作为DSP对小扬声器的补偿算法一文的第二部分，本文将进一步将告诉大家如何通过Waves公司的频率响应和动态范围补偿技术来显著地改善小扬声器系统的音频质量。

频率响应补偿算法

1. 消费类电子产品的低音提升功能

小扬声器的频率响应在低频响应处大大的衰减了。在它的通频带时，扬声器的频率响应是相对平坦的，然后在低于它滚降点的频率下急速地下降。低于滚降频率的音频部分的声学效率在全频带中只占很小的部分，而这些剩余的会对扬声器造成损坏的能量被转换成了热量。

对于封闭箱体的设计来说，扬声器滚降率是-12dB/倍频程，而倒相箱体的设计是-24dB/倍频程。所以，在密闭箱体的扬声器中，低于滚降点一个倍频程的音频信号的声学能量输出相当于1/4的通频带的声音能量输出，而在倒相箱中则相当于它的1/8。

数十年来，行业中已使用了许多不同的低音提升或者特制均衡的方法来满足这种需求。这些方法只是想通过提升信号和能量级来补偿在效率上的损失。但这些传统的低音提升或均衡技术全部都存在以下固有问题：

a. 低音提升需要较高系统增益或裕量，提高了要求和功放峰值功率以及扬声器的漂移上的成本；

b. 低音提升减少了整个扬声器的效率而且增加了系统的功耗；

c. 低音提升破坏了音乐或音频的频率平衡，并且产生了一种不自然的声音。

2. Waves的MaxxBass心理声学低音扩展

适应市场需求，Waves开发了专利的MaxxBass心理声学低音扩展技术。MaxxBass与传统的低音提升技术的显著不同之处在于对低效率的部分，它并不寻求更强力去推动扬声器。MaxxBass不是提升远低于滚降频率的部分的增益，而是去掉这些潜在的破坏性和无效的音频信号，从而产生比这些信号更高频率的谐波，而这些信号叠加在一起，从听觉上就感觉到是原始低音的信号。因为MaxxBass使用了对心理声学及人们如何感知频率的深刻理解，所以产生完全自然的效果，并且这项技术已经被许多顶级的混音与母带处理工程师使用了很多年。

因为并没有强制要求扬声器在低于它的有效工作范围内工作，所以整个系统的效率都被提高了。所以MaxxBass被广泛接受并认为是那些用电池供电的音频系统的唯一有效的低频响应扩展技术。

MaxxBass使用了专利的心理声学技术使得感觉到的低频响应扩展了1.5倍音程。这使得音频感应窗口能极大扩张并支持低音频率。这就增强了通过声音的低频部分所获得的情感冲击。

3. MaxxBass对于液晶电视改善

图1显示使用了MaxxBass的液晶电视其音频感知窗口所获得的一些改进。可感知的低频滚降可以由大约200Hz降到大约65Hz。它通过提供了一个更宽广的低频响应范围来给听众一个巨大改进的听觉体验，而那些频率其实是不能被重放的。

图1：MaxxBass对液晶电视改善。

MaxxBass也补偿听觉上的低频滚降。低频和高频的平衡在所有音量水平上保持着一致，这淘汰了传统的等响度功能。这使得使用者即使在很小音量的情况下也可以听到低频的内容，而这些在通常情况下是不可能实现的。

动态范围的补偿算法

1. 消费类电子产品的自动增益控制功能

消费类电子产品的动态范围有限是众所周知的问题。行业中对此问题的传统应对方法是使用自动增益控制功能(AGC)。例如：手提电话使用AGC来为使用者提供更一致的信号电平和输出音量。在高级的电视机中，AGC被认为是一种巧妙的、智能的音量控制，可以通过它来减少音量的跳变。

AGC通过一个相关的100ms或更长的采样来侦测信号平均强度。它将信号平均强度与信号目标平均强度作比较，然后缓慢地增加或衰减系统增益直到他们相匹配。

这些传统的AGC使用起来相对比较简单，而且能够改进一些清晰度。但是他们都存在一个基本问题，那就是都不能对信号电平的快速变化做出响应。由此将导致：

a. 强烈的音频峰值削波和因此引起的失真；

b. 信号电平的快速下降导致信号的丢失或暂时性的异常；

c. 如果过度使用AGC，太多的动态会消失而使得音频信号听起来毫无生气而言。

2. 作为专业音频工具的压缩器和限幅器

录音、混音和母版制作的专业人士在处理动态范围时也存在许多相同的本质问题。然而，他们并不使用简易的AGC，而是倾向于使用更灵活和强大的专业信号处理器(如压缩器和限幅器)。

