專(zhuān)利名稱(chēng)：用于增大音頻感覺(jué)音警報(bào)的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及生成警報(bào)信號(hào)與警報(bào)設(shè)備的領(lǐng)域，更具體地，涉及基于心理聲學(xué)/聽(tīng)力測(cè)定數(shù)據(jù)來(lái)增大音頻感覺(jué)響度(loudness)與生成警報(bào)信號(hào)。
背景技術(shù)：
存在對(duì)于手持式無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的大的世界市場(chǎng)，并且(人們)總是對(duì)設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)，以便以最少量的電力操作感興趣?？s小手持式設(shè)備(例如手機(jī)、尋呼機(jī)與PDA)方面的進(jìn)展常常受到電源約束(包括電池大小)的限制。許多手機(jī)與具有有限電力配置的小型消費(fèi)音頻設(shè)備裝備有傳感器(transducer)，例如喇叭擴(kuò)音器，其將話(huà)音投射向聽(tīng)者而非直接連接到耳朵。業(yè)界技術(shù)的當(dāng)前焦點(diǎn)在很大程度上就在更好的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)或更有效率地利用功率放大器階段中的電流消耗。沒(méi)有能量保持方案直接操作在音頻警報(bào)上以生成警報(bào)。典型地，使用警報(bào)來(lái)向用戶(hù)通知到來(lái)的呼叫、尋呼、文本消息、日歷提醒等等。
目前的市場(chǎng)上近來(lái)對(duì)提高產(chǎn)生的音頻警報(bào)的質(zhì)量的需求已導(dǎo)致部署數(shù)字技術(shù)。參照醫(yī)療警報(bào)設(shè)備，傳統(tǒng)的嵌入式低功率醫(yī)療設(shè)備警報(bào)必須足夠響，以便引起設(shè)備持有者的注意。傳統(tǒng)的身體上的(on-the-body)醫(yī)療警報(bào)設(shè)備間歇地得到使用，這是因?yàn)樵O(shè)備持有者可能正進(jìn)行其它活動(dòng)，僅當(dāng)醫(yī)療警報(bào)為必需時(shí)需要得到通知。在大多數(shù)情形中，持有者不會(huì)注意設(shè)備。
另外，傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備警報(bào)(例如尋呼機(jī)上使用者)使用單音(tone)來(lái)向個(gè)人發(fā)出警報(bào)例如，跑步者的心率監(jiān)控器或測(cè)量速度的腕表。典型地，音調(diào)為大約1KHz，這是因?yàn)榉钦降穆?tīng)力測(cè)試揭示，此頻率足夠惱人，足以吸引使用者的注意并求得響應(yīng)。然而，對(duì)于在維持低電力需求的同時(shí)保持響度而言，該音調(diào)并非優(yōu)化。
進(jìn)一步地，研究已顯示心理聲學(xué)與聽(tīng)力測(cè)定的數(shù)據(jù)隨聽(tīng)者而變化。換言之，為給定聽(tīng)者針對(duì)響度優(yōu)化的系統(tǒng)對(duì)于另一聽(tīng)者不是最優(yōu)的。相應(yīng)地，需要提供一種可為特定用戶(hù)定制的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明增大音頻感覺(jué)響度并生成優(yōu)化的音序列(tone sequence)以獲取最大響度，其基于設(shè)備揚(yáng)聲器響應(yīng)，聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)輪廓(profile)，以及對(duì)人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)的聽(tīng)力范圍(sound)的知識(shí)。本發(fā)明利用響度的心理聲學(xué)知識(shí)，以生成音序列，其與遵照聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)輪廓的最大響度相對(duì)應(yīng)，同時(shí)維持低電力需求。
遵照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種方法，一種計(jì)算機(jī)可讀媒體，以及一種系統(tǒng)，其用于增大音頻感覺(jué)響度，其包括偏移第一音頻信號(hào)的至少一個(gè)頻率，以創(chuàng)建第二音頻信號(hào)，以便增大音頻感覺(jué)響度，同時(shí)維持低電力需求。方法包括為給定音量設(shè)置與揚(yáng)聲器生成音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)；選擇等響度參考曲線(xiàn)；通過(guò)從音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)減去響度參考曲線(xiàn)，為給定音頻揚(yáng)聲器響應(yīng)創(chuàng)建響度敏感度曲線(xiàn)；獲取聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓；對(duì)于聽(tīng)覺(jué)不正常的聽(tīng)者，將聽(tīng)者的音頻輪廓添加到響度敏感度曲線(xiàn)，以產(chǎn)生聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)(tonalsensitivity curve)；從聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)為臨界頻帶的音確定所要求的dB定標(biāo)；歸一化音敏感度曲線(xiàn)，以創(chuàng)建分貝曲線(xiàn)；通過(guò)使用音敏感度曲線(xiàn)，選擇音的頻率范圍；以及沿著臨界頻帶尺度隔開(kāi)音序列。
圖1是闡釋響度曲線(xiàn)的圖形，其改編自ISO-226。
圖2是闡釋由方程(2)與(3)給出的線(xiàn)性頻率尺度到臨界頻帶尺度的映射的圖形。
圖3是闡釋模擬的水平相關(guān)的roex聽(tīng)覺(jué)濾波器響應(yīng)的圖形，其對(duì)應(yīng)于中心頻率為fc＝100Hz、1KHz、與3KHz的50到90dB的輸入水平。
圖4是闡釋窄帶純音掩蔽門(mén)限的圖形。
圖5-6是闡釋描繪出聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的“凹槽噪聲”方法的圖形。
圖7-8是闡釋激勵(lì)函數(shù)的生成的圖形，其中圖7顯示1KHz正弦輸入的單個(gè)聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀，而圖8顯示產(chǎn)生的激勵(lì)模式。
圖9是闡釋針對(duì)由roex濾波器生成的1KHz音的激勵(lì)水平對(duì)臨界頻帶模式的圖形。
圖10是闡釋對(duì)于各種R值，由方程(19)給出的外耳到中耳濾波器的圖形。
圖11-13是闡釋響度與帶寬之間的關(guān)系的圖形，其中圖11顯示中心為1KHz、帶寬為40、80、160、320、640與1280Hz(均處于60dBSPL的恒定水平)的輸入窄帶噪聲，圖12顯示相應(yīng)的激勵(lì)模式，而圖13顯示產(chǎn)生的響度模式。
圖14-15是闡釋相等能量的兩個(gè)音的響度的圖形，其中圖14顯示由超過(guò)一個(gè)臨界頻帶分隔開(kāi)的兩個(gè)音，而圖15顯示同一臨界頻帶的兩個(gè)音。
圖16與17是端用戶(hù)設(shè)備的框圖，其用于實(shí)現(xiàn)所述方法，其遵照本發(fā)明。
圖18與19是顯示所述方法操作在圖16的終端用戶(hù)上的流程圖，其遵照本發(fā)明。
圖20是闡釋音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的圖形，其遵照本發(fā)明。
圖21是闡釋ISO-226等響度曲線(xiàn)的圖形，其遵照本發(fā)明。
圖22是闡釋聽(tīng)者的音頻輪廓的圖形，其遵照本發(fā)明。
圖23是顯示定制圖19的聽(tīng)者輪廓的方法的流程圖，其遵照本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
如上面所陳述的那樣，本發(fā)明將心理聲學(xué)知識(shí)和聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)輪廓集成在音警報(bào)序列中，以獲取可得到的最響的警報(bào)，同時(shí)維持所要求的電力。
通過(guò)軟件或固件更新，本發(fā)明與許多目前可獲得的系統(tǒng)一起工作。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明允許用戶(hù)為該用戶(hù)的聽(tīng)力測(cè)定輪廓優(yōu)化音警報(bào)。
