエンベロープのピークを低減させる（また、入力信号のエンベロープにおけるくぼみを埋める）。圧縮ユニット２５０２の入力に提供される信号にかかわらず、圧縮ユニット２５０２からの出力信号のエンベロープ（例えば、平均振幅）は、比較的均一な振幅を有している。
【０１６０】
図２６は、比較的大きな振幅の初期パルスを有するエンベロープ上のピーク圧縮器の効果を示している時間ドメインのグラフである。図２６は、より低い振幅信号のより長い期間が続く初期の大きな振幅のパルスを有している入力エンベロープ２６１４の時間ドメインのグラフを示している。出力エンベロープ２６１６は、（ピーク圧縮器２５０２のない）入力エンベロープ２６１４に関するバスパンチユニット１７２０の結果を示している。出力エンベロープ２６１７は、ピーク圧縮器２５０２およびパンチユニット１７２０の双方を通って入力信号２６１４が送られた結果を示している。
【０１６１】
図２６に示したように、入力信号２６１４の振幅が増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせるのに十分であると仮定すると、バスパンチユニットは、入力信号２６１４の最大振幅を制限しないので、出力信号２６１６もまた増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせるのに十分である。
【０１６２】
しかしながら、信号２６１７に関連して使用されるパルス圧縮ユニット２５０２は、大きな振幅パルス（の振幅を低減）圧縮する。圧縮ユニット２５０２は、入力信号２６１４の大きな振幅の偏移を検出して、出力信号２６１７が増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせることがないように、最大振幅を圧縮（低減）させる。
【０１６３】
圧縮ユニット２５０２は信号の最大振幅を低減させるので、出力信号２６１７が増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせる確率を大きく減らさなくても、パンチユニット１７２０によって提供される利得を増加させることが可能である。信号２６１７は、バスパンチユニット１７２０の利得が増加している実施形態に対応している。したがって、長い減衰部分の間、信号２６１７は、曲線２６１６よりも大きな振幅を有している。
【０１６４】
先に説明したように、信号２６１４、２６１６、および２６１７におけるエネルギーは、それぞれの信号を表している曲線の下の面積に比例している。信号２６１７は、より多くのエネルギーを有している。その理由は、たとえ、信号２６１７が、より小さい最大振幅を有していたとしても、信号２６１７を表している曲線の下の方が、信号２６１４または２６１６のいずれよりも、より大きな面積を有しているからである。信号２６１７は、より多くのエネルギーを含んでいることから、リスナは、信号２６１７におけるより多くの低音を知覚するだろう。
【０１６５】
したがって、バスパンチユニット１７２０と併用してピーク圧縮器を使用することによって、バスエンハンスメントシステムがバス信号においてより多くのエネルギーを提供でき、そして、エンハンスされたバス信号が、増幅器またはラウドスピーカをオーバードライブさせる可能性を減少させる。
【０１６６】
ピーク圧縮器は、技術的に知られている。例えば、先に説明したＮＥ５７２用のデータシートは、（多少複雑化された回路ではあるが）圧縮回路を開示している。
【０１６７】
図２７は、入力２７０３および出力２７０４を有するピーク圧縮器回路２７００の１つの実施形態のブロック図である。出力２７０４における信号は、入力２７０３における信号の圧縮されたバージョンである。新しい組み合わせでは、ピーク圧縮器２７００が、エキスパンダを使用することによって圧縮を提供する。圧縮器２７００で使用されるエキスパンダ回路は、バスパンチ回路２３００に使用されるエキスパンダに類似している。
【０１６８】
図２４に示したエキスパンダのようなエキスパンダでは、総（すなわち、拡張された）出力信号は、入力信号と拡張信号の和である。入力信号の振幅が増加すると、拡張信号の振幅は増加し、これにより、出力（２つの合計）は増加する。対比してみると、圧縮器２７００の出力信号は、入力信号から拡張信号を引いたものである。入力信号がより大きくなると、拡張信号も同様に大きくなるが、２つの間の差（圧縮器出力）はより小さくなる。これが圧縮器の性質であり、入力信号がより大きくなると、圧縮器の見かけ上の利得は減少する。比較的小さな振幅を有する入力信号の場合、圧縮器は比較的大きな利得を持っている。しかし、比較的大きな振幅を有する入力信号の場合、圧縮器は比較的小さな利得を持っている。
