专利名称：用于产生音频信号的音频系统、方法，计算机系统以及音频信号的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生音频信号的音频系统。更具体而言，本发明涉及一种音频系统，特别是音频警报系统，其用于产生音频信号，所述系统包括用于产生所述音频信号的在基本频率(base frequency)处的成分的模块，以及用于产生所述音频信号的在基本频率之外的另外频率(other frequencies)处的额外成分(further component)的模块,其中使用分隔频带(separating frequency bands)将所述基本频率和所述另外频率彼此分离，以便增强所述音频信号的响度(loudness)。本发明还涉及用于产生音频信号的方法，计算机程序以及音频信号。
背景技术：
声音报警(alarm sounds)在公共建筑物中是不可缺少的,例如用于安全目的。声音报警具有向周围人群通知危险状况的功能。而且，声音报警应该在存在背景噪声的情况下能够在整个建筑物中听到，并且由此应该满足多种规定。声音报警经常由公共喊话系统(public address system)来提供,该公共喊话系统被调节为满足上述规定。公共喊话系统的制造商主要关注于满足规定，并且为公共喊话系统所警告的人群提供安全性。但是在考虑到这种公共喊话系统的制造成本的情况下，制造商还关注于将系统的组件控制为低成本。特别是，放大器是影响成本的组件，其中，成本随着放大器的最大输出功率的增加而增加。因此，在本领域中，希望提供这样的声音报警，其一方面符合规定，并且另一方面不需要放大器的过大的最大输出功率。同样的理由适用于扬声器的所需功率处理能力。具有较低的最大功率处理能力的扬声器比高功率扬声器便宜，并且如果需要更少的RMS功率来产生符合规定的声音报警，则系统成本会降低。此外，这种公共喊话系统经常需要基于电池的备用电源。很多标准要求紧急报警系统应该能够在使用其备用电源的情况下连续地产生至少30分钟的警报声。因此，备用电池造成了系统成本的一大部分。用于相同响度的声音报警的较低放大器输出功率降低了备份电池的尺寸和成本。依据心理声学，已知的是，为了增加信号的响度，信号成分应该在不交叠的关键频带中尽可能地分布在整个可听频谱上。这个与警报声(alarm tone)相关的科学知识已经在一些专利中在一定程度上得到应用，例如US3504364或US 7089176，其代表了最接近的现有技术。
发明内容
本发明涉及具有权利要求I的特征的音频系统，具有权利要求10的特征的用于产生音频信号的方法，具有权利要求11的特征的计算机程序，具有权利要求12的特征的音频信号。从属权利要求、说明书及其附图
公开了本发明的优选实施例。
因此，本发明涉及音频系统，其优选地适于和/或可操作用于产生音频信号，特别是警报音频信号。所述音频信号或其主要部分位于可听频谱内，例如在200Hz至SkHz之间。所述音频信号优选地体现为人工声音(artificial tone)、例如,汽笛声或恒定声。研究所述音频信号的频率分布，所述音频信号包括所述音频信号的具有基本频率的成分。优选地，该成分携带了所述音频信号的信息内容。如稍后解释的，该成分可以是固定频率的信号或扫频(frequency sweep),从而使得所述基本频率是与时间相关的函数f(t)。所述基本频率可以是所述音频信号中的最低频率，或者可以被随意设置或由用户定义，例如在频率分布的中间。所述音频系统包括用于产生所述音频信号的在所述基本频率处的成分的模块，以及用于产生所述音频信号的在所述基本频率之外的另外频率处的额外成分的模块。为了增强所述音频信号的响度，以这样的方式将这些成分彼此分离使得它们位于用分隔频带彼此分隔开的、分开的所谓关键频带中。所述分隔频带可以被实现为硬成块频带(hardblocking bands),在其他实施例中，所述音频信号在所述分隔频带中的幅度非常小,例如 与所述音频信号在基本频率处的幅度相比非常小。根据本发明，建议的是，所述音频系统包括用于定义和/或控制所述音频信号的在所述基本频率处和在所述另外频率处的成分的相位关系的模块。本发明的一个发现在于，所述相位关系是一个不影响RMS (均方根)的参数集。当信号的频率成分位于不同的关键频带中时，所述音频信号的响度同样不受影响。因此，相位关系的改变不会影响所述音频信号的技术特征或可听特征。但是，改变所述相位关系允许改变所谓的波峰系数(Crest factor),因此所述音频信号可以适应放大器的特性，使得例如对于相同的电源电压而言可以增加放大器的最大输出电平。可替换地，可以优化波峰系数以便在放大器的最大效率上使用放大器。特别是，工作在MB类、G类和H类上的放大器的效率是非常依赖于信号电平的。以下，给出了关于术语RMS、波峰系数等等的一些定义。应该注意到，这些定义仅是用于理解本发明的一般性概念的提示，并且优选地并不应限制这些术语的范围。作为幅度为a0，频率为f0的单正弦信号的简单基本信号s0 (t)给出如下s0 (t) = a0sin (2 n f0t)该单正弦信号的均方根(RMS)给出如下= =鼻
