УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АУДИОСИГНАЛА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЗВУКА, СИСТЕМА, СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА
DEVICE FOR AUDIO PLAYBACK BY TRANSDUCER, SYSTEM, METHOD (VERSIONS) AND COMPUTER PROGRAM

Область техники, к которой относится изобретение
Некоторые варианты осуществления согласно изобретению относятся к устройствам для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Некоторые варианты осуществления относятся к системе, содержащей устройство для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Некоторые варианты осуществления относятся к способам обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Некоторые варианты осуществления относятся к компьютерной программе.
Вариант осуществления согласно изобретению относится к загружаемой эквализации для наушников.
Уровень техники
Преобразователи звука, такие как наушники или громкоговорители, широко используются для представления аудиосигналов слушателям. В ряде случаев преобразователи звука продаются совместно с оборудованием, обеспечивающим аудиосигналы, подлежащие представлению упомянутыми преобразователями звука. Однако, во многих случаях, преобразователи звука переносятся отдельно потребителями, что часто приводит к снижению качества аудиосигнала.
Ниже некоторые проблемы будут описаны в отношении наушников, которые являются одним возможным примером
преобразователя звука.
Прежде всего, опишем некоторые общие характеристики наушников. Существуют различные типы наушников, используемые в области бытового и профессионального аудио: вставные (внутриканальные) наушники, наушники-пуговки (внутриушные), наушные (надушные) и поверхушные (вокругушные). В области мобильной связи наушники часто объединяются с микрофонами в одном устройстве для осуществления голосовых вызовов без помощи рук. Для простоты эти «гарнитуры» также будем именовать в этом документе наушниками (или преобразователями звука).
Наушники изготавливаются с использованием различных технологий и материалов. Эти различия приводят к разным звуковым характеристикам. Это, в основном, обусловлено различием в частотной характеристике различных наушников (см. фиг. 8, где показан график частотной характеристики различных наушников, и также источник [1]). Например, на графике 800, приведенном на фиг. 8, абсцисса 810 описывает частоту (в герцах) на логарифмической шкале. Ордината 820 описывает уровень (или относительный уровень) в децибелах на логарифмической шкале. Как можно видеть, кривая 830 описывает так называемую частотную характеристику типа «диффузного поля» согласно международному стандарту ISO-11904-1. Вторая кривая 832 описывает частотную характеристику «высококачественных» наушников. Третья кривая 834 описывает частотную характеристику «дешевых» наушников. Как можно видеть, «высококачественные» наушники содержат частотную характеристику, которая лучше аппроксимирует частотную характеристику «диффузного поля», чем частотная характеристика «низкокачественных» наушников.
Кроме того, следует отметить, что частотная характеристика наушников является важным компонентом их воспринимаемого качества (см., например, источник [2]).
В идеальном случае наушники должны быть способны обеспечивать частотную характеристику, которая следует заданной целевой кривой, например, так называемой «эквализации диффузного поля». За подробностями можно обратиться, например, к источнику [3]. Во многих случаях считается, что наушники, которые имеют частотную характеристику, которая сильно отличается от идеальной частотной характеристики, имеют низкое качество аудиосигнала.
Частотную характеристику наушников можно идентифицировать путем измерения на заданном разъеме (см., например, источник [4]). Частотная характеристика описывает, какое звуковое давление создается в наружном слуховом проходе при подаче конкретного уровня электрического напряжения на наушники. Уровень звукового давления является частотнозависимым.
Измерение этих частотных характеристик наушников является весьма многообещающим. Для получения правильных результатов, во многих случаях, необходимо иметь макет головы, снабженный имитаторами ушей или акустическим соединительным приспособлением, особым звукоизмерительным оборудованием и программным обеспечением, и надлежащим ноу-хау. Следовательно, измерение частотных характеристик наушников должны проводить профессионалы, а не потребители или конечные пользователи.
Ниже будут описаны фильтры для наушников.
Качество аудиосигнала наушников можно значительно улучшить. Таким образом, рекомендуется повторно обрабатывать (например, «эквализировать») сигнал, прежде чем подавать его на наушники. Это можно делать, например, с помощью фильтров, которые согласуются с частотной характеристикой подключенных наушников (где фильтрация также может толковаться как «эквализация»). За подробностями можно обратиться к источнику [5]. Эти фильтры, например, могут быть предназначены для компенсации несовершенной частотной характеристики, которая именуется эквализацией (наушников). Следовательно, можно повысить качество аудиосигнала этих наушников.
В настоящее время наушники можно подключать почти ко всем бытовым медиаустройствам, например, телевизорам, игровым консолям, AV-приемникам, персональным музыкальным проигрывателям, смартфонам и т.д. В таких устройствах фильтры можно реализовать в виде аналоговых или цифровых устройств.
В ряде случаев наушники продаются совместно с устройством. Однако, благодаря стандартизованному интерфейсу, любые наушники можно подключать к любому устройству. Однако эта совместимость часто достигается за счет плохого согласования между устройством и наушниками.
Некоторые производители наушников пытаются идентифицировать наушники, подключенные к устройству, для выбора фильтров. Например, это возможно для цифрового соединения через Bluetooth. В качестве альтернативы, для идентификации наушников можно использовать RFID (см., например, источник [6]).
Для аналогового соединения через гнездо для наушников можно измерять импеданс наушников. Это делается для управления мощностью усилителя для наушников (см., например, источник [7]). Однако таким простым средством идентифицировать наушники невозможно.
В дальнейшем будут описаны разные принципы улучшения звука для наушников.
Обработка аудиосигнала для улучшения качества осуществляется во многих приложениях, именуемых улучшением звука, эквалайзером, виртуализатором и т.д. Некоторые из алгоритмов учитывают конкретную ситуацию прослушивания с помощью наушников. Они обеспечивают эффекты наушников, например, усиление басов или 3D эффекты. В порядке примера, рассмотрим фиг. 9, где показан снимок экрана улучшения звука для наушников, так называемого «Life Vibes». Однако эти принципы не учитывают информацию о конкретной модели наушников.
Некоторые мультимедийные проигрыватели обладают возможностью задавать коэффициенты усиления эквалайзера (обычно 3-10 каналов) для ручного управления частотной характеристикой. Например, рассмотрим фиг. 10, где показан снимок экрана 10-канального эквалайзера в медиаплеере «Winamp». Однако частотного разрешения недостаточно для высококачественной эквализации, и параметры фильтрации, подлежащие заданию, неизвестны пользователю.
Одно приложение на профессиональном устройстве обработки аудиосигнала позволяет выбирать заранее заданный набор из десяти моделей профессиональных наушников (подробности можно найти в источнике [8]). Кроме того, можно также обратиться к фиг. 11, где показан снимок экрана так называемого алгоритма «Engage» с выбором наушников. Однако выбор фильтров наушников ограничен. Кроме того, эквализацию для наушников можно применять только совместно с бинаурализацией.
В дальнейшем будут кратко рассмотрены автоматическое обнаружение и эквализация наушников. Смартфон HTC Sensation XL поставляется совместно с наушниками Beats Audio (подробности можно найти в источнике [9]). Этот смартфон автоматически распознает эти наушники и применяет выравнивающий фильтр, который обещает «совершенное восприятие звука».
Ниже будут кратко описаны системы выравнивающих/эквализирующих фильтров для громкоговорителей. Их система выравнивающих/эквализирующих фильтров специально предназначена для громкоговорителей. Например, германский изготовитель громкоговорителей Nubert разработал такое устройство для своих громкоговорителей. За подробностями можно обратиться, например, к фиг. 12, где показано несколько так называемых «устройств с модулем активной настройки (ATM) Nubert». За дополнительными подробностями обратимся к источнику [10].
Фильтрационная система основана на оборудовании и работает на аналоговых сигналах, которыми обмениваются между собой предусилитель (или, в качестве альтернативы, устройство воспроизведения, например, CD-проигрыватель) и усилитель мощности. Основное внимание уделяется расширению нижней частоты отсечки. Например, на фиг. 13 показано, как расширяется нижняя частота отсечки с помощью ATM Nubert. Система согласуется с одним и только одним конкретным типом громкоговорителя. Нет никакой возможности согласовать устройство с другим типом громкоговорителя. Для другого громкоговорителя нужно было бы купить/подключить другое устройство ATM.
Подводя итог вышесказанному, желательно иметь принцип, который позволяет повысить качество аудиосигнала звука, вырабатываемого преобразователем звука, который работает для разнообразных преобразователей звука (например, самых разных типов наушников).
Раскрытие изобретения
Вариант осуществления согласно изобретению создает устройство для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Устройство содержит блок определения параметров эквализации для определения набора параметров эквализации и эквалайзер, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала, для получения эквализированного аудиосигнала. Блок определения параметров эквализации содержит идентификацию преобразователя звука, выполненную с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием распознавания изображений, и выбор параметров, выполненный с возможностью выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата идентификации преобразователя звука.
Этот вариант осуществления согласно изобретению основан на установленном факте, что автоматическая идентификация преобразователя звука (например, наушников) значительно облегчает выбор надлежащего набора параметров эквализации и что автоматическая идентификация преобразователя звука может эффективно осуществляться во многих современных устройствах с использованием возможностей распознавания изображений, уже имеющихся на многих современных устройствах, например, компьютерах, смартфонах и многих других устройствах связи и мультимедийных устройствах. Соответственно, пользователь избавляется от необходимости вручную выбирать из длинного списка тип преобразователя звука. Кроме того, распознавание изображений можно использовать для обеспечения данных, значительно уточненных по сравнению с теми, которые типичный пользователь захотел бы вводить вручную. Таким образом, идентификация преобразователя звука на основании распознавания изображений и выбор параметров эквализации в зависимости от результата упомянутой идентификации преобразователя звука обеспечивают возможность удобной для пользователя регулировки набора параметров эквализации, что, в свою очередь, позволяет добиться эквализации хорошего качества с использованием упомянутого выбранного набора параметров эквализации, тем самым способствуя достижению хорошего качества аудиосигнала и принося удовлетворение пользователю.
В предпочтительном варианте осуществления идентификация преобразователя звука выполнена с возможностью получения изображения преобразователя звука или метки, связанной с преобразователем звука (например, присоединенных к преобразователю звука), и идентификации преобразователя звука на основании изображения. Таким образом, возможны разные методы распознавания изображений, согласно которым преобразователи звука распознаются по их конкретному внешнему виду (форме, цвету и пр.) и/или на основании метки, связанной с преобразователем звука.
В предпочтительном варианте осуществления идентификация преобразователя звука выполнена с возможностью оценивания оптического штрихкода или многомерного оптического кода (например, двухмерного кода, QR-кода и т.п.), размещенного на преобразователе звука, для идентификации преобразователя звука. Использование оптического штрихкода или многомерного оптического кода позволяет использовать стандартизованные форматы информации, которые обеспечивают распознаваемость с малыми затратами ресурсов и хорошей достоверностью. Кроме того, оптические штрихкоды или многомерные оптические коды могут быть выполнены с возможностью нести сравнительно большой объем информации, причем информация может быть числовой, буквенно-числовой и т.п. Итак, идентифицируя преобразователь звука на основании оптического штрихкода или многомерного оптического кода, можно достоверно идентифицировать преобразователь звука с использованием стандартных способов распознавания изображений.
В предпочтительном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью загрузки одного или более наборов параметров эквализации, связанных с одним или более преобразователями звука, с сервера. Это позволяет непрерывно увеличивать количество поддерживаемых преобразователей звука и избавляет от необходимости иметь очень большую базу данных на самом устройстве.