聽(tīng)覺(jué)的臨界頻帶(critical band)概念是當(dāng)能量在臨界頻帶中保持恒定時(shí)，響度將增大(當(dāng)超過(guò)臨界帶寬時(shí))。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)頻率尺度上的多個(gè)音全被特定帶寬(稱(chēng)為“臨界帶寬”)在頻率上隔開(kāi)時(shí)，與被分組在一起相比，聲音將最響。另外，將每一音的dB增益作為聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)輪廓的函數(shù)來(lái)選擇。ISO-226等響度等高線(xiàn)提供這樣的響度水平，在其上面聲音在整個(gè)頻譜上同樣響。等響度音(equal loudnesstones)概念陳述1KHz到4KHz之間的音被感覺(jué)為比任何其它音更響。
另外，具有中度聽(tīng)覺(jué)損失的聽(tīng)覺(jué)障礙人士的聽(tīng)覺(jué)輪廓一般在2KHz上顯示大約-10dB的高頻率損失。這允許縮小響度范圍，其為優(yōu)化響度所必需。在向1KHz到2KHz范圍中的音序列施行臨界頻帶概念時(shí)，可以看到，7個(gè)音對(duì)于臨界頻帶分割以獲取最優(yōu)響度而言是必需的即，1000、1170、1370、1600、1850、1720、與2000Hz。聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)輪廓被包括，以?xún)?yōu)化警報(bào)序列的響度。
人類(lèi)感覺(jué)中的響度響度是人類(lèi)對(duì)強(qiáng)度的感覺(jué)，是聲音強(qiáng)度、頻率與質(zhì)量的函數(shù)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)William Hartmann，Signals，Sound，andSensation，Springer，New York，1998]。聲音能量水平可表示為強(qiáng)度I的函數(shù)，以及聲壓p的函數(shù)，這是因?yàn)镮∝p2，如下所示L=101og10I1I2=201og10p1p2---(1)]]>
當(dāng)將分母值選擇為對(duì)應(yīng)于聽(tīng)覺(jué)門(mén)限的參考變量時(shí)，分貝壓比變?yōu)槁晧核絊PL，而分貝強(qiáng)度比變?yōu)閺?qiáng)度水平。當(dāng)刺激的強(qiáng)度增大時(shí)，人類(lèi)感覺(jué)(例如聽(tīng)覺(jué))以對(duì)數(shù)程度增大[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)S.Stevens，The direct estimation of sensory magnitudesloudness，AmericanJournal of Psychology，691-25，1956]。為測(cè)量響度，有必要建立這樣的參考，其將主觀感覺(jué)與物理含義相關(guān)聯(lián)。創(chuàng)建響度水平，以刻畫(huà)任何聲音的響度感覺(jué)的特征，這是因?yàn)榉裙烙?jì)不提供精確的表示。聲音的響度水平是和測(cè)試的聲音一樣響的1-KHz音調(diào)的聲壓水平。單位測(cè)量是“phon”，其為客觀值，將響度的感覺(jué)與SPL相關(guān)聯(lián)。具有相等phon水平的任何聲音處于相等的響度水平。對(duì)于給定SPL，可向連續(xù)頻譜分配phon水平。這些曲線(xiàn)的等高線(xiàn)稱(chēng)為等響度曲線(xiàn)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)ISO-226，Acoustics-normal equal loudnesscontours，ISO Geneva，Switzerland，1987]。
圖1闡釋等響度曲線(xiàn)，其改編自ISO-226。對(duì)應(yīng)于從聽(tīng)覺(jué)門(mén)限到聽(tīng)覺(jué)最高限度的SPL值的曲線(xiàn)集在每一頻率以phon定義了等價(jià)響度。圖1中的虛線(xiàn)表示聽(tīng)覺(jué)門(mén)限，在該門(mén)限達(dá)到響度感覺(jué)的限度。這生成在3phon水平，這是因?yàn)榘察o的門(mén)限在1KHz處對(duì)應(yīng)于3dB[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，SpringerSeries，Berlin，1998]。
然而，phon不提供對(duì)響度比例的度量。響度定標(biāo)提供一種測(cè)量單位，其陳述與另一(聲音)相比，一個(gè)聲音被感覺(jué)響到什么程度。phon水平陳述為獲取相同響度水平所需的SPL水平。它不建立響度的度量或單位?！皊one”被引入，以定義響度的主觀測(cè)量，其中sone值為1對(duì)應(yīng)于1KHz音調(diào)在作為參考的40dB SPL的強(qiáng)度的響度[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)S.Stevens，The direct estimation of sensorymagnitudesloudness，American Journal of Psychology，691-25，1956]。sone比例定義響度的比例，使得sone水平增加到四倍時(shí)，感覺(jué)到的響度也增加到四倍。聲壓p同以sone度量的響度S之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系典型地由S∝Ik給定，其中k 0.3。強(qiáng)度增加到十倍對(duì)應(yīng)于SPL中增加10phon。由于響度大約正比于強(qiáng)度的立方根，10phon的增加大致對(duì)應(yīng)于sone值翻番。聲音被感覺(jué)為兩倍地響。
臨界頻帶聽(tīng)覺(jué)理論的最具支配力的概念是臨界頻帶概念[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)H.Fletcher與W.J.Munson，Loudness，its definition，measurement，and calculation，J.Acoust.Soc.Am，582-108，1933]。臨界頻帶概念通過(guò)聽(tīng)覺(jué)表示，以絕對(duì)比例定義聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的處理通道。臨界頻帶表示沿著基底膜(basilar membrane)的恒定物理距離[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，SpringerSeries，Berlin，1998]。它表示單個(gè)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞或纖維之內(nèi)的信號(hào)過(guò)程。一同落在臨界頻帶中的譜分量被一同處理[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker，Procedure for calculating loudness of temporally variablesounds，J Acoust.Soc.Am，62(3)675-682，1977]。臨界頻帶被視為獨(dú)立的處理通道。它們共同組成聲音的聽(tīng)覺(jué)表示。臨界頻帶也被視為這樣的帶寬，其中突然的感覺(jué)變化得到注意[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)William Hartmann，Signals，Sound and Sensation，Springer，NewYork，1998]。
下面的近似涉及臨界頻帶率與帶寬對(duì)頻率(kHz)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)Zwicker與E.Terhardt，Analytic expressions for critical bandrate and critical bandwidth as a function of frequency，J.Acoust.Soc.Am，681523-1525，1980]。
zBark=13tan-1(0.76f)+3.5tan-1(f)2---(2)]]>然而，此方程不是閉形式可逆的(not invertible in closed form)，可逆過(guò)程在方程(3)中給出如下[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)H.Traunmuller.Analytic expressions for the tonotopic sensory scale，J.Acoust.Soc.AM，8897-100，1990]。