【０１６９】
図２７では、入力２７０３は、反転エキスパンダ２７０８の入力と、抵抗器２７１６の第１の端子とに提供される。反転エキスパンダ２７０８の出力は、抵抗器２７１８の第１の端子に提供される。
【０１７０】
抵抗器２７１６の第２の端子および抵抗器２７１８の第２の端子の双方とも、オペアンプ２７２０の反転入力に提供される。フィードバック抵抗器２７２２は、オペアンプ２７２０の反転入力とオペアンプ２７２０の出力との間に接続されている。オペアンプ２７２０の非反転入力は、接地箇所に提供されている。オペアンプ２７２０の出力は、出力２７０４に提供されている。
【０１７１】
反転エキスパンダ２７０８は、エキスパンダ入力に関して反転（ネゲート）されたエキスパンダ出力と、エキスパンダ入力とを有するエキスパンダである。反転増幅器を通して、エキスパンダの入力（または出力）を送ることによって、非反転エキスパンダも同様に使用されてもよい。アタックおよび減衰時定数は、バスパンチユニット１７２０のアタックおよび減衰時定数に類似していることが好ましい。１つの実施形態では、エキスパンダ２７０８は、図２４に示したエキスパンダ２３００を含む。
【０１７２】
オペアンプ２７２０の反転入力は、実際に、加算接合であり、（抵抗器２７１６を通して提供される）入力信号は、（抵抗器２７１８を通して提供される）拡張された信号に「加算」される。エキスパンダ２７０８の出力がエキスパンダの入力に対してネゲートされるので、加算接合において減算が発生する。したがって、圧縮器２７００の出力は、（抵抗器２７１６によって重み付けされた）入力信号の重み付けされた和から（抵抗器２７１８によって重み付けされた）拡張された信号を減算したものである。抵抗器２７１６をＲ１と示し、抵抗器２７１８をＲ２と示すと、一般的に、Ｒ１は、Ｒ２よりも大きくなければならない。
【０１７３】
他の実施形態
本発明のある特定の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は、一例として提示したにしか過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。例えば、本発明は、入力チャネルを合成して、合成されたチャネルを生成して修正し、エンハンスされた低音を生成する実施形態に限定されるものではない。チャネルの合成を必要としないので、エンハンスメント信号処理は別々の入力チャネル上で実行されてもよい。さまざまな実施形態では、バイクァッドおよびチェビチェフフィルタを使用したが、本発明はこれらのフィルタアライメントに限定されるものではない。したがって、他のフィルタアライメントもまた同様に使用されてもよい。さらに、フィルタリングは、説明したバンドパスフィルタではなく、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを組み合わせたものを使用することによって実現されてもよい。したがって、本発明の広さおよび範囲は、特許請求の範囲、および、これらの均等物のみにしたがって規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明を用いた使用に適したオーディオシステムのブロック図である。
【図２】  図２は、サウンドカードおよびラウドスピーカを有するマルチメディアコンピュータシステムのブロック図である。
【図３】  図３は、一般的な小型ラウドスピーカシステムの周波数応答のグラフである。
【図４Ａ】  図４Ａは、２つのディスクリート周波数によって表した信号の実際のスペクトルおよび知覚されたスペクトルを図示している。
【図４Ｂ】  図４Ｂは、周波数の連続するスペクトルによって表された信号の実際のスペクトルおよび知覚されたスペクトルを図示している。
【図４Ｃ】  図４Ｃは、変調された搬送波の時間波形を図示している。
【図４Ｄ】  図４Ｄは、検出器による検出後の図４Ｃの時間波形を図示している。
【図５】  図５は、サウンドカードおよびラウドスピーカを含む一般的なコンピュータシステムのブロック図である。
【図６Ａ】  図６Ａは、デジタルサウンドシステムのブロック図である。
【図６Ｂ】  図６Ｂは、サウンドエンハンスメント処理を用いるデジタルサウンドシステムのブロック図である。
【図７】  図７は、サウンドエンハンスメント機能が、サウンドエンハンスメントユニットによって提供される、本発明のハードウェア実施形態のブロック図である。