Другой вариант осуществления согласно изобретению создает другое устройство для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Это устройство содержит блок определения параметров эквализации для определения набора параметров эквализации и эквалайзер, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала для получения эквализированного аудиосигнала. Блок определения параметров эквализации содержит идентификацию преобразователя звука, выполненную с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием сигнала идентификации, который обеспечивается преобразователем звука через аудиосоединение, и блок выбора параметров, выполненный с возможностью выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата идентификации преобразователя звука.
Этот вариант осуществления согласно изобретению основан на установленном факте, что преобразователь звука можно идентифицировать с малыми затратами ресурсов, если сигнал идентификации, который используется для идентификации преобразователя звука и, следовательно, для выбора набора параметров эквализации, передается через аудиосоединение. Благодаря повторному использованию аудиосоединения для передачи такого сигнала идентификации технические ресурсы, используемые для идентификации преобразователя звука, могут оставаться достаточно малыми. Например, благодаря использованию этого устройства отпадает необходимость в каком-либо средстве оптического формирования изображения. Кроме того, благодаря передаче сигнала идентификации через аудиосоединение отпадает необходимость в каких-либо дополнительных соединениях (например, дополнительных линиях или дополнительной радиочастотной линии связи) для идентификации преобразователя звука. Соответственно, принцип можно использовать, привлекая достаточно небольшие аппаратные ресурсы.
В предпочтительном варианте осуществления идентификация преобразователя звука выполнена с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием неслышимого сигнала идентификации, который обеспечивается преобразователем звука и накладывается на соединение для передачи аудиосигнала. С использованием такого принципа единственное электрическое соединение можно использовать как для передачи аудиосигналов, так и для передачи сигнала идентификации. Другими словами, единственную линию или пару линий можно совместно использовать для передачи аудиоконтента и для передачи сигнала идентификации, что позволяет поддерживать как можно меньшее количество линий и/или количество штырьков разъема. Это помогает избегать ненужных затрат и также позволяет уменьшить размер.
В предпочтительном варианте осуществления идентификация преобразователя звука выполнена с возможностью идентификации преобразователя звука на основании сигнала идентификации, который обеспечивается преобразователем звука в диапазоне частот, который находится вне слышимого диапазона частот. Использование неслышимого диапазона частот (например, частот свыше около 20 кГц) для сигнала идентификации позволяет гарантировать, с малыми затратами ресурсов, что присутствие сигнала идентификации не ухудшает качество аудиосигнала.
В другом предпочтительном варианте осуществления идентификация преобразователя звука выполнена с возможностью идентификации преобразователя звука на основании сигнала идентификации в расширенном спектре, обеспечиваемого преобразователем звука. Используя сигнал идентификации в расширенном спектре, можно добиться, чтобы сигнал идентификации был, по существу, неслышимым пользователю и, следовательно, не наносил урона удовлетворению пользователя.
В предпочтительном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью загрузки одного или более наборов параметров эквализации, связанных с одним или более преобразователями звука, с сервера. В этом случае блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью выбора одного из одного или более загруженных наборов параметров эквализации в ответ на идентификацию преобразователя звука. Благодаря загрузке наборов параметров эквализации с сервера система обычно может адаптироваться к большому количеству разных преобразователей звука, в то же время, поддерживая достаточно малые требования к памяти в устройстве для обработки аудиосигнала. Кроме того, можно гибко добавлять новые модели преобразователей звука.
Другой вариант осуществления согласно изобретению создает другое устройство для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Это устройство содержит блок определения параметров эквализации для определения набора параметров эквализации и эквалайзер, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала, для получения эквализированного аудиосигнала. Блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью получения набора параметров эквализации с использованием измерения импеданса преобразователя звука по частоте.
Этот вариант осуществления согласно изобретению основан на установленном факте, что импеданс преобразователя звука по частоте является характерным признаком преобразователя звука, который обычно позволяет надлежащим образом настраивать параметры эквализации. Было установлено, что, в ряде случаев, преобразователь звука можно однозначно идентифицировать с использованием измерения импеданса преобразователя звука по частоте, поскольку изменение импеданса преобразователя звука по частоте тесно связано с конкретной конструкцией преобразователя звука и может рассматриваться как «отпечаток пальца» преобразователя звука. Кроме того, было установлено, что даже если невозможно однозначно идентифицировать преобразователь звука с использованием измерения импеданса преобразователя звука по частоте (например, ввиду наличия множества аналогичных преобразователей звука или ввиду наличия некоторых производственных допусков или допусков измерения), все же возможно вывести надлежащий набор параметров эквализации из измерения импеданса преобразователя звука по частоте, поскольку импеданс преобразователя звука коррелирует с конкретной конструкцией преобразователя звука (которая, в свою очередь, коррелирует с надлежащими параметрами эквализации). Другими словами, было установлено, что измерение импеданса преобразователя звука по частоте, которое обычно возможно с умеренным расходованием схемных ресурсов, обеспечивает очень хорошую основу для правильного выбора параметров эквализации, независимо от того, можно ли однозначно идентифицировать конкретный преобразователь звука. Кроме того, благодаря использованию этого принципа не требуется, чтобы преобразователь звука был конкретно адаптирован для идентификации, поскольку импеданс преобразователя звука по частоте является внутренней характеристикой каждого преобразователя звука.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации содержит идентификацию преобразователя звука, выполненную с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием измерения импеданса преобразователя звука по частоте и выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата идентификации преобразователя звука. Этот вариант осуществления основан на идее того, что часто имеется возможность (однозначно) идентифицировать преобразователь звука на основании измерения импеданса преобразователя звука по частоте. В этом случае эффективным решением является выбор набора параметров эквализации (который может, например, храниться в базе данных) на основании результата идентификации.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью сравнения измеренного импеданса преобразователя звука по частоте (т.е. для множества значений частоты) с множеством эталонных кривых импеданса (каждая из которых представлена, например, множеством значений импеданса, связанных с множеством разных частот) по частоте (которые связаны с эталонными преобразователями звука и которые могут храниться в базе данных) и выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата сравнения. Сравнение между измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте с множеством эталонных кривых импеданса по частоте, которые могут быть ранее измерены изготовителем эталонных преобразователей звука, или любым другим субъектом было признано простым и надежным подходом к идентификации преобразователя звука.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью определения мер различий (например, разностей средних квадратов) между измеренным импедансом (фактически используемого) преобразователя звука по частоте и эталонными кривыми импеданса (эталонных преобразователей звука) по частоте и выбора набора параметров эквализации в зависимости от мер различий. Было установлено, что различия между измеренным импедансом преобразователя звука по частоте и эталонными кривыми импеданса по частоте можно определять с умеренным расходованием вычислительных ресурсов. Например, хотя импедансы описаны комплексными значениями, можно вычислить различия (разностные значения) между измеренными комплексными значениями импеданса фактически используемого преобразователя звука и ранее измеренными комплексными опорными значениями импеданса. Эти разностные значения можно, например, взвешивать для формирования нормы, которая описывает, например, в качестве единственного численного значения («меры различия») разность между измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте и ранее измеренной эталонной кривой импеданса. Однако, естественно, применимы разные принципы определения меры различия, причем различия в модулях импедансов и различия в фазах импедансов можно взвешивать по-разному. Однако, благодаря определению мер различий между измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте и эталонными кривыми импеданса по частоте, можно определить, какая эталонная кривая импеданса по частоте является «наиболее сходной», в отношении используемого правила или нормы для определения меры различия, с измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте. Соответственно, можно легко выбрать (например, из базы данных) набор параметров эквализации, который связан с эталонной кривой импеданса по частоте, которая «наиболее сходна» с измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью осуществления доступа к базе данных, которая содержит связь между эталонными кривыми импеданса по частоте и соответствующими наборами параметров эквализации. Соответственно, можно эффективно управлять эталонными кривыми импеданса по частоте. Кроме того, можно обновлять набор эталонных кривых импеданса по частоте путем добавления записи в базу данных. Кроме того, использование базы данных, которая может локально храниться в устройстве для обработки аудиосигнала, или которая может удаленно храниться на сервере, или которая может частично загружаться с сервера на устройство для обработки аудиосигнала, помогает добиться максимальной гибкости.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью комбинирования параметров эквализации, связанных с множеством эталонных преобразователей звука, эталонные кривые импеданса по частоте которых имеют сходство (или, в частном случае, даже идентичны) в по меньшей мере одном отличительном признаке (или, эквивалентно, характерном признаке), с измеренным импедансом (фактически используемого) преобразователя звука по частоте для получения набора параметров эквализации (для фактически используемого преобразователя звука). Этот принцип является особенно преимущественным, если для фактически используемого преобразователя звука не существует ни одного набора параметров эквализации. Однако было установлено, что параметры эквализации «сходных» преобразователей звука, имеющих сходные кривые импеданса по частоте, обычно являются сходными. Например, было установлено, что преобразователи звука, имеющие сходные кривые импеданса в конкретном диапазоне частот, обычно работают с хорошим качеством звука с использованием одинаковых (или сходных) параметров эквализации по меньшей мере для упомянутого конкретного диапазона частот. Однако также можно идентифицировать разные «общие характеристики» кривой импеданса, и параметры эквализации преобразователей звука, имеющих такие сходства в своих «общих кривых импеданса» (в широком диапазоне частот), обычно могут использовать сходные параметры эквализации. Другими словами, в случае идентификации множества эталонных кривых импеданса, которые имеют по меньшей мере один отличительный признак, сходный с измеренным импедансом преобразователя звука по частоте (или которые имеют достаточное сходство в по меньшей мере одном отличительном признаке), параметры эквализации, связанные с этими идентифицированными эталонными кривыми импеданса, можно комбинировать, и результат этой комбинации (т.е. набор параметров эквализации, полученный путем комбинирования) обычно будет обеспечивать довольно хорошие результаты с фактически используемым преобразователем звука. Например, можно оценивать множество отличительных признаков (например, низкочастотную характеристику импеданса, высокочастотную характеристику импеданса, резонансную частоту или любую другую характеристику измеренного импеданса по частоте) и для каждого рассматриваемого характерного признака можно идентифицировать эталонные кривые импеданса, которые наилучшим образом аппроксимируют упомянутый рассматриваемый характерный признак. Затем комбинируются параметры эквализации (или наборы параметров эквализации), связанные с идентифицированными эталонными кривыми импеданса (которые имеют один или более отличительных признаков, сходных с измеренной кривой импеданса). Комбинирование может, например, содержать комбинирование с взвешиванием, в котором может присутствовать взвешивание. Кроме того, параметры эквализации, связанные с идентифицированными эталонными кривыми импеданса, также можно комбинировать таким образом, что параметры эквализации, связанные с разными идентифицированными эталонными кривыми, взвешиваются по-разному относительно друг друга по частоте таким образом, что, например, параметры эквализации, связанные с первой идентифицированной эталонной кривой импеданса, взвешиваются сильнее в первой частотной области, чем во второй частотной области, тогда как параметры эквализации, связанные со второй идентифицированной эталонной кривой импеданса, взвешиваются сильнее во второй частотной области, чем в первой частотной области. Таким образом, принцип комбинирования параметров эквализации, связанных с множеством разных идентифицированных эталонных кривых импеданса, позволяет обеспечивать набор параметров эквализации, хорошо адаптированный к измеренному импедансу по частоте фактически используемого преобразователя звука, даже если ни одна из эталонных кривых импеданса очень хорошо не согласуется с измеренным импедансом по частоте.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью комбинирования согласующихся признаков множества наборов параметров эквализации (например, настроек фильтрации или коэффициентов фильтрации), связанных с разными эталонными кривыми импеданса по частоте, для получения набора параметров эквализации, связанного с измеренным импедансом преобразователя звука.