z′＝26.81f/(1960+f)-0.53z=z′+0.15(2.0-z′)z′<2.0z′z′+0.22(z′+20.1)---(3)]]>z′＜2.02.0＜z′＜20.1z′＞20.1圖2是闡釋由方程(2)與(3)給出的線(xiàn)性頻率尺度對(duì)臨界頻帶尺度的映射的圖形。相應(yīng)地，圖2顯示由方程(2)與(3)兩者建立的臨界頻帶尺度。Fletcher關(guān)于掩蔽現(xiàn)象的原始實(shí)驗(yàn)揭示了臨界頻帶概念的特征。在這些實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于不同的噪聲帶寬評(píng)估純音的可聽(tīng)覺(jué)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明可聽(tīng)覺(jué)性?xún)H受臨界頻帶中的噪聲的量的影響。當(dāng)帶寬降低到臨界帶寬之下時(shí)，音調(diào)的檢測(cè)門(mén)限降低。實(shí)驗(yàn)建議存在聽(tīng)覺(jué)濾波器。由于特定帶寬之外的噪聲不影響檢測(cè)門(mén)限，聽(tīng)覺(jué)機(jī)制(其抑制這些分量)看來(lái)是可靠的(likely)。可將聽(tīng)覺(jué)濾波器考慮為生理過(guò)程，其抑制濾波器區(qū)域之外的分量，但并不對(duì)濾波器之內(nèi)的信號(hào)造成壞影響。聽(tīng)覺(jué)濾波器的目的是隔離感興趣的信號(hào)分量，并削弱此區(qū)域之外的信號(hào)貢獻(xiàn)。由此邊界定義的區(qū)域?yàn)榕R界帶寬，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示此臨界帶寬隨頻率的增大而增大[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，Springer Series，Berlin，1998]。
臨界頻帶概念對(duì)于描述聽(tīng)覺(jué)尤其是響度是至關(guān)緊要的。如果聲音的強(qiáng)度固定，當(dāng)帶寬小于臨界帶寬時(shí)，聲音的響度保持恒定[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，SpringerSeries，Berlin，1998]。一旦帶寬增加到超過(guò)臨界頻帶，響度將增加。當(dāng)帶寬超過(guò)臨界帶寬時(shí)，響度增加，盡管能量保持恒定。這是基于這樣的事實(shí)，即人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)將廣譜分析為對(duì)應(yīng)于臨界頻帶的部分。這也與聽(tīng)覺(jué)濾波器概念一致，在聽(tīng)覺(jué)濾波器概念中，頻率被沿著基底膜連續(xù)地編碼，并且響度與激勵(lì)區(qū)域線(xiàn)性地關(guān)聯(lián)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)A.T.Cacace與R.H.Margolis，On the loudness of complex stimuliand its relationship to cochlear excitation，J Acoust.Soc.Am，78(5)1568-1573，1985]。臨界頻帶率提供響度對(duì)頻率信道的連續(xù)統(tǒng)(continuum)的測(cè)量。由于這些聽(tīng)覺(jué)通道是過(guò)程獨(dú)立的，它們的總和提供了對(duì)所感覺(jué)的響度的總估價(jià)。
通過(guò)將每一臨界頻帶作為響度的離散單元來(lái)分配，有可能通過(guò)將各個(gè)臨界頻帶單元相加來(lái)評(píng)估頻譜的響度[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker，Procedure for calculating loudness of temporally variablesounds，J.Acoust.Soc.Am，62(3)675-682，1977]。和值代表由聲音頻譜生成的所感覺(jué)的響度。每一臨界頻帶單元的響度值是特定的響度，且臨界頻帶單元被稱(chēng)為Bark單元。這樣，1Bark間隔對(duì)應(yīng)于給定的臨界頻帶集成[E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，SpringerSeries，Berlin，1998]。臨界頻帶尺度是基底膜的頻率到空間變換。
聽(tīng)覺(jué)濾波器主觀聽(tīng)力測(cè)試與實(shí)驗(yàn)揭示了對(duì)聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的描述[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)R.Patterson，Auditory filter shapes derived withnoise，J.Acoust.Soc.Am，74640-654，1976和E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，Springer Series，Berlin，1998和B.C.Moore與B.R.Glasberg，Auditory filter shapes derived in simultaneous and forwardmasking，J.Acoust.Soc.America，701003-1014，1981]。第一估計(jì)來(lái)自音與噪聲掩蔽實(shí)驗(yàn)的結(jié)果[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)H.Fletcher與W.J.Munson，Loudness，its definition，measurement，and calculation，J.Acoust.Soc.Am，582-108，1933]。Fletcher揭示了頻帶的概念，并將定義臨界頻帶的邊界的聽(tīng)覺(jué)濾波器近似為矩形濾波器。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，一般以臨界頻帶來(lái)描述聽(tīng)覺(jué)濾波器的寬度。然而，它們并非真的是矩形形狀。
等價(jià)矩形帶寬(ERB)的概念對(duì)于描述臨界帶寬是有用的[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)William Hartmann，Signals，Sound，andSensation，Springer，New York，1998]。ERB是單位高度與帶寬的矩形濾波器，矩形中包含與臨界頻帶相同的功率。方程(4)提供方程(2)的ERB的近似表達(dá)式如下[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)WilliamHartmann，Signals，Sound，and Sensation，Springer，New York，1998]ΔfGHZ=25+75[1+1.4(fKHz)2]0.69---(4)]]>臨界帶寬線(xiàn)性地增加到大約500Hz，其后對(duì)數(shù)地并與中心頻率正比地增加。一種用于確定聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的精煉的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是由Patterson提議的噪聲凹槽方法[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)R.Patterson，Auditory filter shapes derived from noise，J.Acoust.Soc.Am，74640-654，1976]。其合意地限制掩蔽效應(yīng)，以提供對(duì)聽(tīng)覺(jué)濾波器過(guò)程的更佳觀察。在測(cè)試期間，此方法將聽(tīng)覺(jué)濾波器限制到如噪聲凹槽給定的特定帶寬之內(nèi)。它提供了一種描繪出臨界頻帶濾波器形狀的方法。Patterson與Nimmo[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)R.Patterson，J.Nimmo-Smith與P.Rice，The auditory filterbank，MRC-APU report2341，1991]建議方程(5)中的取舍指數(shù)(rounded exponential)(roex)函數(shù)，以參數(shù)化描述他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀，如下面顯示的那樣。
|H(f)|2＝(1+pg)e-pg(5)其中g(shù)是評(píng)估頻率對(duì)中心頻率fc的歸一化的偏移；g＝|(f-fc)/fc| (6)而p是無(wú)量綱的參數(shù)，其描述帶寬與濾波器斜率。Moore與Glasberg提議參數(shù)pl與pu，以建模不同輸入水平下非對(duì)稱(chēng)濾波器形狀，以作為對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的更佳擬合[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore與B.R.Glasberg，F(xiàn)ormulae describing frequency selectivity as a functionof frequency and level and their use in calculating excitation patterns，Hearing Research，28209-225，1987]。當(dāng)聽(tīng)覺(jué)濾波器的輸入水平為L(zhǎng)＝51dB/ERB時(shí)，聽(tīng)覺(jué)濾波器在線(xiàn)性范圍內(nèi)近似地對(duì)稱(chēng)。
