用于处理音频信号的设备
阅读说明：本技术 用于处理音频信号的设备 (Apparatus for processing audio signals ) 是由 B·塞拉克 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：一种用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量谐波的设备,包括至少一个音频处理装置,被配置为：在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理音频信号；确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔；确定在所述间隔中的第一组采样点,第一组采样点包括在所述间隔中的第一位置处的多个采样点；确定在所述间隔中的第二组采样点,第二组采样点包括在所述间隔中的第二位置处的多个采样点；基于音频信号修改规则,通过以下方式在所述间隔中修改所述音频信号,即,改变在所述间隔中的第一组采样点中的采样点的位置,使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置；将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔,以便生成经修改的音频信号。(An apparatus for processing an audio signal comprising a plurality of samples, in particular in order to generate missing low frequency component harmonics in the audio signal, comprising at least one audio processing device configured to: processing the audio signal in a time-dependent representation of the audio signal, in particular in a half-wave representation of the audio signal; determining an interval between a first zero-crossing and a further zero-crossing of the audio signal; determining a first set of sample points in the interval, the first set of sample points comprising a plurality of sample points at a first position in the interval; determining a second set of sampling points in the interval, the second set of sampling points comprising a plurality of sampling points at a second location in the interval; modifying the audio signal in the interval based on an audio signal modification rule by changing the positions of the sample points in a first set of sample points in the interval such that each sample point in the first set of sample points changes from its respective first position in the first set of sample points to its respective second position in the second set of sample points; the modified audio signal intervals are applied to corresponding intervals of the original audio signal to generate a modified audio signal.)
技术领域
本发明涉及一种用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量谐波的设备。
背景技术
在因构造和/或物理限制而具有不良的低频响应的音频输出装置(诸如移动电子装置、移动扬声器等)上对音频信号的处理、即特别是通过再现音频信号来进行的对音频信号的处理是音频信号处理领域中已知的挑战。
鉴于这一挑战，已知的非线性音频信号处理装置(例如，被称为“Maxxbass”或“Dirac Bass”)允许(基本上)基于非线性失真的低音增强。相应音频信号处理装置典型地包括逐样本地对包括多个具有非线性特性的样本的音频信号进行加权。相应音频信号处理装置典型地通过修改样本的幅值来实现音频信号的“水平失真”。
因此，所生成的谐波的水平以及由此声学上可感知的虚拟低音增强的量值高度依赖于音频信号水平。另外，需要通过确定响度估计并且应用自动增益控制级(AGC级)来缓解所得的谐波不稳定性，这通常会带来另外的困难。
因此，需要一种改善的方法，用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量谐波。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善的设备，其用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成低频分量谐波、特别是缺失的谐波。
该目的是通过根据权利要求1所述的用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成低频分量谐波的设备来实现。从属于权利要求1的权利要求涉及根据权利要求1的设备的可能的实施例。