В предпочтительном варианте осуществления эталонные кривые импеданса по частоте основаны на предыдущих измерениях импеданса с использованием эталонных преобразователей звука. В этом случае наборы параметров эквализации, предпочтительно, основаны на основании предварительного вычисления на основании предыдущих измерений частотной характеристики с использованием эталонных преобразователей звука. Соответственно, можно получить набор параметров эквализации для «неизвестного» (используемого в данный момент) преобразователя звука из комбинации параметров эквализации эталонных преобразователей звука, полученных надежным образом (например, на стороне изготовителя или на стороне каких-либо звукоинженеров). Соответственно, можно получить хорошие результаты.
В предпочтительном варианте осуществления устройство для обработки аудиосигнала выполнено с возможностью приема результатов измерения импеданса (фактически используемого) преобразователя звука по частоте от устройства измерения импеданса, выполненного с возможностью определения отношения между напряжением и током на соединении преобразователя звука (или, эквивалентно, в некоторой точке усилителя, выдающего сигнал на преобразователь звука) для разных частот. Таким образом, устройство для обработки аудиосигнала может вычислять импеданс на основании информации о напряжении и информации о токе.
В предпочтительном варианте осуществления устройство измерения импеданса выполнено с возможностью определения комплекснозначного импеданса преобразователя звука по частоте, например, в декартовом представлении или в полярном представлении. Таким образом, можно рассматривать как амплитуду, так и фазу импеданса (фактически используемого) преобразователя звука.
Другой вариант осуществления согласно изобретению создает устройство для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Устройство содержит блок определения параметров эквализации для определения набора параметров эквализации и эквалайзер, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала, для получения эквализированного аудиосигнала. Блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью задания параметров эквализации в зависимости от пользовательского ввода из пользовательского интерфейса. Блок определения параметров эквализации также выполнен с возможностью выгрузки набора параметров эквализации и информации о преобразователе звука в базу данных глобальных параметров эквализации, которая доступна множеству устройств для обработки аудиосигнала множества пользователей. Соответственно, можно совместно использовать «хорошую» настройку параметров эквализации с другими пользователями. Выгружаемая информация о преобразователе звука может, например, содержать идентификатор преобразователя звука (например, номер модели преобразователя звука и т.п.) или информацию о характеристиках преобразователя звука (например, измеренных значений импеданса и т.п.). Таким образом, опытные пользователи, способные идентифицировать «хорошую» настройку эквалайзера для конкретного преобразователя звука, могут способствовать улучшению базы данных глобальных параметров эквализации, что, в свою очередь, позволяет «легко» автоматизировать выбор набора параметров эквализации для других пользователей, которые могут обращаться к базе данных. Соответственно, собирается все больший объем информации параметров эквализации, что, в общем, позволяет повысить удовлетворенность пользователя.
В предпочтительном варианте осуществления блок определения параметров эквализации дополнительно содержит идентификатор преобразователя звука, выполненный с возможностью идентификации преобразователя звука и выбора набора параметров эквализации на основании идентификации преобразователя звука. Устройство также, предпочтительно, выполнено с возможностью загрузки одного или более наборов параметров эквализации из базы данных глобальных параметров эквализации. Идентификатор преобразователя звука, предпочтительно, выполнен с возможностью учета одного или более загруженных наборов параметров эквализации. Этот вариант осуществления согласно изобретению обеспечивает преимущество в том, что его можно использовать во многих ситуациях. Если набор параметров эквализации имеется в базе данных глобальных параметров эквализации для идентифицированного преобразователя звука, устройство может просто использовать (или, в более общем случае, учитывать) один или более загруженных наборов параметров эквализации. Напротив, если невозможно идентифицировать преобразователь звука или если невозможно получить набор параметров эквализации для идентифицированного преобразователя звука (например, ввиду отсутствия параметров эквализации в глобальной базе данных для идентифицированного преобразователя звука), пользователь все же может вручную задавать параметры эквализации с использованием надлежащего пользовательского интерфейса. Кроме того, в этой ситуации пользователь может способствовать улучшению базы данных глобальных параметров эквализации таким образом, что пользователи, способные находить надлежащие параметры эквализации, имеют возможность облегчать жизнь другим пользователям с идентичным устройством. Таким образом, можно значительно повысить удовлетворенность пользователя.
Другой вариант осуществления согласно изобретению создает систему. Система содержит базу данных глобальных параметров эквализации и устройство для обеспечения аудиосигнала, как описано выше. Такая система обеспечивает те же преимущества, которые были рассмотрены для устройства для обеспечения аудиосигнала.
Другие варианты осуществления согласно изобретению обеспечивают способы обработки аудиосигнала, которые основаны на тех же идеях и соображениях, что и вышеописанные устройства.
Другие варианты осуществления согласно изобретению обеспечивают компьютерную программу для осуществления одного из упомянутых способов.
Краткое описание чертежей
Далее варианты осуществления согласно настоящему изобретению будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг. 1 - блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно первому варианту осуществления;
фиг. 2 - блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно второму варианту осуществления;
фиг. 3 - блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно третьему варианту осуществления;
фиг. 4a - примеры графика акустических характеристик (слева) в сравнении с характеристиками электрического импеданса (справа) для двух различных типов наушников: внутриушного (вверху) и вокругушного (внизу);
фиг. 4b - таблица, представляющая различие в характеристике импеданса двух различных типов наушников;
фиг. 5 - блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно четвертому варианту осуществления изобретения;
фиг. 6 - схематическое представление системы для эквализации для преобразователя звука согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 7 - схематическое представление разных подходов к применению эквализации для преобразователя звука (например, эквализации для наушников);
фиг. 8 - график частотных характеристик разных наушников;
фиг. 9 - снимок экрана так называемого улучшения звука для наушников «Life Vibes»;
фиг. 10 - снимок экрана десятиполосной эквализации в так называемом медиаплеере «Winamp»;
фиг. 11 - снимок экрана так называемого алгоритма «Engage» с выбором наушников;
фиг. 12 - фотография устройства ATM «Nubert»; и
фиг. 13 - график нижней частоты отсечки с помощью ATM «Nubert».
Осуществление изобретения
1. Устройство для обработки аудиосигнала согласно фиг. 1
На фиг. 1 показана блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство указано на фиг. 1 целиком позицией 100.
Устройство 100 содержит блок 110 определения параметров эквализации для определения набора 112 параметров эквализации. Устройство 100 также содержит эквалайзер 120, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала 122, для получения эквализированного аудиосигнала 124. Эквалайзер 120 обычно принимает набор 112 параметров эквализации, выдаваемой блоком 110 определения параметров эквализации для эквализации.
Эквализированный аудиосигнал 124 подлежит воспроизведению преобразователем 130 звука, причем преобразователь 130 звука обычно не входит в состав устройства 100. Напротив, преобразователь 130 звука обычно является внешним преобразователем звука, например, внешним громкоговорителем, наушниками, гарнитурой и т.п.
Блок 110 определения параметров эквализации содержит идентификацию 110a преобразователя звука, которая выполнена с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием распознавания изображений. Например, идентификация 110a преобразователя звука может принимать представление 114 изображения преобразователя 130 звука или метки, связанной с преобразователем 130 звука. Блок определения параметров эквализации также содержит выбор 110b параметров, который выполнен с возможностью выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата идентификации преобразователя звука.
Соответственно, блок 110 определения параметров эквализации обеспечивает набор 112 параметров эквализации для использования эквалайзером 120 на основании идентификации преобразователя звука, который использует представление изображения преобразователя 130 звука или представление изображения метки, связанной с преобразователем 130 звука, в качестве входной информации. Когда идентификация 110a преобразователя звука способна идентифицировать преобразователь 130 звука, т.е. обеспечивать идентификатор (например, число, строку и т.п.) (однозначно или по меньшей мере в отношении конкретной категории или конкретного класса), идентифицирующий преобразователь звука (или, точнее говоря, тип преобразователя звука), выбор 110b параметров может выбирать набор параметров эквализации для использования эквалайзером 120 на основании информации идентификатора, обеспеченной идентификацией 110a преобразователя звука. Соответственно, можно автоматически определять надлежащий набор параметров эквализации при условии, что можно идентифицировать преобразователь 130 звука с использованием распознавания изображений и что имеется набор параметров эквализации для идентифицированного преобразователя звука.
Распознавание изображений может быть основано на различных механизмах. Например, распознавание изображений может идентифицировать преобразователь звука на основании конкретной формы преобразователя звука. Например, на первом этапе различные типы преобразователей звука можно легко различать по их совершенно разному внешнему виду (различаются внутриканальный, внутриушной, надушной и вокругушной). Даже уточненная идентификация может быть основана на дополнительных признаках, например, размерах конкретных элементов преобразователя звука, отношениях между размерами разных элементов преобразователя звука, букв или знаков, размещенных на преобразователях звука, и пр. Идентификация 110a преобразователя звука, в некоторых вариантах осуществления, может быть достаточно точной для идентификации конкретной модели преобразователя звука. Однако, в других случаях, может быть достаточно идентифицировать общий тип преобразователя звука и, возможно, некоторые ключевые признаки (например, размеры, отношения между разными размерами и т.д.) таким образом, что преобразователь звука можно классифицировать (т.е. относить к конкретной группе или конкретному классу преобразователей звука). Таким образом, идентификатор преобразователя звука, обеспеченный идентификацией 110a преобразователя звука, может содержать разные точности в разных вариантах осуществления.
Выбор 110b параметров может использовать базу данных, которая содержится в устройстве 100, или может обращаться к внешней базе данных для получения набора параметров эквализации от преобразователя звука (или класса преобразователя звука), идентифицированного идентификацией 110a преобразователя звука. Другими словами, информацию идентификации преобразователя звука, обеспеченную идентификацией 110a преобразователя звука на основании изображения преобразователя звука или метки, связанной с преобразователем звука, можно использовать для запрашивания базы данных (или таблицы), связывающей набор параметров эквализации с идентификатором преобразователя звука. Таким образом, эквалайзер 120 может получать надлежащий набор параметров эквализации, связанный с идентификатором преобразователя звука, обеспеченным идентификацией 110a преобразователя звука.
В альтернативном варианте осуществления метку, связанную с преобразователем звука (например, присоединенную к преобразователю звука или к упаковке преобразователя звука), можно оценивать посредством распознавания изображений идентификации 110a преобразователя звука, вместо формы преобразователя звука. Например, оптический штрихкод или многомерный оптический код (например, двухмерный оптический код наподобие QR-кода) можно оценивать посредством распознавания изображений идентификации 110a преобразователя звука для получения идентификатора преобразователя звука. Например, числовой контент или текстовый контент штрихкода или многомерного оптического кода можно использовать в качестве идентификатора преобразователя звука для выбора набора параметров эквализации.
Таким образом, может быть достаточным взять изображение преобразователя звука или метки, связанной с преобразователем звука, и разрешить автоматический выбор параметров эквализации, который согласуется с преобразователем звука. Например, такое изображение можно легко брать в камере, которая обычно встроена в смартфон, портативный компьютер или другое мультимедийное устройство. Следовательно, пользователю такого устройства, которое содержит устройство 100, не составляет труда получить надлежащий набор параметров эквализации. Таким образом, удовлетворенность пользователя обычно повышается.