p(fc)＝4fc/(24.7+0.108fc) (7)pu(fc)＝p(fc)pl(fc)=p(fc)(1-0.38p(1KHz(L-51dB)]]>這些修改已被用于生成外圍聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的非線(xiàn)性模型[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)Martin Pflueger，Robert Hoeldrich與William Reidler，A nonlinear model of the peripheral auditory system，IEM Report，pages1-10，F(xiàn)eb 1998]，而對(duì)于ERB帶寬的不同表示導(dǎo)致Lyon的和Greenwood的模型(在Slaney[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)Malcolm Slaney，Anefficient implementation of the Patterson-Holdsworth auditory filterbank，Apple Computer Technical Report 35，1993]中引用)。Moore與Glasberg做出結(jié)論，決定聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的關(guān)鍵變量是到濾波器的輸入水平。他們也提供對(duì)外耳到中耳傳輸函數(shù)的“修正”，作為對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的更佳擬合。
圖3闡釋模擬的水平相關(guān)的roex聽(tīng)覺(jué)濾波器響應(yīng)，其對(duì)應(yīng)于中心頻率為fc＝100Hz、1KHz、與3KHz的50到90dB的輸入水平。低頻聽(tīng)覺(jué)濾波器斜率隨水平(level)而降低，而高頻斜率隨水平而輕微地增加。
激勵(lì)響度是激勵(lì)模式的函數(shù)，其中激勵(lì)是聽(tīng)覺(jué)濾波器的剩余響應(yīng)。聲音的激勵(lì)模式是對(duì)該聲音引起的活動(dòng)或激勵(lì)的表示，其作為特征頻率的函數(shù)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，Springer Series，Berlin，1998]。激勵(lì)模式用在響度的所有模型中。存在兩種確定激勵(lì)模式的一般方法。
圖4闡釋窄帶純音掩蔽門(mén)限。相應(yīng)地，圖4顯示第一方法(在ISO-532B[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)ISO-532，Acoustics-method forcalculating loudness level，ISO Geneva，Switzerland，1975]中使用)，其根據(jù)窄帶噪聲的純音的掩蔽，計(jì)算激勵(lì)在臨界頻帶的擴(kuò)展。給定頻率的窄帶噪聲是掩蔽音，而要檢測(cè)的音其頻率是變化的。產(chǎn)生的門(mén)限曲線(xiàn)是掩蔽模式。掩蔽效應(yīng)是指特定聲音在較響的相鄰聲音的附近變得聽(tīng)不到的現(xiàn)象。部分掩蔽效應(yīng)減小了可聽(tīng)覺(jué)性，但沒(méi)有完全掩蔽聲音。掩蔽模式聯(lián)系測(cè)試音的頻率來(lái)描述被掩蔽的門(mén)限。Zwicker及同事建議，生成的掩蔽模式表示所引起的神經(jīng)激勵(lì)[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與E.Terhardt，Analytic expressions for critical bandrate and critical bandwidth as a function of frequency，J.Acoust.Soc.Am，681523-1525，1980]。ISO-532B[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)ISO-532，BASIC Program for calculating the loudness of sounds fromtheir 1/3-Oct band spectra according to ISO 532 B，Acustica，Letters to theeditors，5563-67，1984]在圖示流程(charting routine)中使用此方法的掩蔽曲線(xiàn)斜率來(lái)計(jì)算激勵(lì)的擴(kuò)展。
在由Moore與Glasberg提議的第二方法中[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore，B.R.Glasberg與T.Baer，A model for the prediction ofthresholds，loudness，and partial loudness，J.Aud.Eng.Soc.，45(4)224-239，April 1997]，激勵(lì)模式系從聽(tīng)覺(jué)濾波器生成。聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀決定激勵(lì)的擴(kuò)展，而非掩蔽模式。掩蔽模式反映了使用多個(gè)聽(tīng)覺(jué)濾波器，而非像臨界頻帶那樣的單個(gè)聽(tīng)覺(jué)濾波器。在Moore與Glasberg的方法中，通過(guò)在噪聲凹槽中查找剛剛可注意到的聲音水平來(lái)確定聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀。
圖5-6闡釋描繪出聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的“凹槽噪聲(notch noise)”方法。相應(yīng)地，圖5-6顯示凹槽噪聲方法，其也表現(xiàn)得較少受對(duì)Zwicker的方法的掩蔽效應(yīng)作出貢獻(xiàn)的聽(tīng)覺(jué)事件影響。凹槽噪聲方法允許變化凹槽中心，合意地將分析限制到單個(gè)聽(tīng)覺(jué)濾波器。聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀共同被用于生成激勵(lì)模式，該激勵(lì)模式可被視為聽(tīng)覺(jué)濾波器的輸出，其作為聽(tīng)覺(jué)濾波器的中心頻率的函數(shù)。
圖7-8闡釋激勵(lì)函數(shù)的生成，其中圖7顯示1KHz正弦輸入的單個(gè)聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀，而圖8顯示產(chǎn)生的激勵(lì)模式。相應(yīng)地，圖7-8顯示從模擬的roex濾波器導(dǎo)出的1KHz正弦音調(diào)的激勵(lì)模式[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)Martin Pflueger，Robert Hoeldrich與William Riedler，A nonlinear model of the peripheral auditory system，IEM Report，pages1-10，F(xiàn)eb 1998]。引起的激勵(lì)由連續(xù)聽(tīng)覺(jué)濾波器組的作出貢獻(xiàn)的輸出生成。信號(hào)分量落入不同的聽(tīng)覺(jué)濾波器之內(nèi)，每一聽(tīng)覺(jué)濾波器遵照其濾波器形狀進(jìn)行響應(yīng)。盡管此水平的聽(tīng)覺(jué)濾波器在線(xiàn)性頻率范圍上是對(duì)稱(chēng)的，產(chǎn)生的激勵(lì)模式不是對(duì)稱(chēng)的。聽(tīng)覺(jué)濾波器帶寬隨頻率的增加而增加，并且不是線(xiàn)性地隔開(kāi)的。這些特征生成非對(duì)稱(chēng)激勵(lì)函數(shù)，其顯示更顯著的激勵(lì)向上擴(kuò)展[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.R.Glasberg與B.C.Moore，Derivation of auditory filter shapes from notched noisedata，Hearing Research，47103-138，1990]。