本发明的第一方面涉及一种用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成低频分量谐波的设备。
该设备可大体上应用于广泛范围的音频应用。该设备可大体上应用于其中例如因音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而给出不良的低频响应的任何音频应用。换句话说，该设备可大体上应用于其中因音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而使用虚拟低音增强来补偿音频信号中也可视为或表示为低音分量的低频分量的缺失谐波的任何音频应用。
该设备的示例性音频应用是移动装置应用或便携装置应用。因此，该设备可安装在移动装置中或便携装置中，例如，移动计算机、智能电话、平板电脑、移动扬声器等。
该设备的优选音频应用是汽车音频应用。因此，该设备可相应地安装在车辆或汽车中。因此，该设备可被相应地提供为车辆音频系统或汽车音频系统，或者该设备可相应地形成车辆音频系统或汽车音频系统的一部分。在汽车应用中，该设备可允许补偿分别因设置在车辆或汽车中的音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而造成的音频信号中缺失的低频分量谐波。
该设备不管其应用如何都可以硬件和/或软件体现。
该设备包括至少一个硬件和/或软件体现的音频处理装置。
至少一个音频处理装置被配置为：在输入音频信号的时间相关表示中、特别是在输入音频信号的半波表示中处理包括多个样本的输入音频信号。输入音频信号的时间相关表示：典型地是或包括输入音频信号的间隔的采样点的时间相关表示，更特别地是输入音频信号的非均匀地间隔的采样点的时间相关表示。输入音频信号的时间相关表示可包括沿时间轴(即，典型地是表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点互连的图形函数(曲线)，或沿时间轴(即，典型地是表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数(曲线)的表示。例如，可通过输入音频信号的采样点的内插来确定相应图形函数。因此，音频处理装置被配置为从包括多个样本的输入音频信号生成输入音频信号的时间相关表示、特别是输入音频信号的半波表示。因此，在该设备的操作期间，音频处理装置在输入音频信号的时间相关表示中、特别是在输入音频信号的半波表示中处理相应输入音频信号。因此，在该设备的操作期间，音频处理装置从相应输入音频信号生成输入音频信号的时间相关表示、特别是输入音频信号的半波表示。
音频处理装置被进一步配置为：确定在输入音频信号的时间相关表示中输入音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔。因此，音频处理装置被配置为：分析输入音频信号的时间相关表示的过零点，即，在时间相关表示中将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数与时间轴交叉的位置，并且基于对相应过零点的确定，确定在第一过零点、即在时间相关表示中将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数与时间轴第一次交叉的第一位置与另一个过零点(或第二过零点)，即在时间相关表示中将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数与时间轴另一次(或第二次)交叉的另一个位置之间的间隔。因此，在该设备的操作期间，音频处理装置分析输入音频信号的时间相关表示的相应过零点，即，在输入音频信号时间相关表示中将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数与时间轴交叉的位置，并且基于对相应过零点的确定，确定在相应第一过零点与相应另一个过零点(或第二过零点)之间的间隔。
相应第一过零点和另一个过零点可以是直接连续过零点。然而，还可能的是，相应第一过零点和另一个过零点不是直接连续过零点，而是间接连续过零点，使得至少一个过零点位于相应第一过零点与相应另一个过零点之间。因此，相应间隔可在输入音频信号的时间相关表示的两个直接连续过零点之间延伸，或者相应间隔在输入音频信号的时间相关表示的两个间接连续过零点之间延伸。
至少一个音频处理装置被进一步配置为：确定在经确定的间隔中的第一组采样点，该第一组采样点包括在间隔中的第一位置处的多个采样点。因此，在该设备的操作期间，音频处理装置确定在间隔中的第一组采样点，该第一组采样点包括在间隔中的第一位置处的多个采样点。在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置典型地表示如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔中的输入音频信号的采样点的原始位置。换句话说，第一组采样点中的采样点的位置典型地对应于如在通过处理输入音频信号获得的输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔中的输入音频信号的采样点的原始位置。
至少一个音频处理装置被进一步配置为：确定在经确定的间隔中的第二组采样点，该第二组采样点包括在间隔中的第二位置处的多个采样点。因此，在该设备的操作期间，至少一个音频处理装置确定在间隔中的第二组采样点，该第二组采样点包括在间隔中的第二位置处的多个采样点。第二组采样点中的采样点的位置典型地表示在间隔中的输入音频信号的采样点的目标位置，并且因此，从如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔中的输入音频信号的采样点的原始位置偏移。换句话说，在间隔中的第二组采样点中的采样点P的位置典型地对应于如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置偏移的位置。
第一组采样点中的采样点的数量典型地等于第二组采样点中的采样点的数量。