Ниже будут описаны дополнительные подробности, относящиеся к идентификации преобразователя звука и к возможным расширениям устройства 100 (например, со ссылкой на фиг. 6 и 7).
2. Устройство для обработки аудиосигнала согласно фиг. 2
На фиг. 2 показана блок-схема устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство целиком указано на фиг. 2 позицией 200.
Устройство 200 содержит блок 210 определения параметров эквализации для определения набора 212 параметров эквализации. Устройство 200 дополнительно содержит эквалайзер 220, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала 222, для получения эквализированного аудиосигнала 224, который подлежит воспроизведению преобразователем 230 звука, который обычно является внешним по отношению к устройству 200.
Блок 210 определения параметров эквализации содержит идентификацию 210a преобразователя звука, которая выполнена с возможностью идентификации преобразователя звука с использованием сигнала 214 идентификации, который обеспечивается преобразователем звука через аудиосоединение. Блок определения параметров эквализации также содержит выбор 210b параметров, который выполнен с возможностью выбора набора параметров эквализации в зависимости от результата идентификации 210a преобразователя звука. Например, выбор 210b параметров может принимать идентификатор преобразователя звука из идентификации 210a преобразователя звука и выбирать соответствующий набор параметров 212 эквализации для использования эквалайзером на основании идентификатора преобразователя звука.
Сигнал 214 идентификации может приниматься устройством 200 (или блоком 210 определения параметров эквализации) от преобразователя 230 звука через аудиосоединение, по которому эквализированный выходной сигнал 224, или его усиленная и/или подвергнутая последующей обработке версия, также поступает на преобразователь 230 звука. Например, общая линия или общий штырек разъема можно использовать как для вывода аудиосигнала, выводимого преобразователем 230 звука, так и для приема сигнала 214 идентификации. Таким образом, аудиосоединение (или, точнее говоря, конкретная линия аудиосоединения или конкретный штырек аудиоразъема) может повторно использоваться как для переноса аудиоинформации (например, аналоговой аудиоинформации, т.е. аналогового сигнала, являющегося функцией времени), так и сигнала 214 идентификации.
Соответственно, устройство 200 позволяет выбирать надлежащий набор параметров эквализации, затрачивая сравнительно немного технических ресурсов. Например, количество соединений (или соединительных проводников или штырьков разъема) между устройством 200 и преобразователем 230 звука может оставаться малым благодаря приему сигнала идентификации через аудиосоединение (например, через аудиолинию, которая совместно используется для передачи сигнала идентификации). Сигнал идентификации можно отделять от аудиоконтента на аудиосоединении с использованием фильтра (например, фильтра высоких частот) или детектора расширенного спектра. Таким образом, кодированная информация, которая содержится в сигнале идентификации или представлена сигналом идентификации, может использоваться идентификацией 210a преобразователя звука для получения информации идентификации преобразователя звука, которая обеспечивается выбору 210b параметров. Например, после отделения сигнала идентификации от аудиосигнала на совместно используемом соединении в некоторых вариантах осуществления может осуществляться некоторая дополнительная операция демодуляции или декодирования для выделения информационного наполнения сигнала идентификации.
Подытоживая вышесказанное, информационное наполнение сигнала идентификации, обеспечиваемого преобразователем звука через аудиосоединение, можно использовать для обеспечения информации идентификации преобразователя звука и для выбора, в ответ на информацию идентификации преобразователя звука, надлежащего набора параметров эквализации, связанного с идентифицированным преобразователем 230 звука. Таким образом, параметры эквализации эквалайзера 220 можно задавать в соответствии с идентифицированным преобразователем 230 звука. Соответственно, можно автоматически регулировать эквалайзер 220 для получения хорошего (или даже оптимального) слухового впечатления. Таким образом, можно значительно улучшить удовлетворенность пользователя.
Дополнительные подробности, относящиеся к устройству 200 и также к идентификации преобразователя звука с использованием сигнала идентификации, обеспечиваемого преобразователем звука, будут описаны ниже, например со ссылкой на фиг. 6 и 7.
3. Устройство для обработки аудиосигнала согласно фиг. 3
На фиг. 3 показана блок-схема устройства для обработки аудиосигнала согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство целиком указано на фиг. 3 позицией 300.
Устройство 300 содержит блок 310 определения параметров эквализации для определения набора 312 параметров эквализации. Устройство 300 также содержит эквалайзер 320, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала 322, для получения эквализированного аудиосигнала 324, который является внешним по отношению к преобразователю 330 звука (который обычно является внешним по отношению к устройству 300).
Блок 310 определения параметров эквализации выполнен с возможностью получения набора 312 параметров эквализации с использованием измерения импеданса преобразователя 330 звука по частоте. В некоторых вариантах осуществления блок 310 определения параметров эквализации может быть выполнен с возможностью осуществления упомянутого измерения импеданса преобразователя звука по частоте. Однако, альтернативно, блок 310 определения параметров эквализации может принимать измеренную информацию, описывающую импеданс преобразователя 330 звука по частоте, от устройства измерения импеданса (которое может входить в состав устройства 330 или может быть внешним по отношению к устройству 330).
Существуют разные принципы для получения набора параметров эквализации с использованием измерения импеданса преобразователя 330 звука по частоте (или, эквивалентно, измеренной информации, описывающей импеданс преобразователя звука по частоте). Например, измеренную информацию, описывающую импеданс преобразователя звука по частоте, можно использовать для идентификации преобразователя 330 звука. Например, измеренную информацию, описывающую импеданс преобразователя звука по частоте, можно сравнивать с множеством эталонных кривых импеданса по частоте множества эталонных преобразователей звука, которые могут быть охарактеризованы изготовителем или любым другим субъектом. Таким образом, если найдено достаточно хорошее согласование (с допуском, заданным, например, порогом для меры различия) между измеренным импедансом фактически используемого преобразователя звука по частоте и одной из эталонных кривых импеданса ранее охарактеризованных преобразователей звука, блок определения параметров эквализации может придти к выводу, что фактически используемый преобразователь звука относится к тому же типу (или по меньшей мере к очень сходному типу), что и соответствующий ранее охарактеризованный преобразователь звука. Таким образом, набор параметров эквализации, связанный с упомянутым соответствующим ранее охарактеризованным преобразователем звука (эталонная кривая импеданса которого достаточно хорошо согласуется с измеренным импедансом по частоте фактически используемого преобразователя звука), можно использовать в качестве набора 312 параметров эквализации для использования эквалайзером 320. Таким образом, блок 310 определения параметров эквализации может, в этом варианте осуществления, получать набор параметров эквализации, распознавая, что используемый в данный момент преобразователь звука достаточно похож, в отношении его импеданса по частоте, на ранее охарактеризованный преобразователь звука, надлежащий набор параметров эквализации которого известен.
В альтернативном варианте осуществления, или если измеренный импеданс по частоте фактически используемого преобразователя звука не имеет достаточного сходства ни с одной из имеющихся эталонных кривых импеданса ранее охарактеризованных преобразователей звука, блок определения параметров эквализации может быть выполнен с возможностью получения набора параметров эквализации из параметров эквализации множества эталонных преобразователей звука, которые содержат по меньшей мере некоторые сходства, в отношении импеданса по частоте, с фактически используемым преобразователем звука. Другими словами, блок определения параметров эквализации может быть выполнен с возможностью идентификации одного или более «наиболее отличительных» (или наиболее характерных) признаков измеренного импеданса по частоте фактически используемого преобразователя звука и идентификации множества эталонных преобразователей звука, эталонные кривые импеданса которых имеют такие же отличительные (или характерные) признаки (или по меньшей мере достаточно сходные отличительные признаки или характерные признаки), что и измеренный импеданс по частоте фактически используемого преобразователя звука. Таким образом, блок определения параметров эквализации может комбинировать (например, в режиме взвешивания) параметры эквализации, связанные с эталонными преобразователями звука, имеющими такие же или сходные характерные признаки (импеданса по частоте), как фактически используемые преобразователи звука. Например, если импеданс по частоте фактически используемого преобразователя звука содержит множество наиболее отличительных (или наиболее характерных) признаков, параметров эквализации таких эталонных преобразователей звука, характерные импедансы которых имеют по меньшей мере один из упомянутых характерных признаков, сходных с фактически используемым преобразователем звука, можно выборочно комбинировать (например, в режиме взвешивания) для получения набора 312 параметров эквализации для использования эквалайзером 320.
Если разные наиболее отличительные признаки относятся к разным частотным областям, блок определения параметров эквализации может определять параметры эквализации набора 312 параметров эквализации по отдельности для разных частотных областей, причем фактически используемые параметры эквализации (набора 312 параметров эквализации) для данной частотной области можно получить на основании параметров эквализации одного или более эталонных преобразователей звука, эталонные кривые импеданса которых наиболее сходны (в отношении одного или более характерных признаков или в отношении их изменения в целом) с измеренным импедансом по частоте для данной частотной области.
Однако возможны также разные принципы комбинирования параметров эквализации множества эталонных преобразователей звука для получения набора 312 параметров эквализации. Тем не менее, обычно наблюдается, что эталонные кривые импеданса этих эталонных преобразователей звука, параметры эквализации которых рассматриваются для определения набора 312 параметров эквализации, имеют по меньшей мере сходство с одним из одного или более наиболее отличительных признаков измеренного импеданса по частоте фактически используемого преобразователя звука.
Далее будут кратко изложены некоторые возможности для автоматической идентификации преобразователя звука с использованием измерения электрического импеданса по частоте. Для обнаружения наушников кривая электрического импеданса по частоте (например, фактически используемого преобразователя звука) может согласовываться с конкретными наушниками или по меньшей мере конкретным классом наушников. Некоторые принципиальные соображения можно найти в источнике [11]. Кривую электрического импеданса по частоте можно измерять с использованием разработанных на данный момент устройств, например усилителей, которые могут осуществлять регистрацию тока, например, во избежание повреждения громкоговорителей (см., например, источник [11]).
Например, после подключения новых наушников (например, к устройству 300) процесс измерения может осуществляться с одновременной регистрацией напряжения и тока для вычисления комплексного импеданса по частоте. Другими словами, множество значений импеданса (например, преобразователя 330 звука) измеряются для множества разных частот (предпочтительно, для по меньшей мере пяти или по меньшей мере 10 разных частот). Кроме того, предпочтительно определять комплексные значения импеданса, которые описывают действительную часть и мнимую часть импеданса преобразователя звука (например, преобразователя 330 звука). Различные типы представления (действительная часть/мнимая часть или модуль/фаза) можно использовать для описания этих комплексных значений импеданса. Таким образом, обычно существует множество комплексных значений для множества частот (например, для по меньшей мере пяти разных частот или для по меньшей мере десяти разных частот), которые описывают измеренный импеданс по частоте фактически используемых преобразователей звука.