AGC的工作基于假设音频信号处于一个相对稳定的状态，而仅仅是增益或音量需要调节的。然而，对于音频信号，正如前文所提到的，通常都拥有很宽的动态范围。压缩器和限幅器使得专业的音频工程师可以仔细地优化音频信号的动态响应，而不存在AGC的固有问题。

专业的音频工程师完成这些工作的关键是使用清晰的信号处理工具。清晰是指处理过的音频信号听起来不像是经过处理的。通常这意味着虽然这些工具造成了音频变化，但并不改变对于听觉来说非常敏感和苛刻的那些关键特性，例如：上升时间(attack time)。

Waves在1994年推出了L1 Ultramaximizer，这是行业内第一个清晰的峰值限幅器。这一具有开创性的信号处理工具使得经他处理过的音频具有更高的输出电平，而且听起来与具有更宽动态范围的未处理的音频相同。自此，Waves的动态工具，包括限幅器与压缩器，已经成为全球认可的录音标准，而且被用于全球范围内推出的几乎所有的主要电影声轨，音乐和视频游戏中。

3. Waves MaxxVolume的动态范围补偿

在音频系统中，音量是一个最主要用户控制。直到现在，这一基本的控制方法并没有得益于音频信号处理来优化系统的动态范围。Waves的MaxxVolume对于那些只有有限的动态范围的消费类音频产品来说是一个全新的信号处理技术。MaxxVolume使用了与Waves获过奖的专业音频工具相同的动态技术。

MaxxVolume包括如下音频功能：

基于Waves著名的L1 Ultramaximizer处理器，清晰地限幅器功能使得在没有削波和失真的情况下，可以将音量做很大的提升，达到超过平均水平很多的音量。这一功能使得最大输出(音量)电平在不失真的前提下提升了12dB。它将输出增加了4倍却不会提升功放或扬声器的成本。

基于Waves得奖的Renaissance压缩器，压缩功能可用于改善声音在嘈杂环境中的清晰度和可闻度。这极大地提高了音频在嘈杂背景环境中或者在声音音量大大降低时的清晰度。

嗓音门功能用来减少在原始的录音中来自声卡、CD播放器和背景的噪声。

MaxxVolume也支持一个可选择的、使用传统的AGC方法的自动电平调节功能。即使在音频输入上有明显的音量变化，这一功能也可以使得收听到的音量保持一致。这对于看电视或者收听广播的使用者来说，是十分有利的，因为听不同内容时，音量是不断的变化的，使用它就减少了因为音量变化而带来的不适感。

4. MaxxVolume对液晶电视的改善

MaxxVolume清晰的峰值限制器开启了新的音频感应窗口，它可以使得峰值信号电平提高+12dB，而不会失真或者不需要更昂贵的功放和喇叭。

低电平压缩器使得很弱的信号可以被感知，而以往这些信号通常会消失在听音环境的噪音中。特别是在小音量时听那些具有宽广动态范围的内容时问题更为明显(如电影)。使用该器件，可以在感知到的低电平信号上获得+20dB的改善。图2反应了在音频感知窗口中所有的改进。

图2：MaxxVolume对液晶电视的改善。

本文小结

频率响应和动态范围补偿技术可以增加小扬声器系统的有效工作范围。总而言之，这些技术极大地改进了音频感应窗口，使得听到的音频质量得到改善。图3是液晶电视应用中音频感应窗口得到改进的例子。在很多消费类音频产品，例如手机、手提电脑和便携式音频系统等，都能得到类似的性能改进。

图3：MaxxVolume和MaxxBass对液晶电视的改善。

除了能在很大程度上改善音频质量，OEM厂商可以使用这些性能在其它方面改进产品的设计。其中包括降低功放和扬声器的成本、减少系统的功耗，或者能通过使用更小的扬声器系统来得到更人性化的产品设计等。

作者：Meir Shashoua

首席技术官

Paul Bundschuh

消费品电子销售副总裁

Waves Audio公司