至少一个音频处理装置被进一步配置为：基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔中修改输入音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置。因此，在该设备的操作期间，至少一个音频处理装置基于音频信号修改规则、即使用音频信号修改规则来改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置。因此，音频信号修改规则可指定在间隔中的采样点的位置的变化，使得每个采样点的位置从其在第一组采样点中的初始位置改变为其在第二组采样点中的目标位置。因此，修改规则还可指定在第一组采样点中的相应采样点的位置(即，在相应采样点的位置已经改变之前)与在第二组采样点中的相应采样点的改变位置(即，在相应采样点的位置已经改变之后)之间的偏移。
至少一个音频处理装置被进一步配置为：将经修改的音频信号间隔应用到原始输入音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。因此，在该设备的操作期间，至少一个音频处理装置将经修改的音频信号间隔应用到原始输入音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。经修改的音频信号是声学上可感知或声学上感知为就像原始输入音频信号将包括低频分量的所生成的谐波一样。经修改的音频信号典型地是输入音频信号的电平不变的，使得不需要应用自动增益控制级。
经修改的音频信号可在声学环境(例如，车辆车厢)中经由包括一个或多个音频输出元件(诸如扬声器)的音频输出装置输出。
音频处理装置可配备有计算机可读指令，该计算机可读指令当由音频处理装置的处理单元执行时使得音频处理装置能够实现上面指定的以上处理、确定、修改和应用方面。
该设备允许以相对低的复杂度生成输入音频信号的低频分量谐波以由此使其适于实时应用的高效原理。
因此，如从以上对至少一个音频处理装置的操作的描述中可看出，至少一个音频处理装置被配置为：特别是在非均匀地间隔的基础上并特别是在均匀地间隔的基础上对具有多个样本的输入音频信号重采样，通过改变第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置来再次散布样本。
仅作为示例，表示正纯正弦半波的输入音频信号在半波的开始以低采样点密度被重采样，而朝半波的结束的越来越高的采样点密度可能会造成音频信号的类似于下降锯齿波形的波形。如果以反采样点密度对接下来的负半波重采样，则所得的音频信号将具有与原始正弦半波相同的基本频率但具有类似于锯齿半波的谐波模式。
至少一个音频处理装置可被配置为：确定在第一过零点与至少另一个过零点之间的采样点的数量，使得与在原始输入音频信号中的相应间隔中的采样点的数量相同。确定在第一过零点与至少另一个过零点之间的采样点的数量以使得与在原始输入音频信号中的相应间隔中的采样点的数量相同，通常对低频分量谐波的生成有积极影响。
至少一个音频处理装置可被配置为：基于音频信号修改规则来修改音频信号，该音频信号修改规则指定在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置的可定义或定义变化，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置。
音频信号修改规则可特别地指定在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置的定义变化，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置，使得第二组采样点中的采样点是等距地或均匀地间隔的。因此，音频处理装置可被配置为：通过在第二组采样点中的采样点的位置是等距地或均匀地间隔的前提下，改变第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置，以再次等距地或均匀地散布样本。
音频信号修改规则可以是或可包括被配置为将第一组样本点的具有相应第一位置的输入采样点映射到第二组采样点的具有相应第二位置的输出采样点的映射函数、特别是单调映射函数。映射函数可具体地将在可预定义或预定义范围内(例如，在[0,1]的范围内)的输入采样点映射到在可预定义或预定义范围内的输出采样点。因此，至少一个音频处理装置可被配置为基于相应映射函数来将第一组采样点中的每个采样点的位置映射到第二组采样点中的定义位置。映射函数可具体地允许第二组采样点中的采样点的均匀地间隔的位置。映射函数允许一致地影响经修改的音频信号的声学上可感知的性质。
附加地或替代地，音频信号修改规则可以是或可包括被配置为使输入音频信号的过零点切线在顺时针或逆时针方向上倾斜的倾斜函数。因此，至少一个音频处理装置可被配置为使输入音频信号的过零点切线(即，沿时间轴(即，典型地是表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数(曲线)或沿时间轴(即，典型地是表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点互连的相应图形函数(曲线)的表示在相应过零点中的切线)在顺时针方向或逆时针方向上以可预定义或预定义度数倾斜。因此，倾斜函数允许一致地影响经修改的音频信号的声学上可感知的性质。
典型地，可由或由至少一个音频处理装置处理的输入音频信号具有特定原始波形。至少一个音频处理装置可被配置为将输入音频信号的特定原始波形修改为经修改的音频信号的至少一个目标波形。特别地，至少一个音频处理装置可被配置为基于指定输入音频信号的波形从其原始波形到经修改的音频信号的至少一个目标波形的定义变化的该音频信号修改规则或音频信号修改规则来修改音频信号的特定原始波形。因此，至少一个音频处理装置可被配置为通过应用至少一个相应音频信号修改规则来修改输入音频信号的原始波形。因此，将输入音频信号的原始波形修改为经修改的音频信号的目标波形或朝向经修改的音频信号的目标波形修改允许一致地影响经修改的音频信号的声学上可感知的性质。