使用凹槽噪聲方法的對(duì)聽(tīng)覺(jué)濾波器形狀的實(shí)驗(yàn)測(cè)量揭示了形狀隨水平的變化[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)R.Hellman，A.Miskiewicz與B.Scharf，Loudness adaptation and excitation patternsEffects offrequency and level，J.Acoust.Soc.Am，101(4)2176-2185，1997]。如果聽(tīng)覺(jué)濾波器是線(xiàn)性的，則它們的形狀將不會(huì)隨輸入噪聲的水平而變化，但它們確實(shí)變化了。這些觀察導(dǎo)致將依賴(lài)于水平的項(xiàng)包括進(jìn)來(lái)，以在方程(7)中計(jì)算上(upper)聽(tīng)覺(jué)濾波器斜率，如圖3中所示。
圖9闡釋針對(duì)由roex濾波器生成的1KHz音的激勵(lì)水平對(duì)臨界頻帶模式。相應(yīng)地，圖9顯示臨界帶寬尺度上1KHz輸入正弦的各種dB水平的激勵(lì)模式。激勵(lì)系從方程(7)描述的Roex聽(tīng)覺(jué)濾波器的輸出生成，并以與圖7-8的激勵(lì)函數(shù)相同的方式計(jì)算?？梢钥吹?，圖9的激勵(lì)斜率關(guān)于功率水平在臨界頻帶尺度上大致是線(xiàn)性的。聽(tīng)力曲線(xiàn)的絕對(duì)門(mén)限作為虛線(xiàn)描述在方程(20)中。
聽(tīng)力功率定律聲音的總響度N通過(guò)將特定響度N′沿著臨界頻帶率尺度相加來(lái)得到。與聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)如何在頻率上積分響度類(lèi)似，將特定響度分量沿著臨界頻帶尺度增量地相加。特定響度是臨界頻帶率z的函數(shù)，稱(chēng)為“響度分布”或“響度模式”。響度模式產(chǎn)生這樣的曲線(xiàn)，其下面積之和是所感覺(jué)的響度的直接測(cè)量。
N=∫024BarkN′dz---(8)]]>Steven定律陳述強(qiáng)度的感覺(jué)作為物理強(qiáng)度的冪律而增長(zhǎng)，結(jié)果，可假定響度的相對(duì)變化正比于強(qiáng)度的相對(duì)變化[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)S.Stevens，The direct estimation of sensory magnitudesloudness，American Journal of Psychology，691-25，1956]。響度聽(tīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)已顯示，相等比例的強(qiáng)度導(dǎo)致相等比例的響度估計(jì)。使用特定響度來(lái)替代總響度，激勵(lì)替代強(qiáng)度，下面的關(guān)系為真ΔN′N′=kΔEE---(9)]]>其中激勵(lì)E是中間值，其描述聽(tīng)覺(jué)濾波器斜率在臨界頻帶率上的掩蔽貢獻(xiàn)。它對(duì)我們的頻率選擇性聽(tīng)力提供比強(qiáng)度更佳的近似。方程(9)表示差分方程，其導(dǎo)致聽(tīng)力的冪律。
∫1N′dN′=∫k1EdE]]>log N`=k log E
N′＝Ek(10)對(duì)于低的N′與E值，可包括內(nèi)部噪聲低限(floor)，N′+Ngr＝(E+Egr)k(11)假定邊界條件E＝0導(dǎo)致N′＝0，進(jìn)行噪聲低限歸一化。
N′+NgrNgr=(E+EgrEgr)k---(12)]]>為特定響度解之，獲得方程N(yùn)′＝Ngr[(1+E/Egr)k-1] 方程(13)N0作為關(guān)于Ngr的參考特定響度是必要的，而E0是由0dB SPL的聲音產(chǎn)生的參考激勵(lì)。
Ngr′N0=(EgrE0)k]]>方程(14)門(mén)限因子s被包括，以使用由內(nèi)部激勵(lì)噪聲產(chǎn)生的安靜中的聽(tīng)力門(mén)限，如下所示。
Egr＝ETQ/s 方程(15)在方程(13)插入這些代換，得到最終的響度方程N(yùn)′=N0′(ETQsE0)k[(1+sEETQ)k-1]]]>方程(16)
對(duì)于中等到高等水平的激勵(lì)E，ETQ的影響是可忽略的，并且特定響度可簡(jiǎn)化，如下所示。
N′≈N0(EE0)k]]>方程(17)Zwicker與同事發(fā)現(xiàn)k＝0.23提供了對(duì)來(lái)自由窄帶噪聲掩蔽純音的實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果的最佳擬合。對(duì)于k＝0.3，壓縮非線(xiàn)性提供對(duì)音的近似擬合，而對(duì)k＝0:23，它是對(duì)噪聲掩蔽的近似擬合[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)E.Zwicker與H.Fastl，Psychoacoustics，Springer Series，Berlin，1998]。提供方程(11)到(16)，以更好地匹配低強(qiáng)度條件下的響度測(cè)量，其中響度發(fā)生快速的變化。方程(16)是對(duì)一般冪律的修正，以包括低水平響度計(jì)算。對(duì)于E的中到高水平，額外項(xiàng)可以忽略。在低水平，其說(shuō)明了觀察到的響度在門(mén)限附近的劇烈下降。Moore等[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore、B.R.Glasberg與T.Baer，Revision of Zwicker’s loudness model，Acustica，82335-445，1996]修改了方程(16)的響度方程，以更適宜地表示接近安靜水平的聽(tīng)覺(jué)選擇性，如下N′=c[(EE0)k-(ETQE0)k]forE≥ETQ]]>方程(18)在此方程中，當(dāng)E接近ETQ時(shí)響度接近零，并且當(dāng)激勵(lì)達(dá)到門(mén)限時(shí)，響度變?yōu)榱?。?duì)響度方程的這一簡(jiǎn)單修正存在兩個(gè)有利的后果。觀察到的響度在門(mén)限附近的劇烈下降在方程中得到說(shuō)明，意味著相對(duì)于實(shí)驗(yàn)響度測(cè)量，接近門(mén)限的低水平得到更好的建模[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore、B.R.Glasberg與T.Baer，Revision of Zwicker’sloudness model，Acustica，82335-445，1996]。這允許響度在高門(mén)限區(qū)域(例如低頻區(qū)域)的快速增加。而且，當(dāng)激勵(lì)增加時(shí)，門(mén)限在計(jì)算中也差不多可以忽略。
外耳到內(nèi)耳濾波器外耳到中耳的頻率選擇性與響度的感覺(jué)密切相關(guān)。響度模型的第一階段是包括外耳到中耳的傳輸特性。外耳傳輸包括頭、外耳、與外耳道的形態(tài)，其提供我們的高頻選擇性。中耳從鼓膜開(kāi)始，并作為壓力接收器，以將聲音強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為物理運(yùn)動(dòng)。
聲音的強(qiáng)度是大位移上的小空氣力振蕩，而所需物理運(yùn)動(dòng)是小區(qū)域上的大力。物理運(yùn)動(dòng)被傳送到內(nèi)耳，這里將物理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為波動(dòng)。此完整交互定義了阻抗匹配變換，其在人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中非常有效率。此變換由外耳到中耳傳輸方程表示，并通常被作為對(duì)數(shù)衰減曲線(xiàn)A0。它表示聲音從自由場(chǎng)傳播到該聲音在內(nèi)部活動(dòng)時(shí)聲音經(jīng)歷的傳輸特征，如下所示。
H(z)＝HLP(z)HHP(z) 方程(19)HHP(z)=1-2z-1+z-21-2Rz-1+R2z-1]]>HLP(z)=0.109(1+z-1)1-2.5359z-1+3.9295z-2]]>-4.7532z-3+4.7251z-4-3.5548z-5+2.1396z-6-0.9879z-7+0.2836z-8已根據(jù)實(shí)驗(yàn)聽(tīng)力測(cè)試結(jié)果與測(cè)量建模外耳到中耳傳輸方程。多個(gè)作者已顯示了對(duì)ISO-226中發(fā)布的等響度等高線(xiàn)的調(diào)整。Pfluege等已提議外耳到中耳傳輸方程的參數(shù)化模型[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)Martin Pflueger、Robert Hoeldrich與William Riedler，A nonlinear modelof the peripheral auditory system，IEM Report，pages 1-10，F(xiàn)eb 1998]，針對(duì)fs＝44.1KHz的該模型在方程(19)中給出，以說(shuō)明參數(shù)R的偏差。響應(yīng)建模了逆100phon等響度等高線(xiàn)(最頂部)和逆絕對(duì)聽(tīng)覺(jué)門(mén)限曲線(xiàn)(最底部)之間的一組通用的衰減曲線(xiàn)A0。傳輸?shù)奶卣髟谟谝幌盗械屯V波器與高通濾波器。8階IIR LPF確定總的形狀，而高通濾波器確定低頻衰減。R因子設(shè)置1KHz以下的低頻響應(yīng)。