I2—个复合声音信号(tone complex)包括多个正弦信号作为成分,其中所述成分是频率f0的N个谐波，该复合声音信号的RMS值给出如下
rmifil D,I—#C— 0=^A _ IC , af , a； , a: t G2i t a2x_{
L 」 /U 3 — \j (\ v I \t f — % I""""""""" 11111111111111111 *4*""""""""" *4*""""""""" *4°*""""""""" *4*
v * *.....' 7 § 2 2 2 2n 22波峰系数是音频信号的系数，其被定义为音频信号的峰值与音频信号的均方根(RMS)值之比。对于周期为T的连续时域信号s (t)，波峰系数给出如下
权利要求
1.音频系统(1)，特别是音频警报系统，其用于产生音频信号，包括 用于产生(2)所述音频信号的在基本频率处的成分的模块， 用于产生(3)所述音频信号的在所述基本频率之外的另外频率处的额外成分的模块，其中使用分隔频带将所述基本频率和所述另外频率彼此分隔开，以便增强所述音频信号的响度， 其特征在于， 用于定义和/或控制(4)所述音频信号的在所述基本频率处和所述另外频率处的成分的相位关系的模块。
2.如权利要求I所述的音频系统(1)，其特征在于，选择所述音频信号的在所述基本频率处和所述另外频率处的成分的所述相位关系，以减小和/或最小化所述音频信号的波峰系数。
3.如权利要求2所述的音频系统(I)，其特征在于，所减小的波峰系数小于参考音频信号的波峰系数的80%，特别是小于参考音频信号的波峰系数的60%，且特别是小于参考音频信号的波峰系数的40%，其中所述参考音频信号的全部成分都具有相等的相位。
4.如上述任一权利要求所述的音频系统(I)，其特征在于，所述另外频率是所述基本频率的谐波，或者是从所述谐波中选出。
5.如上述任一权利要求所述的音频系统(I)，其特征在于，所述分隔频带是通过以下方式来确定的计算在所述基本频率处和所述另外频率处的听觉滤波器，其中所述听觉滤波器为每个频率指定带宽，将每个频率调谐至一频带，其中所述频率带宽被设置为不交叠。
6.如权利要求5所述的音频系统(I)，其特征在于，所述听觉滤波器被实现为等效矩形带宽(ERB)滤波器。
7.如上述任一权利要求所述的音频系统(1)，其特征在于，所有频率都被设置在可听频谱内，优选地在8kHz以下。
8.如上述任一权利要求所述的音频系统(1)，其特征在于，所述基本频率的值是与时间相关的。
9.如权利要求8所述的音频系统(I)，其特征在于，与时间相关的所述基本频率的最高频率值定义了用于所述音频信号的所述额外成分的谐波数量的最大量。
10.用于产生音频信号，特别是音频警报信号的方法， 其中，在基本频率处产生所述音频信号的成分， 其中，在所述基本频率之外的另外频率处产生所述音频信号的额外成分，其中，使用分隔频带将所述基本频率和所述另外频率彼此分隔开，以便增强所述音频信号的响度， 其特征在于， 选择所述音频信号的在所述基本频率处和所述另外频率处的成分的相位关系，以便在将所述音频信号的RMS值保持在恒定水平的同时降低所述音频信号的波峰系数。
11.包含程序代码模块的计算机程序，当所述计算机程序在计算机和/或如权利要求.1-9中任一项所述的音频系统(I)上执行时，所述程序代码模块能够执行权利要求10所述的方法。
12.音频信号，特别是音频警报信号，例如体现在存储器模块上，所述音频信号包括 所述音频信号的在基本频率处的成分，所述音频信号的在所述基本频率之外的另外频率处的额外成分，其中，使用分隔频带将所述基本频率和所述另外频率彼此分隔开，以便增强所述音频信号的响度， 其特征在于， 以规则和/或人工模式来设置所述音频信号的在所述基本频率处和所述另外频率处的成分的相位关系和/或者 波峰系数小于参考音频信号的波峰系数的80%，特别是小于参考音频信号的波峰系数的60%，且特别是小于参考音频信号的波峰系数的40%，其中，所述参考音频信号的全部成分具有相等的相位。
全文摘要
本发明涉及用于产生音频信号的音频系统。更具体而言，本发明涉及音频系统，特别是音频警报系统，其用于产生音频信号，所述系统包括用于产生所述音频信号的在基本频率处的成分的模块，以及用于产生所述音频信号的在基本频率之外的另外频率处的额外成分的模块，其中使用分隔频带将所述基本频率和所述另外频率彼此分离，以便增强所述音频信号的响度。本发明还涉及用于产生音频信号的方法，计算机程序以及音频信号。
文档编号H03G5/00GK102656626SQ200980162957
公开日2012年9月5日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者R·杜伊斯特斯, S·范拉尔特 申请人:罗伯特·博世有限公司