输入音频信号的相应目标波形可以是对称波形，特别是矩形波形、三角波形或针状波形。替代地，输入音频信号的相应目标波形可以是非对称波形，特别是锯齿波形、优选是直线或弯曲的下降或上升锯齿波形。然而，相应目标波形也可以是自由形式波形。
至少一个音频处理装置可被配置为：应用跳过规则或跳过因子，根据该跳过规则或跳过因子，在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点不被考虑用于确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔。相应跳过规则或相应跳过因子的应用可允许生成具有非常低频率的经修改的音频信号。作为一般规则，跳过因子越高，经修改的音频信号的频率越低。因此，相应跳过规则或相应跳过因子的应用允许一致地影响经修改的音频信号的声学上可感知的性质。
该设备还可包括至少一个滤波器装置、特别是低通滤波器装置，该至少一个滤波器装置被布置为和/或被配置为在音频信号由音频处理装置处理之前对音频信号应用至少一个滤波规则。相应滤波器装置典型地布置在音频处理装置的输入侧上。附加地或替代地，该设备还可包括至少一个滤波器装置、特别是低通滤波器装置，该至少一个滤波器装置被布置为在音频信号由音频处理装置处理之后对音频信号应用至少一个滤波规则。相应滤波器装置典型地布置在音频处理装置的输出侧上。相应过滤器装置典型地例如因能够去除不期望的互调伪影的能力而积极地影响输入音频信号中低频分量的相应谐波的生成。相应滤波器装置的截止频率可基于该设备的操作参数来确定。仅作为示例，相应滤波器装置的截止频率可以是该设备的较低-3dB截止频率。
该设备可包括一个或多个音频处理装置。提供多个音频处理装置允许一次处理输入音频信号的多于一个半波，由此生成(亚)谐波低频分量。
因此，该设备可包括第一音频处理装置和至少另一个音频处理装置。
相应第一音频处理装置可与相应的至少另一个音频处理装置并行地设置，反之亦然。因此，该设备可包括以并行设置来设置的第一音频处理装置和至少另一个音频处理装置。
相应第一音频处理装置可被配置为基于第一音频信号修改规则，通过以下方式修改输入音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置。相应至少一个另外的音频处理装置可被配置为：基于至少一个另外的音频信号修改规则，通过以下方式修改输入音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置。因此，相应第一音频处理装置和相应至少一个另外的音频处理装置的音频信号修改性质可至少部分地不同；典型地，可通过使用两个或更多个音频处理装置来增强生成输入音频信号的低频分量谐波的可能性。
因此，相应第一音频处理装置的第一音频信号修改规则可指定音频信号的波形从其原始波形到音频信号的至少一个第一目标波形的定义变化，并且相应至少一个另外的音频处理装置的至少另一个音频信号修改规则可指定音频信号的波形从其原始波形到音频信号的至少另一个目标波形的定义变化。由此，如由至少一个第一音频信号修改规则所指定的音频信号的第一目标波形可与如由至少一个另外的音频信号修改规则所指定的音频信号的至少一个另外的目标波形相反。仅作为非对称目标波形的示例，音频信号的第一目标波形可以是上升锯齿波形，并且音频信号的至少一个另外的目标波形可以是下降锯齿波形。类似的原理适用于其他非对称波形。类似的原理也适用于对称波形。
相应第一音频处理装置可被配置为应用第一跳过规则或第一跳过因子，根据第一跳过规则或第一跳过因子，在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点不被考虑用于确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔，并且相应至少一个另外的音频处理装置可被配置为应用至少一个另外的跳过规则或至少一个另外的跳过因子，根据至少一个另外的跳过规则或至少另一个跳过因子，在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点不被考虑用于确定在音频信号的第一过零点与另一个过零点之间的间隔。因此，如适用于至少一个第一音频处理装置的第一跳过规则或第一跳过因子可不同于(即，高于或低于)如适用于至少一个另外的音频处理装置的至少一个另外的跳过规则或至少一个另外的跳过因子。相应地应用不同的跳过规则或跳过因子允许一致地影响经修改的音频信号的声学上可感知的性质。
本发明的第二方面涉及一种用于输出音频信号、特别是在车辆车厢中输出包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量的设备。该设备包括：
-至少一个音频处理装置，该至少一个音频处理装置被配置为：
--在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理包括多个均匀地间隔的采样点的音频信号；
--确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔；
--确定在间隔中的第一组采样点，该第一组采样点包括在间隔中的第一位置处的多个采样点；
--确定在间隔中的第二组采样点，该第二组采样点包括在间隔中的第二位置处的多个采样点；
--基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔中修改音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置；
-将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号；以及
-至少一个音频输出装置，该至少一个音频输出装置被配置为在声学环境中输出经修改的音频信号、特别是在车辆车厢中输出经修改的音频信号。
至少一个音频输出装置包括一个或多个音频输出元件，诸如扬声器。至少一个音频输出元件可被构建为特定低音音频输出元件，诸如低音扬声器或低音振动器。
该设备可特别地包括如按照根据本发明的第一方面的设备所指定的音频处理装置。
关于根据本发明的第一方面的设备的所有注释也适用于本发明的第二方面的设备。