Кроме того, следует отметить, что кривые импеданса различных типов наушников демонстрируют отличительные различия и признаки. Например, рассмотрим правую сторону (правый столбец, ссылочные позиции 420, 440) фиг. 4a, где показаны графики акустических характеристик (слева) и характеристик электрического импеданса (справа) для двух различных типов наушников. Другими словами, фиг. 4a демонстрирует пример внутриушного типа (верхний график, ссылочные позиции 410, 420) и вокругушного типа (нижний график, ссылочные позиции 430, 440). Кроме того, можно также обратиться к таблице на фиг. 4b, где показана таблица, представляющая различие в характеристике импеданса двух различных типов наушников. Другими словами, на фиг. 4b показана таблица различий. Обратившись к фиг. 4a, можно видеть, что первый график 410 представляет модуль 412 акустической частотной характеристики внутриушных наушников. Абсцисса 410a описывает частоту в Гц, и ордината описывает уровень (или относительный уровень) в децибелах. Второй график 420 описывает модуль 422 и фазу 424 характеристики электрического импеданса внутриушных наушников. Абсцисса 420a описывает частоту в Гц, первая ордината 420b описывает модуль импеданса в омах, и вторая ордината 420c описывает фазу в градусах. Третий график 430 описывает модуль 432 акустической частотной характеристики вокругушных наушников. Абсцисса 430a описывает частоту в Гц, и ордината 430b описывает уровень (или относительный уровень) в децибелах. Четвертый график 440 описывает модуль 442 и фазу 444 характеристики электрического импеданса вокругушных наушников. Абсцисса 440a описывает частоту в Гц, первая ордината 440b описывает модуль импеданса в омах, и вторая ордината 440c описывает фазу электрической характеристики в градусах.
Как можно видеть из фиг. 4a, модуль акустической частотной характеристики и модуль и фаза характеристики электрического импеданса разных наушников значительно отличаются. Кроме того, можно видеть, что разные отличительные признаки могут выделяться (например, устройством 300 или блоком 310 определения параметров эквализации) из измеренной информации, описывающей импеданс наушников (преобразователей звука) по частоте. Например, блок определения параметров эквализации может быть выполнен с возможностью выделения, в качестве характерного признака, среднего импеданса по определенному диапазону частот. Как можно видеть, средний модуль импеданса внутриушных наушников равен приблизительно 21,5 Ом по диапазону частот, показанному на фиг. 4a. Напротив, средний модуль импеданса для вокругушных наушников равен приблизительно 300 Ом по диапазону частот, показанному на фиг. 4. Соответственно, средний импеданс по данному диапазону частот можно рассматривать в качестве отличительного признака. Кроме того, частота, на которой импеданс достигает пика, также может выделяться блоком 310 определения параметров эквализации в качестве характерного признака. Например, внутриушные наушники демонстрируют локальный максимум импеданса приблизительно на 6 кГц, тогда как вокругушные наушники содержат такой максимум модуля импеданса приблизительно на 100 Гц (при этом следует отметить, что частоту, на которой модуль электрического импеданса достигает максимума, можно рассматривать как резонансную частоту или главную резонансную частоту). Кроме того, изменение модуля электрического импеданса по данному диапазону частот и изменение фазы характеристики электрического импеданса по данному диапазону частот также могут быть определены в качестве отличительного признака блоком 310 определения параметров эквализации. Как можно видеть, изменение (или отклонение) модуля характеристики электрического импеданса сравнительно мало для внутриушных наушников. Напротив, изменение модуля и фазы характеристики электрического импеданса по данному диапазону частот сравнительно велико для вокругушных наушников. На фиг. 4b приведена сводка отличительных признаков двух рассмотренных выше иллюстративных наушников, причем следует отметить, что упомянутые отличительные признаки могут определяться блоком определения параметров эквализации и использоваться для принятия решения, какой эталонный преобразователь звука будет рассматриваться как достаточно сходный с используемым в данный момент преобразователем звука. Однако любые другие отличительные признаки измеренного импеданса по частоте также могут быть определены блоком определения параметров эквализации.
Чтобы найти, наконец, фильтр (или, в более общем случае, набор параметров эквализации), который наилучшим образом согласуется с частотной характеристикой (например, измеренным импедансом по частоте) подключенных на данный момент наушников (в порядке примера, см. левую сторону фиг. 4a, т.е. графики 410 и 130), используется один из следующих двух подходов (подход A, подход B) для комбинации (например, блоком определения параметров эквализации) с помощью базы данных.
База данных может представлять собой таблицу с двумя столбцами: кривые комплексного электрического импеданса (например, эталонные кривые импеданса эталонных преобразователей звука, представленные множеством опорных значений импеданса для множества разных частот) с одной стороны (например, в одной таблице или столбце таблицы) и соответствующие согласующиеся фильтры для наушников (или, в более общем случае, набор соответствующих параметров эквализации) с другой стороны (например, в другой связанной таблице или другом столбце таблицы).
Как упомянуто выше, фильтры (или, в более общем случае, наборы параметров эквализации) обычно создаются из акустических измерений, которые обычно не может производить конечный пользователь.
Далее будут описаны некоторые разные возможные подходы для определения набора 312 параметров эквализации, которые могут осуществляться блоком 310 определения параметров эквализации.
Подход A: идентификация посредством поиска в таблице
Алгоритм ошибок (например, алгоритм на основе метода наименьших квадратов) можно применять для сравнения кривой электрического импеданса по частоте (например, модуля и фазы), измеренной для фактически используемого преобразователя звука, подключенного к устройству 300, с ранее измеренными кривыми электрического импеданса (также указанными, как эталонные кривые импеданса эталонного преобразователя звука), хранящимися в базе данных. Если алгоритм ошибок является успешным согласованием измеренной в данный момент кривой (преобразователя звука, фактически подключенного к устройству 300) с кривой из базы данных (т.е. с одной из эталонных кривых импеданса), подключенные наушники (т.е. фактически используемые наушники, подключенные к устройству 300) идентифицируются, и согласующиеся фильтры (или в общем согласующийся набор параметров эквализации) могут загружаться (например, из базы данных).
Другими словами, если блок 310 определения параметров эквализации обнаруживает, с использованием «алгоритма ошибок», который обеспечивает меру различия между двумя кривыми импеданса, что измеренный импеданс по частоте фактически используемого преобразователя звука идентичен или достаточно сходен (в пределах заранее определенного допуска, заданного алгоритмом ошибок) с одной из эталонных кривых импеданса, хранящихся в базе данных, блок определения параметров эквализации выбирает набор параметров импеданса, связанных с упомянутой идентифицированной эталонной кривой импеданса, для использования эквалайзером 320.
Подход B: формирование фильтра
Если подход A (идентификация посредством поиска в таблице) невозможен или не достигает успеха, может формироваться согласующийся фильтр. В отличие от подхода A (идентификация посредством поиска в таблице), алгоритм (например, PCA-анализ или анализ основных компонентов) осуществляется на множестве ранее измеренных кривых электрического импеданса в списке (например, в базе данных). Например, блок определения параметров эквализации выполнен с возможностью осуществления такого алгоритма на множестве эталонных кривых импеданса (т.е. ранее измеренных кривых электрического импеданса эталонных преобразователей звука), причем блок определения параметров эквализации может быть выполнен с возможностью получения информации об эталонных кривых импеданса из базы данных. База данных может локально храниться на устройстве 300 или может частично или полностью загружаться с сервера. Таким образом, блок определения параметров эквализации может выделять один или более «отличительных признаков» из эталонных кривых импеданса.
С использованием наиболее отличительных признаков (т.е. одного или более из отличительных или характерных признаков) характеристики электрического импеданса измеренных в данный момент наушников (т.е. измеренного импеданса по частоте используемого в данный момент преобразователя звука, подключенного к устройству 300) согласующиеся признаки разных фильтров для множества наушников можно комбинировать с соответствующими фильтрами в частотной области определения, согласующимися для конкретных измеряемых в данный момент наушников. Другими словами, блок определения параметров эквализации может определять один или более «наиболее отличительных» признаков измеренного импеданса по частоте используемых в данный момент наушников и может идентифицировать множество эталонных преобразователей звука (которые описаны записью базы данных или записью таблицы, содержащей представление эталонной кривой импеданса и соответствующего набора параметров эквализации), которые имеют достаточное сходство (в отношении меры сходства) одного или более «отличительных признаков» их (эталонных) кривых импеданса по частоте с наиболее отличительными признаками измеренного импеданса по частоте используемого в данный момент преобразователя звука. Затем параметры эквализации этих идентифицированных эталонных преобразователей звука комбинируются для получения набора 312 параметров эквализации для использования эквалайзером 320. Соответственно, даже если ни одна из эталонных кривых импеданса эталонных преобразователей звука не согласуется «очень хорошо» с измеренным импедансом по частоте фактически используемого преобразователя звука, идентифицируются преобразователи звука, которые в общем (или с достаточным сходством) имеют одну или более характеристик (отличительных признаков) их кривых импеданса по частоте с используемым в данный момент преобразователем звука, и параметры эквализации, определенные ранее для этих идентифицированных эталонных преобразователей звука, комбинируются для получения параметров эквализации для эквализации аудиосигнала для используемого в данный момент преобразователя звука. Взвешивание коэффициентов эквализации идентифицированных эталонных преобразователей звука в этой комбинации можно определять, например, в зависимости от меры сходства между эталонными кривыми импеданса эталонного преобразователя звука и измеренным импедансом по частоте фактически используемого преобразователя звука. Взвешивание также можно выбирать частотно-зависимым образом таким образом, что, например, низкочастотные параметры эквализации первого эталонного преобразователя звука можно выборочно взвешивать сильнее, чем параметры эквализации второго эталонного преобразователя звука, если эталонная кривая импеданса первого эталонного преобразователя звука более сходна с измеренным импедансом по частоте фактически используемого преобразователя звука в диапазоне низких частот, чем эталонная кривая импеданса второго эталонного преобразователя звука. Напротив, более высокочастотные параметры эквализации второго эталонного преобразователя звука можно выборочно взвешивать сильнее в комбинации, если эталонная кривая импеданса второго эталонного преобразователя звука более сходна с измеренным импедансом по частоте фактически используемого преобразователя звука, чем эталонная кривая импеданса первого преобразователя звука, и т.д.
Соответственно, можно видеть, что блок определения параметров эквализации может эффективно комбинировать параметры эквализации множества эталонных преобразователей звука для получения набора 312 параметров эквализации, в отсутствие достаточно хорошего согласования между эталонной кривой импеданса единственного эталонного преобразователя звука и измеренного импеданса по частоте используемого в данный момент преобразователя звука.
В заключение, существует множество вариантов того, как блок 310 определения параметров эквализации может эффективно получать набор 312 параметров эквализации на основании измеренной информации, описывающей импеданс используемого в данный момент преобразователя звука по частоте. Особенно хорошие результаты можно получить, если импеданс фактически используемого преобразователя звука рассматривается в значительном диапазоне частот (например, для множества разных частот), причем целесообразно рассматривать импеданс для по меньшей мере пяти или по меньшей мере десяти частот.
4. Устройство для обработки аудиосигнала согласно фиг. 5
На фиг. 5 показано схематическое представление устройства для обработки аудиосигнала для воспроизведения преобразователем звука. Устройство указано на фиг. 5 целиком позицией 500. Устройство 500 содержит блок 510 определения параметров эквализации для определения набора 512 параметров эквализации. Устройство 500 также содержит эквалайзер 520, выполненный с возможностью эквализации входного аудиосигнала 522, для получения эквализированного аудиосигнала 524.
Блок 510 определения параметров эквализации выполнен с возможностью задания параметра 512 эквализации в зависимости от пользовательского ввода из пользовательского интерфейса. Блок 510 определения параметров эквализации также выполнен с возможностью выгрузки набора 512 параметров эквализации и информации о преобразователе 530 звука (который обычно является внешним по отношению к устройству 500) в базу данных глобальных параметров эквализации, которая доступна множеству устройств для обработки аудиосигнала множества пользователей.