【図８】  図８は、入力信号のスペクトルを形成し、低周波数サウンドの知覚をエンハンスさせるのに使用される信号処理の１つの実施形態を図示している。
【図９】  図９は、本発明のいくつかの実施形態において使用されるバンドパスフィルタの回路図である。
【図１０】  図１０は、図８に示した信号処理図において使用されるバンドパスフィルタの伝達関数のグラフである。
【図１１】  図１１は、ゼロ交差検出器を使用する知覚エンハンスメントシステムの信号処理ブロック図である。
【図１２Ａ】  図１２Ａは、図８に示したバンドバスフィルタに接続されている多数の音響利得制御回路を使用して発生され、十分な低周波数エネルギーを有する入力信号に対応しているエンハンスメント伝達関数を図示している。
【図１２Ｂ】  図１２Ｂは、図１２Ａに示したエンハンスメント伝達関数によって生成され結果的に生じた合計のスペクトルを図示している。
【図１２Ｃ】  図１２Ｃは、図８に示したバンドパスフィルタに接続されている多数の音響利得制御回路を使用して発生され、ほんのわずかの低周波数エネルギーを持つ入力信号に対応しているエンハンスメント伝達関数を図示している。
【図１２Ｄ】  図１２Ｄは、図１２Ｃに示したエンハンスメント伝達関数によって生成されて結果的に生じた合計のスペクトルを図示している。
【図１３】  図１３は、図１２に示したエンハンスメント伝達関数を生成させるシステムの信号処理ブロック図である。
【図１４Ａ】  図１４Ａは、自動利得制御増幅器のブロック図である。
【図１４Ｂ】  図１４Ｂは、図１４Ａに示したブロック図に対応している自動利得制御増幅器の回路図である。
【図１５】  図１５は、選択可能な周波数応答を用いた、図１２に示したようなエンハンスメント伝達関数を提供するシステムの信号処理ブロック図である。
【図１６Ａ】  図１６Ａは、バスエンハンスメント処理を用いるサウンドシステムのブロック図である。
【図１６Ｂ】  図１６Ｂは、多数のチャネルを単一のバスチャネルに合成するバスエンハンスメントプロセッサのブロック図である。
【図１６Ｃ】  図１６Ｃは、多数のチャネルを別々に処理するバスエンハンスメントプロセッサのブロック図である。
【図１７】  図１７は、バスエンハンスメントに選択可能な周波数応答を提供するシステムの信号処理ブロック図である。
【図１８】  図１８は、図１７に示した信号処理図で使用されるバンドパスフィルタの伝達関数のグラフである。
【図１９】  図１９は、パンチ回路の時間振幅応答を示している時間ドメインのグラフである。
【図２０】  図２０は、楽器によって再生される一般的な低音音符の信号およびエンベロープ部分を示している時間ドメインのグラフであり、エンベロープは、アタック、減衰、維持、およびリリース部分を示している。
【図２１−１】  図２１−１（Ａ）は、ゆっくりなアタックを伴うエンベロープ上のバスパンチ回路の効果を示している時間ドメインのグラフであり、図２１−１（Ｂ）は、早いアタックによるエンベロープに関するバスパンチ回路の結果を示している時間ドメインのグラフであり、図２１−１（Ｃ）は、図２１−１（Ａ）および図２１−１（Ｂ）に関連したアタック時の時間ドメインのグラフである。
【図２１−２】  図２１−２は、図２１−１および図２１−２にに示したバスパンチ伝達関数を含む図１７に示したバスエンハンスメントシステムの振幅応答曲線を示している周波数領域のグラフである。
【図２２】  図２２は、図１７に示したバスエンハンスメントシステムを実現する回路図の１つの実施形態を示している。
【図２３】  図２３は、バスパンチ回路の１つの実施形態のブロック図である。
【図２４】  図２７は、図２３に示したバスパンチ回路の１つのインプリメンテーションの回路図である。
【図２５】  図２５は、ピーク圧縮器およびバスパンチ回路を使用して、バスエンハンスメントを提供するシステムの信号処理ブロック図である。
【図２６】  図２６は、早いアタックによるエンベロープに関するピーク圧縮器の結果を示している時間ドメインのグラフである。
【図２７】  図２７は、ピーク圧縮器の１つの実施形態の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１−１】
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【図２１−２】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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