圖10闡釋對(duì)于各種R值，由方程(19)給出的外耳到中耳濾波器。相應(yīng)地，圖10顯示針對(duì)fs＝44.1KHz的R＝0.94到0.99，增量為0.10的濾波器。Zwicker的響度模型假定外耳到中耳傳輸方程在2KHz以下是平的，而在2KHz以上遵循逆絕對(duì)門(mén)限曲線(xiàn)的形式。此模型假定2KHz以下的低頻門(mén)限是內(nèi)部低頻噪聲的完整結(jié)果，因此在此區(qū)域中衰減不應(yīng)反映提升的門(mén)限。在Moore與Glasberg的模型中，假定的外耳到中耳傳輸方程對(duì)于1KHz以下的頻率是基于逆100phon等響度等高線(xiàn)，而對(duì)于1KHz以上的頻率是基于逆絕對(duì)門(mén)限曲線(xiàn)。這是基于這樣的假定，即內(nèi)耳具有內(nèi)部噪聲低限，其水平依據(jù)外耳到中耳傳輸方程而升高。這允許內(nèi)部噪聲低限的水平隨著逆等響度水平(的升高)而相似地升高。
Zwicker假定沒(méi)有低頻噪聲低限，并且低頻門(mén)限是嚴(yán)格地隨著內(nèi)部噪聲水平的增加而增加。與Zwicker相似，Moore與Glasberg也假定內(nèi)耳對(duì)于1KHz以上的頻率同樣地敏感。他們提議此區(qū)域中的濾波器形狀為逆絕對(duì)門(mén)限曲線(xiàn)。100phon與絕對(duì)門(mén)限曲線(xiàn)(最小可聽(tīng)覺(jué)域(MAF)即基于其上)在1KHz以上也是近似等價(jià)的。
絕對(duì)聽(tīng)覺(jué)門(mén)限也可由下面的方程近似，其中f以KHz表示[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)R.Hellman、A.Miskiewicz與B.Scharf，Loudnessadaptation and excitation patternsEffects of frequency and level，J.Acoust.Soc.Am，101(4)2176-2185，1997]。
AdB(f)=3.64f-0.8-6.5e-0.6[(f-3.3)2]+10-3(f4)]]>方程(20)響度與帶寬Moore與Glasberg的響度模型對(duì)Zwicker的模型作出如下變化1)重新檢查外耳到中耳濾波器中的低頻衰減；2)基于依賴(lài)于非對(duì)稱(chēng)水平的聽(tīng)覺(jué)濾波器的分析表達(dá)式來(lái)評(píng)估激勵(lì)；和3)由方程(18)中提議的特定響度對(duì)激勵(lì)關(guān)系來(lái)說(shuō)明接近安靜的響度增加。Moore與Glasberg對(duì)Zwicker的響度模型的修訂被引入，以更好地說(shuō)明等響度等高線(xiàn)水平變化的方式。對(duì)于為什么當(dāng)聲音具有低于臨界帶寬的帶寬時(shí)，固定強(qiáng)度的聲音的響度保持恒定，他們的模型也提供了一個(gè)好解釋。
Zwicker的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，對(duì)于低于臨界帶寬的帶寬，響度與帶寬無(wú)關(guān)。而且，當(dāng)帶寬超過(guò)臨界頻帶時(shí)，響度增加。Zwicker的響度模型假定臨界頻帶之內(nèi)所有聲音的激勵(lì)模式相同[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore、B.R.Glasberg與T.Baer，Revision of Zwicker’sloudness model，Acustica，82335-445，1996]。激勵(lì)模式從由窄帶噪聲掩蔽的純音的掩蔽模式獲得。Moore與Glasberg的模型從聽(tīng)覺(jué)濾波器響應(yīng)導(dǎo)出激勵(lì)模式，其形狀從由噪聲凹槽實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。他們的通過(guò)聽(tīng)覺(jué)濾波器分析對(duì)激勵(lì)模式的描述提供了另一可供選擇的觀點(diǎn)響度在臨界帶寬以下保持恒定，不是因?yàn)榧?lì)相同，而是因?yàn)橛杉?lì)導(dǎo)致的總特定響度恒定。當(dāng)帶寬超過(guò)臨界頻帶時(shí)，由激勵(lì)擴(kuò)大導(dǎo)致的特定響度的貢獻(xiàn)增加。由激勵(lì)擴(kuò)大導(dǎo)致的面積增加大于有效幅度的面積減少。因此，與帶寬低于臨界頻帶時(shí)相比，特定響度的貢獻(xiàn)更大。
為闡釋起見(jiàn)，模擬結(jié)果[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore、B.R.Glasberg與T.Baer，Revision of Zwicker’s loudness model，Acustica，82335-445，1996]使用方程(7)的聽(tīng)覺(jué)濾波器復(fù)制。
圖11-13闡釋響度與帶寬之間的關(guān)系，其中圖11顯示中心為1KHz、帶寬為40、80、160、320、640與1280Hz(均處于60dB SPL的恒定水平)的輸入窄帶噪聲，圖12顯示相應(yīng)的激勵(lì)模式，而圖13顯示產(chǎn)生的響度模式。相應(yīng)地，圖11-13顯示中心為1KHz、帶寬為40、80、160、320、640與1280Hz(均處于60dB SPL的恒定總水平)的窄帶噪聲的激勵(lì)與響度模式。如可從圖11-13看到的那樣，對(duì)于20與160Hz之間的帶寬，峰值下特定響度區(qū)域的減少與沿著邊沿的輕微增加大致相同。在此范圍內(nèi)，總面積(即響度)相對(duì)恒定。對(duì)于160Hz之上的帶寬(1KHz音調(diào)的臨界帶寬)，由激勵(lì)擴(kuò)大導(dǎo)致的沿著邊沿的特定響度面積的增加大于峰值下面積的減小。在此情形中，響度增加。Moore與Glasberg的模型提供了與經(jīng)驗(yàn)獲得的結(jié)果接近的響度預(yù)測(cè)，并且比Zwicker的模型更精確[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)B.C.Moore、B.R.Glasberg與T.Baer，Revision of Zwicker’s loudness model，Acustica，82335-445，1996]。他們的模型強(qiáng)調(diào)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的頻率選擇性，并在預(yù)測(cè)響度關(guān)于強(qiáng)度、頻率、與帶寬的變化上顯示出成功。
圖14-15闡釋相等能量的兩個(gè)音的響度，其中圖14顯示由超過(guò)一個(gè)臨界頻帶分隔開(kāi)的兩個(gè)音，而圖15顯示同一臨界頻帶的兩個(gè)音。相應(yīng)地，圖14-15顯示由臨界頻帶分隔開(kāi)的兩個(gè)音的響度聽(tīng)起來(lái)是臨界頻帶之內(nèi)的兩個(gè)音的和強(qiáng)度的兩倍響。臨界頻帶作為獨(dú)立處理通道發(fā)揮作用[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)William Hartmann，Signals，Sound，and Sensation，Springer，New York，1998]。結(jié)果，響度不僅取決于信號(hào)水平與帶寬，而且取決于頻率。一個(gè)簡(jiǎn)單的示例用于顯示感覺(jué)響度上臨界頻帶分割的力量。圖14-15闡釋80dB的相等能量的兩個(gè)音的響度，其針對(duì)a)被超過(guò)一個(gè)臨界頻帶分隔開(kāi)，和b)在同一臨界頻帶之內(nèi)。
為闡釋起見(jiàn)，表1(列在下面)分別顯示圖14與15的響度，其使用聽(tīng)覺(jué)的冪律，其中I為強(qiáng)度，E為激勵(lì)，而c為常數(shù)。由超過(guò)一個(gè)臨界頻帶分隔開(kāi)的相等功率的兩個(gè)音的響度是臨界頻帶之內(nèi)的兩個(gè)音的兩倍響。這暗示可使用心理聲學(xué)信號(hào)建模技術(shù)來(lái)增大感覺(jué)響度，而無(wú)須添加能量。
由聽(tīng)覺(jué)的冪律描述的壓縮非線(xiàn)性揭示由臨界頻帶分割開(kāi)的兩個(gè)音的響度將比臨界頻帶之內(nèi)的兩個(gè)音更響。有趣的是，當(dāng)由臨界頻帶分割開(kāi)時(shí)，兩個(gè)音的響度大致上翻番。這闡明了響度相加性的概念，其中兩個(gè)同樣響的、互不掩蔽的音可以聽(tīng)起來(lái)是放在一起時(shí)的兩倍響[要獲取進(jìn)一步的信息，參見(jiàn)H.Fletcher與W.J.Munson，Loudness，itsdefinition，measurement，and calculation，J.Acoust.Soc.Am，582-108，1933]。這建立了增加響度而不改變信號(hào)能量的生物學(xué)前提與動(dòng)機(jī)。