本发明的第三方面涉及一种用于处理包括多个样本的音频信号、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量的方法。该方法包括：
-在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理包括多个均匀地间隔的采样点的音频信号；
-确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔；
-确定在间隔中的第一组采样点，该第一组采样点包括在间隔中的第一位置处的多个采样点；
-确定在间隔中的第二组采样点，该第二组采样点包括在间隔中的第二位置处的多个采样点；
-基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔中修改音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置；
-将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。
关于根据本发明的第一方面的设备的所有注释也适用于本发明的第三方面的方法。
本发明的第四方面涉及一种用于输出音频信号、特别是在车辆车厢中输出包括多个样本的音频信号的方法、特别是以便在该音频信号中生成缺失的低频分量的方法。该方法包括：
-在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理包括多个均匀地间隔的采样点的音频信号；
-确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔；
-确定在间隔中的第一组采样点，该第一组采样点包括在间隔中的第一位置处的多个采样点；
-确定在间隔中的第二组采样点，该第二组采样点包括在间隔中的第二位置处的多个采样点；
-基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔中修改音频信号：改变在间隔中的第一组采样点中的采样点的位置，使得第一组采样点中的每个采样点从其在第一组采样点中的相应第一位置改变为其在第二组采样点中的相应第二位置；
-将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号；以及
-输出经修改的音频信号、特别是在车辆车厢中输出经修改的音频信号。
关于根据本发明的第二方面的设备的所有注释也适用于本发明的第四方面的方法。
附图说明
参考附图描述了本发明的示例性实施例，由此：
图1至图5各自示出了根据示例性实施例的设备的原理图；
图6示出了根据示例性实施例的在基于音频信号修改规则的修改之前的输入音频信号的时间相关表示；
图7示出了根据示例性实施例的在基于音频信号修改规则的修改之后的输入音频信号的时间相关表示；
图8示出了根据示例性实施例的在基于音频信号修改规则的修改之前的输入音频信号的时间相关表示；并且
图9、图10各自示出了根据示例性实施例的在基于音频信号修改规则的修改之后的输入音频信号的时间相关表示。
具体实施方式
图1示出了根据示例性实施例的用于处理包括多个样本的音频信号的设备1的原理图。设备1具体地被配置用于处理音频信号，以生成输入音频信号的低频分量的(缺失)谐波。
设备1包括音频输入装置2(即，数字输入音频信号可通过其输入到设备1的装置)和音频输出装置3(即，经修改的音频信号可通过其在声学环境中输出的装置)。音频输入装置2可包括一个或多个音频输入元件，例如，数字音频输入接口。音频输出装置3可包括一个或多个音频输出元件，诸如扬声器。
设备1可大体上应用于其中例如因音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而给出不良的低频响应的任何音频应用。换句话说，设备1可大体上应用于其中因音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而使用虚拟低音增强来补偿音频信号中缺失的低频分量谐波的任何音频应用。
设备1的示例性音频应用是移动装置应用或便携装置应用。因此，设备1可安装在移动装置中或便携装置中，例如，移动计算机、智能电话、平板电脑、移动扬声器等。
图1示例性地示出了设备1的汽车音频应用。因此，设备1可相应地安装在车辆4或汽车中。设备1可被相应地提供为车辆音频系统或汽车音频系统，或者设备1可相应地形成车辆音频系统或汽车音频系统的一部分。在图1的汽车应用中，设备1可允许补偿分别因设置在车辆4或汽车中的音频输出元件(例如，扬声器)的构造和/或物理限制而造成的音频信号中缺失的低频分量谐波。
在图1的示例性实施例中，设备1包括硬件和/或软件体现的音频处理装置5、在音频处理装置5的输入侧处与音频处理装置5连接的可选的第一滤波器装置6、在音频处理装置5的输出侧处与音频处理装置5连接的可选的第二滤波器装置7、与音频处理装置5并联地布置的可选的补偿延迟装置8和在第二滤波器装置7的输出侧处与第二滤波器装置连接并在延迟装置8的输出侧处与延迟装置8连接的可选的混频器装置9。
音频处理装置5被配置为在输入音频信号的时间相关表示中、特别是在输入音频信号的半波表示中处理包括多个样本的输入音频信号。(参见图6)。如从图6中可看出，输入音频信号的时间相关表示是或包括输入音频信号的间隔的采样点P1的时间相关表示、更特别是输入音频信号的非均匀地间隔的采样点P的时间相关表示。如从图6中可进一步看出，输入音频信号的时间相关表示可包括沿时间轴(即，表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点P互连的图形函数(曲线)。例如，可通过输入音频信号的采样点P的内插来确定相应图形函数。因此，音频处理装置5被配置为从包括多个样本的输入音频信号生成输入音频信号的时间相关表示、特别是输入音频信号的半波表示。因此，在设备1的操作期间，音频处理装置5在输入音频信号的时间相关表示中、特别是在输入音频信号的半波表示中处理相应输入音频信号，并且从相应输入音频信号生成输入音频信号的时间相关表示、特别是输入音频信号的半波表示。