Соответственно, блок 510 определения параметров эквализации позволяет пользователю устанавливать параметры эквализации набора 512 параметров эквализации согласно его слуховому впечатлению. Таким образом, по меньшей мере опытный пользователь способен определить надлежащий набор параметров эквализации, который обеспечивает удовлетворительное слуховое впечатление. Кроме того, пользователь, установивший параметры эквализации с использованием пользовательского интерфейса, получает возможность совместно использовать параметры эквализации с другими пользователями, выгружая информацию о наборе параметров эквализации совместно с информацией о преобразователе звука в так называемую «глобальную» базу данных параметров эквализации, которая обычно доступна множеству устройств множества пользователей. Предпочтительно, пользовательский интерфейс позволяет пользователю задавать параметры эквализации (например, задавать кривую фильтра по частоте) и также вводить информацию о преобразователе звука (например, номер модели преобразователя звука и т.п.). Таким образом, значимую информацию можно выгружать в «глобальную» базу данных параметров эквализации.
Ниже будут описаны дополнительные подробности, относящиеся к пользовательскому интерфейсу и также к базе данных глобальных параметров фильтрации.
5. Система согласно фиг. 6
На фиг. 6 показано схематическое представление системы для эквализации для наушников. Система указана на фиг. 6 в общем позицией 600. Она содержит базу 610 данных глобальных параметров фильтрации, которая может размещаться, например, на центральном сервере. Система 600 также содержит пользовательское устройство 612, которое может, например, содержать базу 620 данных локальных параметров фильтрации, блок 630 определения параметров эквализации и фильтр и/или эквалайзер 640.
Наушники 650 (или другой тип преобразователя звука) могут быть подключены к пользовательскому устройству 612 для приема аудиосигнала, обеспеченного с использованием эквалайзера 640.
В базе 610 данных глобальных параметров фильтрации могут храниться, например, множество эталонных кривых импеданса эталонных преобразователей звука и соответствующие параметры эквализации. Параметры эквализации, хранящиеся в базе 610 данных глобальных параметров фильтрации, могут быть основаны, например, на измерениях наушников (или, в общем, измерениях преобразователя звука) эталонных наушников (или, в общем, эталонных преобразователей звука) и целевой конструкции эквализации, в ходе которых параметры эквализации выводятся из измеренной акустической частотной характеристики соответствующих наушников. Другими словами, параметры эквализации, хранящиеся в базе 610 данных глобальных параметров фильтрации, могут быть пригодны для компенсации несовершенных акустических частотных характеристик эталонных наушников. Однако база 610 данных глобальных параметров фильтрации может задавать связь между типами эталонных наушников и соответствующими наборами параметров эквализации. Однако, в качестве альтернативы или дополнения, база данных глобальных параметров фильтрации может задавать связь между набором параметров эквализации и эталонными кривыми импеданса по частоте эталонных преобразователей звука. Другими словами, база данных может задавать, какой набор параметров эквализации принадлежит гарнитуре, имеющей конкретную эталонную кривую импеданса по частоте.
Пользовательское устройство 612 может при необходимости (но не обязательно) содержать базу 620 данных локальных параметров фильтрации. В частности, пользовательское устройство может быть способно загружать часть контента базы 610 данных глобальных параметров фильтрации (или весь контент базы 610 данных глобальных параметров фильтрации). Однако информация из базы 610 данных глобальных параметров фильтрации может заранее загружаться в базу 620 данных локальных параметров фильтрации, или по конкретному запросу (например, когда неизвестные наушники подключены к пользовательскому устройству 612).
Пользовательское устройство 612 дополнительно выполнено с возможностью использования одного или более из четырех способов (обозначенных «способ A» - «способ D») для получения надлежащего набора параметров фильтрации (или, в общем, параметров эквализации) для фильтрации/эквализации 640.
Согласно первому способу («способу A»), блок определения параметров фильтрации (или блок определения параметров эквализации) пользовательского устройства 612 осуществляет автоматическую идентификацию наушников. Соответственно, автоматический выбор параметров может осуществляться (например, с использованием блока автоматического выбора параметров). Другими словами, согласно способу A, устройство 612 (или его блок 630 определения параметров эквализации) может автоматически идентифицировать наушники и может извлекать, из базы 620 данных локальных параметров фильтрации или из базы 610 данных глобальных параметров фильтрации, надлежащий набор 632a параметров фильтрации (или параметров эквализации) для фильтрации/эквализации 640. Например, согласно способу A, функциональные возможности блока 110, и/или 210, и/или 310 определения параметров эквализации, как описано со ссылкой на фиг. 1, фиг. 2 и/или фиг. 3, могут использоваться в блоке 630 определения параметров эквализации пользовательского устройства 612. Таким образом, набор 632a параметров эквализации может соответствовать набору 112, 212, 312 параметров эквализации. В этом случае в базе 620 данных локальных параметров фильтрации может храниться опорная входная информация, необходимая блокам 110, 210, 310 определения параметра эквализации.
Однако блок 630 определения параметров эквализации пользовательского устройства 612 может, в качестве альтернативы или дополнения, использовать второй способ («способ B») для выбора набора 632b параметров фильтрации для использования фильтрацией/эквализацией 640. Согласно второму способу, пользовательский интерфейс предусмотрен для ручного выбора типа преобразователя звука. Соответственно, пользователь вручную выбирает номер модели, идентификатор модели и т.п. наушников (или преобразователя звука), подключенных к пользовательскому устройству. Пользователь может либо непосредственно вводить номер модели или идентификатор модели, либо может выбирать номер модели или идентификатор модели из списка, который может обеспечиваться, например, на основании записей базы 620 данных локальных параметров фильтрации. Когда пользователь вводит номер модели или идентификатор модели, база 620 данных локальных параметров фильтрации может запрашиваться для вывода набора параметров эквализации, связанного с преобразователем звука, имеющим указанный пользователем номер модели или идентификатор модели. В качестве альтернативы или дополнения, база 610 данных глобальных параметров фильтрации может запрашиваться (например, через сетевое соединение) для набора параметров эквализации, связанного с номером модели или идентификатором модели, указанным пользователем. Соответственно, набор 632b параметров фильтрации (или набор параметров эквализации) может обеспечиваться на основании ручного выбора типа преобразователя звука и на основании запроса базы 620 данных локальных параметров фильтрации и/или базы 610 данных глобальных параметров фильтрации.
В качестве альтернативы или дополнения, третий принцип («способ C») можно реализовать в пользовательском устройстве 612 или в его блоке 630 определения параметров эквализации для обеспечения набора параметров фильтрации для фильтрации/эквализации 640. Согласно третьему принципу («способ C»), пользовательский интерфейс может обеспечиваться в сочетании с генератором параметров для обеспечения набора 632c параметров фильтрации. Генератор параметров, который используется согласно третьему принципу, может обеспечивать набор 632c параметров фильтрации на основании пользовательского ввода. Например, пользователь может регулировать параметры многоканального эквалайзера с использованием пользовательского интерфейса.
В качестве альтернативы или дополнения, четвертый принцип («способ D») можно использовать для обеспечения набора параметров фильтрации. Согласно четвертому принципу, набор 632d параметров фильтрации можно получить на основании ввода из пользовательского интерфейса. С этой целью можно использовать генератор параметров. Однако, помимо пользовательского ввода, который определяет значения набора 632d параметров фильтрации (или набора 632d параметров эквализации), некоторая информация, характеризующая наушники (или преобразователь звука) 650, подключенные к пользовательскому устройству 612, может приниматься из пользовательского интерфейса. Например, имя модели или другой идентификатор модели наушников 650 может вводиться через пользовательский интерфейс согласно принципу 4 («способ D»). Соответственно, блок 630 определения параметров эквализации пользовательского устройства 612 может быть выполнен с возможностью выгрузки информации, содержащей набор параметров фильтрации (или, в общем, набор параметров эквализации) и идентификатор модели, идентифицирующий используемые в данный момент наушники 650, в базу 610 данных глобальных параметров фильтрации, когда пользователь обеспечивает через пользовательский интерфейс информацию, которая обеспечивает «достаточно хороший» набор параметров фильтрации, который, согласно оценке пользователя, обеспечивает приемлемое или достаточно хорошее качество аудиосигнала для аудиосигнала, представляемого наушниками 650. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволять пользователю регулировать (и/или настраивать) набор 632d параметров фильтрации, пока качество аудиосигнала для аудиосигнала, представляемого пользователю наушниками 650, не будет отвечать ожиданиям пользователя, и подтверждать, что качество аудиосигнала для аудиосигнала, эквализированного с использованием выбранного (или отрегулированного) в данный момент набора 632d параметров фильтрации, отвечает его ожиданиям. В ответ на пользовательский ввод через пользовательский интерфейс, указывающий, что качество аудиосигнала аудиоконтента, обеспеченного наушниками 650 с использованием выбранного (или отрегулированного) в данный момент набора 632d параметров фильтрации, является достаточно хорошим, блок 630 определения параметров эквализации может выгружать комбинацию используемого в данный момент набора параметров фильтрации, одобренного пользователем, и идентификатора модели используемых в данный момент наушников 650 в базу 610 данных глобальных параметров фильтрации. Соответственно, в базе 610 данных глобальных параметров фильтрации может храниться связь между идентификатором модели используемых в данный момент наушников 650 и используемым в данный момент набором 632d параметров фильтрации (который, согласно оценке пользователя и подтверждению, обеспечивает достаточно хорошее качество аудиосигнала) таким образом, что другие пользователи (или пользовательские устройства, которые могут быть по существу идентичны пользовательскому устройству 612) могут извлекать пользу из попыток текущего пользователя найти достаточно хороший набор 632d параметров фильтрации. Таким образом, набор 632d параметров фильтрации, идентифицированный на основании ручной регулировки набора параметров фильтрации через пользовательский интерфейс, затем может использоваться другими пользовательскими устройствами при автоматическом или полуавтоматическом выборе набора параметров фильтрации (который может осуществляться, например, согласно первому принципу («способ A») или второму принципу («способ B»)).
Соответственно, система 600 позволяет выбирать наборы параметров фильтрации (или, в общем, набор параметров эквализации) с использованием разных подходов. Можно использовать автоматический выбор параметров (с использованием блока автоматического выбора параметров в сочетании с автоматической идентификацией наушников), ручной выбор параметров (с использованием блока ручного выбора параметров в сочетании с пользовательским интерфейсом), формирование параметров в ручном режиме без обратной связи (с использованием генератора параметров и пользовательского интерфейса) и формирование параметров в ручном режиме с обратной связью (с использованием генератора параметров и пользовательского интерфейса, а также обратной связи). Формируемые вручную наборы параметров фильтрации могут возвращаться в базу данных глобальных параметров фильтрации и затем могут загружаться из упомянутой базы данных глобальных параметров фильтрации для повторного использования попыток формирования параметров в ручном режиме. Соответственно, во многих обстоятельствах можно без особых усилий получить достаточно хороший набор параметров фильтрации.
На фиг. 7 показаны блок-схемы, которые описывают разные подходы к применению эквализации для наушников (например, заданной соответственно определенными наборами 632a, 632b, 632c, 632d параметров фильтрации или набором параметров эквализации, определенным одним из устройств 100, 200, 300, 500).