表1.由聽(tīng)覺(jué)的冪律描述的兩個(gè)音的響度上臨界頻帶分割的效果FIG.14FIG.15I＝1080/10I＝1080/10E＝10log10I E＝10log10(2I)Ψ＝2.cE0.3Ψ＝cE0.3Ψ＝7.4c Ψ＝3.7c實(shí)施例的硬件實(shí)現(xiàn)圖16與17顯示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的框圖。端用戶(hù)設(shè)備1600包括控制器1602、存儲(chǔ)器1610、非易失(程序)存儲(chǔ)器1611(其包含預(yù)定義的配置程序)。端用戶(hù)設(shè)備1600也包括用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的其它單元，如下所述。
在“接收”模式，控制器1602將天線(xiàn)1616通過(guò)發(fā)送/接收(TX/RX)開(kāi)關(guān)1614連接到接收器1604。接收器1604解碼接收的信號(hào)，并向控制器1602提供解碼的信號(hào)。在“發(fā)送”模式，控制器1602將天線(xiàn)1616通過(guò)開(kāi)關(guān)1614連接到發(fā)送器1612?？刂破?602遵照存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器1611中的指令來(lái)操作發(fā)送器1612與接收器1604。
進(jìn)一步地，控制器1602連接到用戶(hù)輸入接口單元1607(例如鍵盤(pán))，顯示單元1609(例如液晶顯示器)，存儲(chǔ)器1610，頻率處理器1613，音頻輸出模塊1603，傳感器(transducer)1605，并且通過(guò)電源接口1615連接到未顯示的電源。
下面的單元可經(jīng)由天線(xiàn)1616實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收/發(fā)送功率放大器，驅(qū)動(dòng)放大器，上/下轉(zhuǎn)換器，緩沖器，自動(dòng)增益控制放大器，與射頻帶通濾波器。功率放大器放大信號(hào)，以將放大的信號(hào)經(jīng)由天線(xiàn)發(fā)送給基站。驅(qū)動(dòng)放大器向功率放大器提供信號(hào)，以有效地進(jìn)行放大。上/下轉(zhuǎn)換器在發(fā)送/接收時(shí)(上/下)偏移頻率。為清晰起見(jiàn)，這里省略各單元的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
用戶(hù)輸入單元1607具有多個(gè)按鍵(包括功能鍵)，其用于執(zhí)行各種功能。輸入單元1607基于用戶(hù)按下的按鍵(向控制1602)輸出數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，控制器1602取出存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器1611中的程序指令，并執(zhí)行該程序指令。顯示單元1609用于顯示端用戶(hù)設(shè)備的狀態(tài)和控制器1602正在執(zhí)行的程序的進(jìn)度。
控制器1602向用戶(hù)呈現(xiàn)音的預(yù)定義的配置程序(在步驟2304)。當(dāng)(經(jīng)由音頻輸出模塊1603與傳感器1605)呈現(xiàn)的第一音未令用戶(hù)滿(mǎn)意時(shí)，用戶(hù)經(jīng)由鍵盤(pán)1607通知控制器1602，該用戶(hù)需要更多選擇。其后，控制器1602再次執(zhí)行存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器1611中的程序指令。由頻率處理器/偏移器1113處理存儲(chǔ)在配置程序中的用于音頻信號(hào)的下一頻率，并向用戶(hù)(經(jīng)由音頻輸出模塊1603與傳感器1605)呈現(xiàn)相應(yīng)的音頻音。相應(yīng)地，向用戶(hù)呈現(xiàn)音的預(yù)定義的配置程序(在步驟1604)，直到用戶(hù)選擇該用戶(hù)的優(yōu)選音，或者配置程序耗盡。遵照配置程序迭代地執(zhí)行此流程。在步驟1606，控制器1102接收用戶(hù)的選擇，從而獲得用戶(hù)的輪廓(步驟1608)。以這種方式，保存了生成給定音所需的電源功率/能量。
圖17以簡(jiǎn)單的方式顯示本發(fā)明的上述操作。
圖18是顯示所述方法操作在圖11的端用戶(hù)上的流程圖，其遵照本發(fā)明。相應(yīng)地，圖18闡釋遵照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作流程圖。方法在步驟1800包括為給定音量設(shè)定與揚(yáng)聲器生成音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)(如圖20中所示)。不同的音量水平給出稍微不同的頻率響應(yīng)。它們依賴(lài)于機(jī)械機(jī)架與揚(yáng)聲器特征。
在步驟1802，選擇等響度(對(duì)應(yīng)于頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的3-dB帶寬范圍中的最低頻率響應(yīng)dB水平)參考曲線(xiàn)(如圖21中所示)。這是響度參考曲線(xiàn)。在此實(shí)施例中，使用圖21的80phon等響度曲線(xiàn)連同圖20。在步驟1804，用音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)減去響度參考曲線(xiàn)。
在步驟1806，創(chuàng)建給定音頻揚(yáng)聲器響應(yīng)的響度敏感度曲線(xiàn)。在步驟1808，方法要求(entail)獲得聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓(如圖22中所示)。獲得聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓的步驟包括播放預(yù)定義的配置程序(在步驟2304)，并接收聽(tīng)者的選擇(在步驟2306)。這闡釋在圖23中。
聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓以音門(mén)限指示聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)敏銳度，并進(jìn)一步指示聽(tīng)者聆聽(tīng)特定音所需的dB增益。還可使用最高限度輪廓，其陳述響音的dB差別。聽(tīng)覺(jué)正常的聽(tīng)者具有平的0dB響應(yīng)。
在步驟1810，添加聽(tīng)者的關(guān)于響度敏感度曲線(xiàn)的音頻輪廓。音頻輪廓包含所有正值(如圖22中所示)。如果其為聽(tīng)覺(jué)正常的聽(tīng)者，此步驟不是必需的。產(chǎn)生的曲線(xiàn)確定聽(tīng)者的音敏感度(相應(yīng)地，在步驟1812，方法要求(entail)生成聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)——如果聽(tīng)者聽(tīng)覺(jué)不正常)。
在步驟1814，方法包括從聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)為臨界頻帶音確定所需的dB定標(biāo)(scaling)。圖19是繼續(xù)所述方法操作在圖11的端用戶(hù)上的流程圖，其遵照本發(fā)明。在步驟1916，歸一化音敏感度曲線(xiàn)。在步驟1918，創(chuàng)建dB(分貝)曲線(xiàn)。產(chǎn)生的dB曲線(xiàn)確定為平衡音警報(bào)序列中音的響度，需要多少衰減或放大。
在步驟1920，(通過(guò)使用音敏感度曲線(xiàn))選擇音的頻率范圍。在步驟1922，方法包括將音序列沿著臨界頻帶尺度隔開(kāi)。這就是如何獲取優(yōu)化的響度。表2清晰地闡釋了這一點(diǎn)。例如，如果選擇1KHz到2KHz的范圍，其對(duì)應(yīng)于臨界頻帶9到13，則要求1000、1170、1370、1600、與1850Hz處的五個(gè)音。相對(duì)幅度是基于來(lái)自聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)的dB定標(biāo)。
表2獲取優(yōu)化的響度
所述方法進(jìn)一步優(yōu)選地包括，在步驟1924，使用外耳到中耳傳輸函數(shù)的倒數(shù)作為近似。步驟1926包括利用最高限度輪廓以陳述響音的dB差別。所述方法進(jìn)一步包括，在步驟1928，利用dB(分貝)曲線(xiàn)以確定為平衡音警報(bào)序列中的音的響度所必需的衰減和/或放大。