音频处理装置5被进一步配置为确定在输入音频信号的时间相关表示中输入音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔。因此，音频处理装置5被配置为分析输入音频信号的时间相关表示的过零点，即，在时间相关表示中将输入音频信号的采样点P互连的图形函数与时间轴交叉的位置，并且基于对相应过零点的确定，确定在第一过零点、即将输入音频信号的采样点P互连的图形函数与时间轴第一次交叉的第一位置与另一个过零点(或第二过零点)、即将输入音频信号的采样点P互连的图形函数与时间轴另一次(或第二次)交叉的另一个位置之间的间隔。因此,在设备1的操作期间，音频处理装置5分析输入音频信号的时间相关表示的相应过零点，并且基于对相应过零点的确定，确定在相应第一过零点与相应另一个过零点(或第二过零点)之间的间隔I。
相应第一过零点和另一个过零点可以是直接连续过零点。然而，还可能的是，相应第一过零点和另一个过零点不是直接连续过零点，而是间接连续过零点，使得至少一个过零点位于相应第一过零点与相应另一个过零点之间。因此，相应间隔I可在输入音频信号的时间相关表示的两个直接连续过零点之间延伸，或者相应间隔I可在输入音频信号的时间相关表示的两个间接连续过零点之间延伸。
音频处理装置5被进一步配置为确定在经确定的间隔I中的第一组S1采样点P，该第一组采样点P包括在间隔I中的第一位置处的多个采样点P(参见图6)。因此，在设备1的操作期间，音频处理装置5确定在间隔I中的第一组S1采样点P，该第一组S1采样点P包括在间隔I中的第一位置处的多个采样点P(参见图6)。在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置典型地表示如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔I中的输入音频信号的采样点P的原始位置(参见图6)。换句话说，第一组S1采样点P的采样点P的位置典型地对应于如在通过处理输入音频信号获得的输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔I中的输入音频信号的采样点P的原始位置。
音频处理装置5被进一步配置为确定在经确定的间隔I中的第二组S2采样点，该第二组S2采样点P包括在间隔I中的第二位置处的多个采样点P(参见图7)。因此，在设备5的操作期间，音频处理装置5确定在间隔I中的第二组S2采样点，该第二组S2采样点P包括在间隔I中的第二位置处的多个采样点P(参见图7)。第二组S2采样点P中的采样点P的位置表示在间隔I中的输入音频信号的采样点P的目标位置，并且因此，从如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔I中的输入音频信号的采样点P的原始位置偏移(参见图6、图7)。换句话说，在间隔I中的第二组S2采样点P中的采样点P的位置典型地对应于如在输入音频信号的时间相关表示中给出的在间隔中的第一组S1采样点P1中的采样点P的位置偏移的位置。
如从图6、图7中可看出，第一组S1采样点P中的采样点P的数量可等于第二组S2采样点P中的采样点P的数量。
音频处理装置5被进一步配置为基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔I中修改音频信号：改变在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置(如在图6中所指示)改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置(如在图7中所指示)。因此，在设备1的操作期间，音频处理装置5基于音频信号修改规则、即使用音频信号修改规则来改变在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置，并且因此，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置(如在图6中所指示)改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置(如在图7中所指示)。因此，音频信号修改规则可指定在间隔I中的采样点P的位置的变化，使得每个采样点P的位置从其在第一组S1采样点中的初始位置(参见图6)改变为其在第二组S2采样点中的目标位置(参见图7)。因此，修改规则还可指定在第一组S1采样点P中的相应采样点P的位置(即，在相应采样点P的位置已经改变之前)与在第二组S2采样点P中的相应采样点P的改变位置(即，在相应采样点P的位置已经改变之后)之间的偏移。
音频处理装置5被进一步配置为将经修改的音频信号间隔应用到原始输入音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。将经修改的音频信号应用到原始输入音频信号的相应间隔还可通过混频器装置9进行。因此，在设备1的操作期间，音频处理装置5将经修改的音频信号间隔应用到原始输入音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。经修改的音频信号是声学上可感知或声学上感知为就像原始输入音频信号将包括低频分量的所生成的谐波一样。经修改的音频信号典型地是输入音频信号的电平不变的，使得不需要应用自动增益控制级。
经修改的音频信号可在声学环境(例如，车辆车厢)中经由音频输出装置3输出。
因此，如从以上对音频处理装置5的操作的描述中可看出，音频处理装置5被配置为特别是在非均匀地间隔的基础上并特别是在均匀地间隔的基础上对具有多个样本的输入音频信号重采样，通过改变第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置来再次散布样本。
如从图6、图7的示例性实施例中可看出，表示正纯正弦半波的输入音频信号可在半波的开始以低采样点密度被重采样，而朝半波的结束以越来越高的采样点密度被重采样，这会造成音频信号的类似于下降锯齿波形的波形。从图6和图7中可进一步看出，如果以反采样点密度对接下来的负半波重采样，则所得的音频信号将具有与原始正弦半波相同的基本频率但具有类似于锯齿半波的谐波模式。