В первом варианте осуществления, который указан ссылочной позицией 710, эквализацию для наушников можно применять на очень высоком уровне, например, на уровне приложений. Другими словами, может существовать компьютерная программа, которая комбинирует фактическое приложение, графический пользовательский интерфейс и обработку сигнала, причем обработка сигнала, которая осуществляется этой компьютерной программой 712, включает в себя эквализацию для преобразователя звука (эквализацию для наушников). Компьютерная программа 712 выполняется, например, процессором приложений, которым может быть главный микропроцессор компьютерной системы или смартфона. Соответственно, эквализированный аудиосигнал (в котором эквализация для наушников уже применена) 714 выводится на дополнительную специализированную обработку 716 сигнала, которая может содержать комбинацию цифро-аналогового преобразователя, аудиокодека и цифрового сигнального процессора. Соответственно, специализированная обработка 716 аудиосигнала обеспечивает, в качестве выходного сигнала, эквализированный аудиосигнал 718, который может быть аналоговым сигналом, на усилитель 720 для наушников. Усилитель для наушников усиливает эквализированный (обычно аналоговый) аудиосигнал 718 и обеспечивает усиленный аудиосигнал на наушники 722. Итак, фактическая эквализация для наушников может осуществляться на очень высоком уровне, а именно, на уровне прикладной программы, с использованием процессора приложений.
Согласно второй реализации, которая указана ссылочной позицией 730, программа 732, содержащая приложение и графический пользовательский интерфейс, не осуществляет эквализацию для наушников. Другими словами, эквализация для наушников не осуществляется процессором приложений (например, главным процессором) согласно этой альтернативной реализации. Напротив, процессор приложений обеспечивает аудиосигнал 734, не эквализированный для наушников, и набор 735 параметров фильтрации или параметров эквализации на специализированную обработку 736 аудиосигнала, которая может содержать цифро-аналоговый преобразователь, аудиокодек и цифровой сигнальный процессор. Таким образом, цифровой сигнальный процессор специализированной обработки 736 аудиосигнала может применять эквализацию для наушников и, следовательно, обеспечивает эквализированный (обычно аналоговый) аудиосигнал 738 на усилитель 740 для наушников. Усилитель 740 для наушников усиливает эквализированный аудиосигнал 738 и обеспечивает усиленный аудиосигнал на наушники 742.
Согласно третьей альтернативной реализации, которая указана ссылочной позицией 750, эквализация для наушников применяется только на усилителе для наушников. Другими словами, компьютерная программа 752, которая реализует приложение и графический пользовательский интерфейс и которая выполняется процессором приложений, не осуществляет эквализацию для наушников. Напротив, процессор приложений обеспечивает аудиосигнал, не эквализированный для наушников, на специализированную обработку 756 аудиосигнала. Кроме того, процессор приложений обеспечивает информацию 755, описывающую параметры фильтрации, непосредственно на усилитель 760 для наушников. Специализированная обработка 756 аудиосигнала обеспечивает обычно аналоговый аудиосигнал 758 на усилитель 760 для наушников, причем обычно аналоговая эквализация осуществляется усилителем 760 для наушников и регулируется на основании информации 755, описывающей параметры фильтрации. Соответственно, усилитель 760 для наушников осуществляет фактическую эквализацию для наушников и, следовательно, обеспечивает эквализированный усиленный аудиосигнал на наушники 762.
Далее будет кратко описан общий принцип, лежащий в основе вариантов осуществления согласно настоящему изобретению.
Прежде всего, будет обеспечен обзор некоторых основных идей вариантов осуществления настоящего изобретения. Одна из основных идей настоящего изобретения состоит в том, что конкретные фильтры или параметры фильтрации, которые предназначены для воспроизведения на наушниках, можно загружать на устройство или выбирать на нем (как показано на фиг. 6, демонстрирующей функциональный принцип эквализации для наушников). Пользователь может загружать и устанавливать на устройство функциональные возможности обработки для конкретных наушников.
Фильтры можно реализовать как аналоговые или цифровые фильтры. Эта эквализация для наушников повышает воспринимаемое качество аудиосигнала подключенных наушников. Технологию можно использовать для любой разновидности наушников. Она не привязана ни к какому конкретному типу или марке наушников.
Некоторые из основных идей таковы:
- применять эквализацию для фильтров наушников, которые согласуются с конкретной парой наушников;
- эти параметры фильтрации могут передаваться на устройство воспроизведения (например, через Интернет);
- затем можно выбирать или загружать другие параметры фильтрации для других наушников; и
- в отсутствие параметров фильтрации для конкретных наушников можно использовать удобный для пользователя генератор параметров на устройстве. Он формирует фильтр, который наилучшим образом согласуется с его наушниками (обеспечивая оптимальное качество аудиосигнала).
Далее будет описано формирование глобальных параметров фильтрации.
Как упомянуто во введении при рассмотрении фильтров для наушников, параметры фильтрации эквализации для наушников предпочтительно выводить из частотных характеристик наушников. Следовательно, частотные характеристики наушников должны быть известны. Обычно это осуществляется посредством измерений с помощью искусственных ушей или акустических соединительных приспособлений.
Теперь построим целевую частотную характеристику (желаемое частотное поведение). Теоретически, целевая характеристика может быть любой формы. Можно построить даже более одной целевой кривой эквализации. Для более высокого качества аудиосигнала целевые характеристики могут подчиняться кривой эквализации, сходной с так называемым «диффузным полем».
Комбинируя измеренную частотную характеристику и целевую кривую эквализации, можно вычислить параметры фильтрации (выравнивающего фильтра) (см., например, источник [5]). Параметры фильтрации всех поддерживаемых/измеренных наушников могут храниться в базе данных (не обязательно на устройстве воспроизведения или пользовательском устройстве) и, таким образом, именуются глобальным параметром фильтрации (GFP). Пример приведен на фиг. 6.
Вследствие высоких требований, измерение наушников, целевая конструкция эквализации и вычисление обычно производятся поставщиком этого технологического достижения.
Далее будет описана передача параметров фильтрации на устройство и от него (например, пользовательское устройство, например, персональный компьютер, музыкальный проигрыватель или мультимедийный проигрыватель, или смартфон).
В некоторых вариантах осуществления параметры фильтрации хранятся на устройстве воспроизведения, вследствие чего они именуются локальными параметрами фильтрации (LFP). Локальные параметры фильтрации не обязаны содержать все наушники из базы данных глобальных параметров фильтрации (GFP). Это может быть поднабор глобальных параметров фильтрации по нескольким причинам, как то:
- вопросы расходования памяти;
- устаревшие модели наушников;
- поставщик только хочет поддерживать только набор своего выбора;
- собственные бизнес-модели технологии.
Приложение, содержащее набор локальных параметров фильтрации или локальные параметры фильтрации, само передается с GLP-сервера на устройство воспроизведения, например, посредством Интернета или мобильного соединения.
Затем набор локальных параметров фильтрации можно расширить с использованием загрузочной возможности технологии. Расширение набора локальных параметров фильтрации необходимо, если пользователь подключает наушники, которые не согласуются с набором локальных параметров фильтрации, но присутствуют в базе данных глобальных параметров фильтрации. Кроме того, наборы локальных параметров фильтрации можно выгружать из устройства в глобальные параметры фильтрации совместно с информацией о типе или модели наушников.
Далее будет описан выбор эквализации для наушников.
На устройстве воспроизведения нужно выбирать локальный параметр фильтрации, который согласуется с подключенными в данный момент наушниками. Существуют разные способы выбора правильного локального параметра фильтрации (см. фиг. 6).
Способ A: автоматическая идентификация наушников
Согласно этому способу, пользователю не требуется знать подробности относительно наушников, подключенных к устройству. Приложение используется для идентификации конкретной модели наушников для выбора правильного локального параметра фильтрации.
Реализации этого способа могут представлять собой:
- идентификатор (ID) конкретных наушников можно кодировать на наушниках (например, с использованием микросхемы в наушниках) и переносить на приложение, например, посредством радиочастотной передачи, посредством сигнала вне полосы аудиосигнала (предпочтительно, свыше 20 кГц), с использованием сложной схемы на усилителе для наушников, приема последовательности ID от наушников или сигнализации внедренных данных в аудиопотоке или посредством оптического средства (например, штрихкода);
- приложение распознавания изображений может использовать дополнительную информацию для идентификации наушников, например камеру, путем сканирования наушников или оптического кода; и/или
- обнаружение наушников, согласование кривой электрического импеданса по частоте с конкретными наушниками (или по меньшей мере конкретным классом наушников).
Далее будут описаны некоторые подробности, относящиеся к обнаружению наушников с использованием кривой электрического импеданса по частоте. Этот принцип основан на некоторых выводах, которые раскрыты в источнике [11]. Кривую электрического импеданса по частоте можно измерять с использованием разработанных на данный момент устройств, например, усилителей, которые могут осуществлять регистрацию тока, например, во избежание повреждения громкоговорителей (см., например, источник [12]). После подключения новых наушников к устройству (например, пользовательскому устройству 630) процесс измерения может осуществляться с одновременной регистрацией напряжения и тока для вычисления комплексного импеданса по частоте. Кривые импеданса различных типов наушников демонстрируют отличительные различия и признаки. Например, рассмотрим правую сторону фиг. 4a, которая демонстрирует пример характеристик акустического импеданса (слева) и электрического импеданса (справа) для двух различных типов наушников, для примера внутриушного типа (верхний график) и вокругушного типа (нижний график). Кроме того, рассмотрим таблицу, приведенную фиг. 4b, где показаны различия в характеристике импеданса двух различных типов наушников.
Чтобы найти, наконец, фильтр, который наилучшим образом согласуется с частотной характеристикой подключенных на данный момент наушников (в порядке примера, см. левую сторону фиг. 4a), используется один из двух нижеследующих подходов или их комбинация с помощью базы данных. Эта база данных представляет собой, например, таблицу с двумя столбцами: кривые комплексного электрического импеданса (обычно представленные множеством комплексных значений импеданса для множества разных частот) с одной стороны и соответствующие согласующиеся фильтры для наушников с другой стороны.
Как кратко упомянуто, желательно создавать фильтры из акустических измерений, которые, однако, обычно не может производить конечный пользователь.
Подход A: идентификация посредством поиска в таблице
Алгоритм ошибок (например, на основе метода наименьших квадратов) сравнивает кривую электрического импеданса по частоте (модуля и фазы) с ранее измеренными кривыми электрического импеданса, хранящимися в базе данных. Если алгоритм ошибок является успешным согласованием измеренной в данный момент кривой с кривой из базы данных, подключенные наушники идентифицируются, и согласующиеся фильтры могут загружаться.
Подход B: формирование фильтра
Если подход A невозможен или не достигает успеха, может формироваться согласующийся фильтр. В отличие от подхода A, алгоритм (например, анализ основных компонентов, PCA-анализ) осуществляется на множестве ранее измеренных кривых электрического импеданса в списке. С использованием наиболее отличительных признаков характеристики электрического импеданса измеряемых на данный момент наушников согласующиеся признаки разных фильтров для множества наушников можно комбинировать с соответствующим фильтром (или соответствующими фильтрами) в частотной области определения, согласующимся для конкретных измеряемых в данный момент наушников.
Способ B: ручной выбор пользователем (из списка наушников)
Пользователь может выбирать свои конкретные наушники из списка.
Способ C: генератор параметров
Это возвратное решение, если для выбранного типа наушников отсутствует согласование LFP/GFP:
- параметры для фильтров получаются путем анализа GFP и извлечения наиболее важных вкладов (например, посредством кластерного анализа или анализа основных компонентов);
- пользователь должен адаптировать фильтры к своим наушникам, либо выбирая общий тип наушников (например, большой/малый), либо непрерывно изменяя фильтр в ходе воспроизведения и, таким образом, регулируя правильную настройку в соответствии с восприятием;
- на основании параметрических настроек (отрегулированных пользователем) комплексная функция фильтра создается с учетом наиболее важных атрибутов наушников;
- для упрощения выбора пользовательский интерфейс должен допускать сравнение A-B для сравнения разных наборов фильтров и/или между выбранным набором фильтров и отсутствием обработки (обходом).