非限定性硬件實(shí)施例本發(fā)明可以以硬件、軟件、或硬件和軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)可以以集中化的方式在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，或者以分布式的方式實(shí)現(xiàn)，其中不同的組件散布到多個(gè)互連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。任何類(lèi)型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——或者被適配以執(zhí)行這里描述的方法的其它設(shè)備——均為適宜的。典型的硬件與軟件組合可以是通用目的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有這樣的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)其被裝載和執(zhí)行時(shí)，控制電腦系統(tǒng)，使得電腦系統(tǒng)執(zhí)行這里描述的方法。
本發(fā)明也可嵌入到計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，其包括所有允許實(shí)現(xiàn)這里描述的方法的特性，并且其在裝載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中時(shí)能夠執(zhí)行這些方法。本上下文中的計(jì)算機(jī)程序設(shè)備或計(jì)算機(jī)程序意指一組指令的任何語(yǔ)言、代碼或標(biāo)注的任何表達(dá)，該組指令意欲導(dǎo)致具有信息處理能力的系統(tǒng)直接地或者在a)轉(zhuǎn)換到另一語(yǔ)言、代碼或標(biāo)注；和/或b)以不同的物質(zhì)形式重新生成之后執(zhí)行特定功能。
除其它事物之外，每一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可包括一或多個(gè)計(jì)算機(jī)以及至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體，其允許計(jì)算機(jī)從計(jì)算機(jī)可讀媒體讀取數(shù)據(jù)、指令、消息或消息分組、以及其它計(jì)算機(jī)可讀信息。計(jì)算機(jī)可讀媒體可包括非易失存儲(chǔ)器，例如ROM、閃存、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)器、CD-ROM、與其它永久存儲(chǔ)器。另外，計(jì)算機(jī)媒體可包括，比如說(shuō)，易失存儲(chǔ)器，例如RAM、緩沖器、緩存存儲(chǔ)器、與網(wǎng)絡(luò)電路。進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)可讀媒體可包括暫態(tài)媒體中的計(jì)算機(jī)可讀信息，該媒體例如網(wǎng)絡(luò)鏈路和/或網(wǎng)絡(luò)接口，包括有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，其允許計(jì)算機(jī)讀取計(jì)算機(jī)可讀信息。
盡管已公開(kāi)本發(fā)明的特定實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可對(duì)特定實(shí)施例進(jìn)行變動(dòng)，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)與范圍。因此，本發(fā)明的范圍不限于特定實(shí)施例，所附權(quán)利要求書(shū)意欲覆蓋任何這樣的應(yīng)用、修改、與實(shí)施例，其在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在端用戶(hù)設(shè)備中，一種用于增加音頻感覺(jué)響度的方法，所述方法包括偏移第一音頻信號(hào)的至少一個(gè)頻率，以創(chuàng)建第二音頻信號(hào)，以便增加所述音頻感覺(jué)響度，所述第二音頻信號(hào)的功率水平不超過(guò)所述第一音頻信號(hào)的功率水平。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括基于心理聲學(xué)與聽(tīng)力測(cè)定數(shù)據(jù)，生成高音頻感覺(jué)響度音警報(bào)序列。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括為給定音量設(shè)置與揚(yáng)聲器生成音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)；選擇等響度參考曲線(xiàn)，其對(duì)應(yīng)于所述頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的3-dB帶寬范圍中的最低頻率響應(yīng)dB水平；通過(guò)從所述音頻揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)減去所述等響度參考曲線(xiàn)，為給定音頻揚(yáng)聲器響應(yīng)創(chuàng)建響度敏感度曲線(xiàn)；獲取聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓；將所述聽(tīng)者的音頻輪廓添加到所述響度敏感度曲線(xiàn)，以產(chǎn)生所述聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)；從所述聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)為臨界頻帶音確定所要求的dB定標(biāo)；歸一化所述音敏感度曲線(xiàn)，以創(chuàng)建dB曲線(xiàn)；通過(guò)使用所述聽(tīng)者的音敏感度曲線(xiàn)，選擇所述音的頻率范圍；和沿著臨界頻帶尺度隔開(kāi)音序列。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括使用外耳到中耳傳輸函數(shù)的倒數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓以音門(mén)限指示所述聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)敏銳度，并進(jìn)一步指示所述聽(tīng)者聆聽(tīng)給定音所必需的dB增益。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括使用最高限度輪廓，用于陳述增加的音頻感覺(jué)音的dB差別。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述聽(tīng)者的音頻輪廓是正的。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括利用所述dB曲線(xiàn)，以確定衰減與放大中的至少一個(gè)，用來(lái)平衡音警報(bào)序列中的音的響度。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，相對(duì)幅度基于所述dB定標(biāo)。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，獲取所述聽(tīng)者的門(mén)限音頻輪廓包括呈現(xiàn)給定配置程序；和接收所述用戶(hù)的選擇。
11.一種端用戶(hù)設(shè)備，用于增加音頻感覺(jué)響度，其包括輸入接口，其用于輸入第一音頻信號(hào)；頻率偏移器/處理器，其連接到所述輸入接口，以偏移/處理所述第一音頻信號(hào)的至少一個(gè)頻率，以創(chuàng)建第二音頻信號(hào)，以便增加所述音頻感覺(jué)響度，所述第二音頻信號(hào)的功率水平不超過(guò)所述第一音頻信號(hào)的功率水平；和輸出接口，其連接到所述頻率偏移器/處理器，以輸出所述第二音頻信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的端用戶(hù)設(shè)備，其進(jìn)一步包括控制器，其用于控制所述頻率偏移器/處理器的操作；和存儲(chǔ)器，其連接到所述控制器。
全文摘要
通過(guò)偏移第一音頻信號(hào)的至少一個(gè)頻率而生成第二音頻信號(hào)來(lái)修改感覺(jué)響度?；跇?biāo)準(zhǔn)等響度曲線(xiàn)(1802)，將頻率偏移以形成第二音頻信號(hào)，其感覺(jué)上響度更大，但具有相等或較小的強(qiáng)度，從而節(jié)省電力。獲取聽(tīng)者的音頻輪廓(1808)將允許可以克服不正常聽(tīng)力的調(diào)整(1812)。
文檔編號(hào)H04R25/00GK1764947SQ200480008323
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者馬克·安德烈·布瓦洛, 丹尼斯·安森, 奧德利·F·帕特森 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司