音频处理装置5可被配置为确定在第一过零点与至少另一个过零点之间的采样点P的数量，使得与在原始输入音频信号中的相应间隔I中的采样点P的数量相同。确定在第一过零点与至少另一个过零点之间的采样点P的数量以使得与在原始输入音频信号中的相应间隔I中的采样点P的数量相同，通常对低频分量谐波的生成有积极影响。
音频处理装置5可被配置为基于音频信号修改规则来修改音频信号，该音频信号修改规则指定在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置的可定义或定义变化，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置(参见图6)改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置S2(参见图7)。
如从图6、图7中可进一步看出，音频信号修改规则可特别地指定在间隔I中第一组S1采样点P中的采样点P的位置的定义变化，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置(参见图6)改变为其第二组S2采样点P中的相应第二位置(参见图7)，使得第二组S2采样点P中的采样点P是等距地或均匀地间隔的。因此，音频处理装置5可被配置为通过在第二组S2采样点P中的采样点P的位置是等距地或均匀地间隔的前提下，改变第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置，以再次等距地或均匀地散布样本。
音频信号修改规则可以是或可包括被配置为第一组S1样本点P1的具有相应第一位置的输入采样点P映射到第二组S2采样点P的具有相应第二位置的输出采样点P的映射函数、特别是单调映射函数。如从图6、图7中可看出，映射函数可具体地将在可预定义或预定义范围内(例如，在[0,1]的范围内)的输入采样点P(参见图6)映射到在可预定义或预定义范围内的输出采样点P(参见图7)。因此，音频处理装置5可被配置为基于相应映射函数来将第一组S1采样点P中的每个采样点P的位置映射到第二组S2采样点P中的定义位置。如从图6、图7中可看出，映射函数可具体地允许第二组S2采样点P中的采样点P的均匀地间隔的位置。
下面给出了相应映射函数f(x)的三个示例，其中括号中是经修改的音频信号的最终波形形状。
示例1：f(x)＝(ex*D-1)/(eD-1)(上升弯曲锯齿波形)
示例2：f(x)＝(eD-exr*D)/(eD-1)(下降弯曲锯齿波形)
示例3：f(x)＝log(1+(x*D))/log(1+D)(下降直线锯齿波形)
因此，x可以是第二组S2采样点P中的采样点P的函数，由此x(P)＝P/(N-1)，其中N是第二组S2采样点P中的采样点P的数量，其中对于相应组中的第一采样点，P＝0，并且对于相应组中的最后一个采样点P，P＝N-1。因此，x(P)位于[0,1]的范围内。
以上示例性映射函数f(x)在[0,1]的范围内单调地上升，包括可预定义或预定义失真参数D，并且可对反向输入向量xr进行操作，其中xr(P)＝x(N-1)-x(P)。
附加地或替代地，音频信号修改规则可以是或可包括被配置为使音频信号的过零点切线在顺时针或逆时针方向上倾斜的倾斜函数(参见图8至图10)。因此，如在图9、图10中的箭头所指示，音频处理装置5可被配置为使输入音频信号的过零点切线T(即，沿时间轴(即，典型地是表示输入音频信号的样本的x轴)将输入音频信号的采样点P互连的相应图形函数(曲线)在相应过零点中的切线)在顺时针方向(参见图9)或逆时针方向(参见图10)上以可预定义或预定义度数倾斜。
如例如从图6至图10中可看出，可由或由音频处理装置5处理的输入音频信号具有特定原始波形。如从以上在图6至图10的上下文中的描述中可看出，音频处理装置5被配置为将输入音频信号的特定原始波形修改为经修改的音频信号的至少一个目标波形。特别地，音频处理装置5可被配置为基于指定输入音频信号的波形从其原始波形到经修改的音频信号的至少一个目标波形的定义变化的音频信号修改规则来修改音频信号的特定原始波形。因此，音频处理装置5可被配置为通过应用至少一个相应音频信号修改规则来修改输入音频信号的原始波形。
输入音频信号的相应目标波形可以是对称波形(参见图10)，特别是矩形波形、三角波形或针状波形。替代地，输入音频信号的相应目标波形可以是非对称波形(参见图9)，特别是锯齿波形、优选是直线或弯曲的下降或上升锯齿波形。然而，相应目标波形也可以是自由形式波形。
音频处理装置5被配置为应用跳过规则或跳过因子，根据该跳过规则或跳过因子，不考虑在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点就确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔I。相应跳过规则或相应跳过因子的应用可允许生成具有非常低频率的经修改的音频信号。作为一般规则，跳过因子越高，经修改的音频信号的频率越低。
在图1的示例性实施例中，可选的第一滤波器装置6被体现为低通滤波器，例如，具有100Hz的截止频率的低通滤波器，并且可选的第二滤波器装置7被体现为第二低通滤波器，例如，具有1000Hz的截止频率的低通滤波器。然而，可设想其他截止频率。
图2示出了根据另一个示例性实施例的设备1的原理图。图2的设备的示例性实施例与前述实施例的不同在于在延迟装置8的输入侧处与延迟装置8连接的可选的另一个滤波器装置10。另一个滤波器装置10可体现为参数EQ滤波器。另一个滤波器装置10可具有160Hz的中心频率。然而，可设想其他中心频率。
图3至图5的示例性实施例各自示出了设备1，该设备包括多个音频处理装置5，该多个音频处理装置允许一次处理输入音频信号的多于一个半波，由此生成(亚)谐波低频分量。
如从图3至图5的实施例中可看出，相应音频处理装置5可并行地布置。
图3示出了根据示例性实施例的包括多个音频处理装置5的设备1的原理图。在该示例性实施例中，第一音频处理装置5.1(上音频处理装置5)被配置为实现将输入音频信号的原始波形修改为经修改的音频信号的至少一个第一目标波形的音频信号修改规则，并且第二音频处理装置5.2(下音频处理装置5)被配置为实现将输入音频信号的原始波形修改为经修改的音频信号的至少一个第二目标波形的音频信号修改规则。例如，第一目标波形可以是直线上升锯齿波形。例如，第二目标波形可以是直线下降直锯齿波形。