Способ D: генератор параметров с функциональными возможностями выгрузки
Этот способ является расширением способа D. Он позволяет выгружать выбранные пользователем параметры в базу данных совместно с информацией о типе или модели, используемой пользователем. Это позволяет расширять базу данных на модели наушников, не занесенные в базу данных, и/или уточнять параметры на основании мнения пользователя.
Итак, одна или более вышеозначенных функциональных возможностей может осуществляться описанными здесь блоками 110, 210, 310, 510, 630 определения параметра эквализации, причем набор параметров фильтрации может играть роль набора параметров эквализации. Например, некоторые или все из вышеописанных функциональных возможностей можно реализовать в устройствах согласно фиг. 1, 2, 3 и 5 или в системе, описанной со ссылкой на фиг. 6.
В дальнейшем будет рассмотрен вопрос, где происходит фильтрация. Следует отметить, что существует по меньшей мере три разных решения, где применять корректирующую фильтрацию для наушников. За подробностями можно обратиться, например, к фиг. 7.
Способ 1: процессор приложений
В реализации обработка аудиосигнала (фильтрация/эквализация) может осуществляться заранее установленным программным обеспечением, или обработка аудиосигнала осуществляется приложением, которое может считывать и применять параметры фильтрации, например, эквалайзер музыкального проигрывателя (или программное обеспечение музыкального проигрывателя).
Способ 2: аудиопроцессор (аудиокодек/DAC/DSP)
В некоторых реализациях аудиопроцессоры обладают некоторыми возможностями применять цифровые или аналоговые фильтры. Они могут управляться приложением. Параметры фильтрации можно преобразовывать для наилучшего использования фильтров, имеющихся в аудиопроцессоре.
Способ 3: усилитель для наушников
В некоторых реализациях аналоговый аудиосигнал поступает на устройство усилителя для наушников, которое снабжено предложенной эквализацией для наушников. Эквализация для наушников (или эквалайзер) применяется к этому сигналу. Следовательно, это устройство можно подключать к любому устройству, которое выводит аналоговый аудиосигнал.
За дополнительными подробностями следует обратиться к фиг. 7 и вышеприведенному описанию.
Заключение
Варианты осуществления согласно изобретению могут способствовать одному или более из нижеследующих эффектов или конкретных усовершенствований:
- наиболее важным преимуществом для пользователя является повышение качества звука вследствие улучшенной частотной характеристики наушников (благодаря компенсации недостатков наушников);
- пользователю не нужно тратить много денег на дорогостоящие наушники для достижения хорошего качества аудиосигнала;
- простота в использовании: пользователю не нужно вдаваться в детали (как то, параметры настройки эквализации) или измерять частотные характеристики наушников. В некоторых вариантах осуществления достаточно просто выбрать наушники;
- для изготовителя наушников преимущество может состоять в том, что они могут дифференцировать, обеспечивая наборы параметров фильтрации для загрузки или предварительной установки на устройствах;
- можно повысить качество аудиосигнала дешевых (неидеальных) наушников. Следовательно, продавцы устройств воспроизведения, которые поставляются совместно с наушниками, могут экономить деньги. Вместо более дорогих наушников, дешевые - поддерживаемые описанным решением - способны обеспечивать такое же или даже более высокое качество;
- производители устройств могут повышать качество звука, обеспечивая управляемую пользователем или автоматическую идентификацию наушников;
- продавцы мультимедийного программного обеспечения могут разрабатывать приложения, которые включают в себя эквализацию для наушников для аудиосигналов;
- гибкость: благодаря загрузке новых параметров фильтрации устройство не привязано к конкретной паре наушников. Следовательно, можно даже поддерживать перспективные наушники.
В некоторых вариантах осуществления большая база данных хранится локально, что позволяет осуществлять выбор без подключения к внешней базе данных. Другими словами, информация вышеописанной базы 610 данных глобальных параметров фильтрации может храниться в базе 620 данных локальных параметров фильтрации.
Кроме того, следует отметить, что в некоторых реализациях согласно настоящему изобретению существует список моделей наушников в приложении, которое формирует различные выходные сигналы на выходе для наушников устройства. В некоторых реализациях информацию нужно загружать из внешнего источника в зависимости от модели или типа.
Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления согласно настоящему изобретению можно применять в разных областях технического применения:
- смартфоны;
- персональные музыкальные проигрыватели;
- планшетные устройства;
- Blu-ray/DVD/CD-проигрыватели;
- A/V-приемники;
- телевизоры;
- автомобильные/авиационные развлекательные системы;
- профессиональные аудиосистемы;
- звуковые карты;
- усилители для наушников.
Итак, варианты осуществления согласно изобретению позволяют повысить воспринимаемое качество аудиосигнала наушников. Более высокое качество звука основано на фильтрах, которые специально предназначены для наушников. Фильтры и/или параметры фильтрации можно принимать посредством загрузки из Интернета.
Варианты осуществления согласно изобретению решают проблему регулировки фильтров для согласования с конкретными подключенными наушниками.
Кроме того, варианты осуществления согласно изобретению преодолевают недостаток, состоящий в том, что регулировка фильтра (т.е. эквализация) обычно не осуществляется изготовителем бытовых медиаустройств, хотя качество звука можно значительно повысить, поскольку подключенные наушники в большинстве случаев обычно не известны.
Варианты осуществления согласно изобретению позволяют в будущем загружать новые фильтры для наушников во многих применениях.
Альтернативные реализации
Хотя некоторые аспекты были описаны применительно к устройству, ясно, что эти аспекты также представляют описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствует этапу способа или признаку этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в отношении этапа способа, также представляют описание соответствующего блока или элемент или признак соответствующего устройства. Некоторые или все этапы способа могут выполняться посредством (или с использованием) аппаратного устройства, например, микропроцессора, программируемого компьютера или электронной схемы. В некоторых вариантах осуществления некоторые один или более из наиболее важных этапов способа могут выполняться таким устройством.
В зависимости от определенных требований к реализации, варианты осуществления изобретения можно реализовать аппаратными средствами или программными средствами. Реализация может осуществляться с использованием цифрового носителя данных, например, накопителя на гибком магнитном диске, DVD, Blu-Ray, CD, ПЗУ, ППЗУ, СППЗУ, ЭСППЗУ или флэш-памяти, на которых хранятся электронно-считываемые сигналы управления, которые взаимодействуют (или способны взаимодействовать) с программируемой компьютерной системой таким образом, что осуществляется соответствующий способ. Таким образом, цифровой носитель данных может быть машиночитаемым.
Некоторые варианты осуществления согласно изобретению содержат носитель данных, имеющий считываемые электронными средствами сигналы управления, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой таким образом, что осуществляется один из описанных здесь способов.
Варианты осуществления настоящего изобретения можно, в общем, реализовать в виде компьютерного программного продукта с программным кодом, причем программный код пригоден для осуществления одного из способов, когда компьютерный программный продукт выполняется на компьютере. Программный код может, например, храниться на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления содержат компьютерную программу для осуществления одного из описанных здесь способов, хранящуюся на машиночитаемом носителе.
Другими словами, вариант осуществления способа согласно изобретению предусматривает, таким образом, компьютерную программу, имеющую программный код для осуществления одного из описанных здесь способов, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.
Дополнительный вариант осуществления способов согласно изобретению, таким образом, представляет собой носитель данных (или цифровой носитель данных, или машиночитаемый носитель), содержащий записанную на нем компьютерную программу для осуществления одного из описанных здесь способов. Носитель данных, цифровой носитель данных или записанный носитель обычно является вещественным и/или постоянным.
Дополнительный вариант осуществления способа, отвечающего изобретению, предусматривает, таким образом, поток данных или последовательность сигналов, представляющий(ую) компьютерную программу для осуществления одного из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов может, например, быть выполнен(а) с возможностью передачи через соединение для передачи данных, например, через Интернет.
Дополнительный вариант осуществления содержит средство обработки, например, компьютер или программируемое логическое устройство, выполненный(ое) с возможностью или адаптированный(ое) для осуществления одного из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления содержит компьютер, на котором установлена компьютерная программа для осуществления одного из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления согласно изобретению содержит устройство или систему, выполненное(ую) с возможностью передачи (например, электронными или оптическими средствами) компьютерной программы для осуществления одного из описанных здесь способов на приемник. Приемником может быть, например, компьютер, мобильное устройство, запоминающее устройство и т.п. Устройство или система может, например, содержать файловый сервер для переноса компьютерной программы на приемник.
В некоторых вариантах осуществления программируемое логическое устройство (например, вентильную матрицу, программируемую пользователем) можно использовать для осуществления некоторых или всех из функциональных возможностей описанных здесь способов. В некоторых вариантах осуществления вентильная матрица, программируемая пользователем, может взаимодействовать с микропроцессором для осуществления одного из описанных здесь способов. Способы, в общем, предпочтительно осуществлять любым аппаратным устройством.
Вышеописанные варианты осуществления призваны лишь иллюстрировать принципы настоящего изобретения. Следует понимать, что специалисты в данной области техники могут предложить модификации и варианты описанных здесь конфигураций и подробностей. Таким образом, изобретение ограничено лишь объемом нижеследующей формулы изобретения, а не конкретными подробностями, представленными здесь посредством описания и пояснения вариантов осуществления.
[1] Møller, H.; Jensen, C.; Hammershøi, D. & Sørensen, M. Design Criteria for Headphones J. Audio Eng. Soc, 1995, 43, 218-232
[2] Lorho, Gaëtan: Subjective Evaluation of Headphone Target Frequency Respon-es. In: Audio Engineering Society Convention 126 # 7770. Munich, Germany, May 2009
[3] Bestimmung der Schallimmission von ohrnahen Schallquellen Teil 1: Verfahren mit Mikrofonen in menschlichen Ohren (MIRE-Verfahren), DIN EN ISO 11904-1, Deutsches Institut für Normung e.V., February 2003
[4] Akustik - Simulatoren des menschlichen Kopfes und Ohres - Teil 1: Ohrsimulator zur Kalibrierung von supra-auralen und circumauralen Kopfhörern (IEC 60318-1:2009); Deutsche Fassung EN 60318-1:2009, Deutsches Institut für Normung e.V., July 2010
[5] Fleischmann, Silzle, Plogsties: Headphone Equalization - Measurement, Design and Psychoacoustic Evaluation, Microelectronic Systems, Springer Verlag 2011, Pages 301-312
[6] US Patent US 2009/0095804 A1
[7] Patent number: 8014539, «Method and apparatus to control output power of a digital power amplifier ...», Young-suk Song et al.
[8] TC Electronic System 6000; Engage algorithm; http://www.tcelectronic.com/media/Sys6_MKII_algorithms.pdf
[9] HTC Sensation, http://www.htc.com/de/smartphones/htc-sensation-xl/#overview
[10] Nubert ATM, http://www.nubert.de/index.php? id=111
[11] Windows Platform Design Notes - Analog Audio Classification Using Device Impedance Characteristics, Version 1.0 - April 16, 2002
[12] http://www.nxp.com/products/amplifiers/audio_amplifiers/amplifiers_for_portable_devices/TFA9887UK.html