因此，图3示出了第一音频处理装置5.1可被配置为基于第一音频信号修改规则，通过改变在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置，以修改输入音频信号。相应另一个音频处理装置5.2可被配置为基于至少另一个音频信号修改规则，通过改变在间隔中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置，以修改输入音频信号。因此，第一音频处理装置5.1和另一个音频处理装置5.2的音频信号修改性质可至少部分地不同。
因此，相应第一音频处理装置的第一音频信号修改规则可指定音频信号的波形从其原始波形到音频信号的至少一个第一目标波形的定义变化，并且相应至少另一个音频处理装置的至少另一个音频信号修改规则可指定音频信号的波形从其原始波形到音频信号的至少另一个目标波形的定义变化。由此，如由至少一个第一音频信号修改规则所指定的音频信号的第一目标波形可与如由至少另一个音频信号修改规则所指定的音频信号的至少另一个目标波形相反。
另外，第一音频处理装置5.1还可被配置为应用第一跳过规则或第一跳过因子，根据第一跳过规则或第一跳过因子，不考虑在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点就确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔I，并且另一个音频处理装置5.2可被配置为应用至少另一个跳过规则或至少另一个跳过因子，根据至少另一个跳过规则或至少另一个跳过因子，不考虑在第一过零点与另一个过零点之间的至少一个过零点就确定在音频信号的第一过零点与另一个过零点之间的间隔I。因此，如适用于第一音频处理5.1装置的第一跳过规则或第一跳过因子可等于或不同于(即，高于或低于)如适用于另一个音频处理装置5.2的另一个跳过规则或另一个跳过因子。在图3的示例性实施例中，音频处理装置5.1、5.2的跳过因子是相等的。然而，可设想不同跳过因子。
图3还示出了在第一音频处理装置5.1的输入侧处连接到第一音频处理装置5.1的第一可选的滤波器6.1和在第二音频处理装置5.2的输入侧处连接到第二音频处理装置5.2的第二可选的滤波器6.2。可选的滤波器装置6.1、6.2可体现为低通滤波器。可选的滤波器装置6.1、6.2可具有相同或不同的截止频率。例如，第一滤波器6.1可具有100Hz的截止频率，并且第二滤波器6.2可具有50Hz的截止频率。然而，可设想其他截止频率。
图3还示出了在可选的第一混频器装置9.1的输出侧处与该第一混频器装置9.1连接的可选的另一个滤波器7。可选的另一个滤波器装置7可体现为低通滤波器。可选的另一个滤波器装置7可具有1000Hz的截止频率。然而，可设想其他截止频率。
图3还示出了在可选的另一个滤波器装置7的输出侧处与该另一个滤波器装置7连接的可选的另一个混频器装置9.2。
图4示出了根据另一个示例性实施例的设备1的原理图。图4的设备的示例性实施例与先前实施例的不同在于在可选的滤波器装置7的输出侧处与可选的滤波器装置7连接的附加音频输出装置3.2，例如，体现为低音振动器。
在图4的示例性实施例中，可选的另一个滤波器装置7可体现为低通滤波器。另一个滤波器装置7可具有25Hz的截止频率。然而，可设想其他截止频率。
图5示出了根据另一个示例性实施例的设备1的原理图。图5的实施例大体上指示设备1可包括多个音频处理装置5、连接在相应音频处理装置5的输入侧处的多个滤波器装置(由代表滤波器组的框指示)和连接在输出侧处的多个滤波器装置(由代表滤波器阵列的框指示)。
根据图的实施例的每个设备1大体上允许实现处理音频信号的方法，该方法包括以下步骤：
-在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理包括多个均匀地间隔的采样点P的音频信号；
-确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔I；
-确定在间隔中的第一组S1采样点P，该第一组S1采样点P包括在间隔I中的第一位置处的多个采样点P；
-确定在间隔中的第二组S2采样点P，该第二组S2采样点P包括在间隔I中的第二位置处的多个采样点P；
-基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔I中修改音频信号：改变在间隔I中的第一组S1采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点P从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在第二组S2采样点P中的相应第二位置；
-将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔，以便生成经修改的音频信号。
根据图的实施例的每个设备1大体上允许实现用于输出音频信号、特别是在车辆车厢中输出音频信号的方法，所述方法包括以下步骤：
-在音频信号的时间相关表示中、特别是在音频信号的半波表示中处理包括多个均匀地间隔的采样点的音频信号；
-确定在音频信号的第一过零点和另一个过零点之间的间隔I；
-确定在间隔I中的第一组S1采样点P，该第一组S1采样点P包括在间隔I中的第一位置处的多个采样点P；
-确定在间隔I中的第二组S2采样点P，该第二组S2采样点P包括在间隔I中的第二位置处的多个采样点P；
-基于音频信号修改规则，通过以下方式在间隔I中修改音频信号：改变在间隔I中的第一组采样点P中的采样点P的位置，使得第一组S1采样点P中的每个采样点从其在第一组S1采样点P中的相应第一位置改变为其在S2第二组采样点P中的相应第二位置；
-将经修改的音频信号间隔应用到原始音频信号的相应间隔I，以便生成经修改的音频信号；
-输出经修改的音频信号、特别是在车辆车厢中输出经修改的音频信号。
第一示例性实施例的一个或多个特定特征可与至少另一个示例性实施例的一个或多个特定特征组合。
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