人工混响的设想方式
发布时间:2019-08-01

  离,处于扩散优良的区域,又要必然的声压级。 参考文献: 【I]M.R.Schoeder。”Diffuse Sound Reflection by Maximum Length Sequences.”J.AeonsL Scc. Am.,vol,57.PP.149?150(1975 Jan) 【2】E D’Antonio and T.J.Cox.“Two decades of sound diffusor design and development Part I: Application and Design,”JAES,Vol 46,No.11,1998 Nov 【3】只D’Antonio and T.J.Cox.“Diffusor application in roolns,”Applied Acoustics,2000 【4】王季卿,“听音室声学设想实例阐发”,电声手艺,2002年第12期 【5】《傅里叶免学》,卞松玲等编著 [6】Treys"J.Cox and Y.W.La皿”Prediction and evaluation of the scattering from quadratic residue diffusors,”,.Acoust.Soc.Am.,v01.95(1),pp.297?305(1994 Jan) 人工混晌的设想方式 彭妙颜张承云 (广州大学消息取机电工程学院510091) [摘要]:会商了人工混响的两种次要设想方式,阐发了它们的优错误谬误及使用场所,并提出了这 两种方式的改良思. [环节词】:人工混响房间脉冲响应滤波器 1.概论 混响正在人们糊口中是一种常见的声学现象,常用混响时间做为混响过程长短的定量目标。 混响时问至今仍是厅堂音质评价的首选物理目标,混响时间太长,则声音混浊不清,反之则声 音“发干”:若是混响恰当,则声音圆润丰满、宏亮。分歧场合和分歧的听音内容要求有分歧的 混晌时间,但很多场合的混响时间并不合适,出格是有些多功能厅,分歧的使用场所需要分歧 的混响时间。为处理这个问题。可将房间混响时间缩短,然后再插手适量的x_z混晌,从而得 到较好的音质结果。文中对人工混响两种次要的实现方式进行会商,一种是用房间脉冲响应模 拟混响结果,另一种是用延时反馈收集模仿混响结果。 2.房间脉冲响应模仿混响 从数字信号处置理论可知,对于线性时不变系统,其输出信号等于输入信号取系统的单元 脉冲响应的卷积,即系统的输出信号可暗示为: 出 y(n)=^(n)}x(n)=芝:h(n)x(n--m) 自柚 (1) 式中工(n)为输入信号,^(n)为系统的单元脉冲响应,y(n)为输出信号。 [基金项目]广州市教育局科技打算项目《基于软件手艺的中文界面声频系统数字处置器》 项目编号2014 ?94? 若将房间当作一个线性时不变系统,室内某声源发出的声音经房间的传输达到听众,听众 听到的声音就是系统的输出信号,声源相当于系统的输入信号,房间的脉冲响应恰是系统的单 位脉冲响应。用房间脉冲响应模仿混响就是用房间脉冲响应取一“干”的声音信号进行卷积。 2.1房间脉冲响应的获取方式 房间脉冲响应可通过计较或丈量获得。操纵房间的几何模子以及概况材料的吸声特征能够 计较出房间的脉冲响应,次要有基于几何声学的声线法、虚源法和基于波动声学理论的有 限元法和鸿沟元法Ill【2】。这种通过计较获得房间脉冲响应的方式比力复杂,需要大量的运算, 次要用于厅堂音质设想可听化模仿。 人工混响算法一般用丈量的方式获得房间脉冲响应。简单的丈量方式是用发令枪、电火花、 气球爆破或者击掌做为脉冲声源,正在室内间接用传声器领受,然后存入计较机,即为房间的脉 冲响应。图l、图2为用气球爆破声以及击掌声做为脉冲声源测出的广州大学混响室的脉冲响 应。 图1用气球爆破丈量的脉冲响应 这种简单的房间脉冲响应丈量方式便利快速 丈量成果会有必然的误差。 图2用击掌丈量的脉冲响应 但因为利用的脉冲声源都不是抱负的,因而 为获得更精确妁房间脉冲响应,能够采用反卷积法。一段声音信号(如自噪声、ttLS、 扫频信号等)保留正在计较机中,操纵声卡、扬声器播放,同时用传声器将声音领受且保留到计 算机,如图3所示。将播放的声音数据做为房间这个声学系统的输入(用x(rt)暗示),传声器接 收的声音数据做为输出(用y(n)暗示),它们取房间脉冲响应(用h(n)暗示)有如下关系: y@)=x(n)}h(n) 、 (2) 频域则有; 日(≈):塑 一 X(≈) (3) 按照傅立时反变换即可获得房间脉冲响应: ,l(H)=IFFT[H(k)】 此中y(≈)、x(七)、H(k)别离是y(n)、工(n)、h(n)的傅立叶变换。 (4) 这种数据处置过程其实就是反卷积,图4是以白噪声做为声源用反卷积法获得的广州大学 混响室脉冲响应。 ?95? 扬声器 传声器 磊1一 卸 ----------_J 1 图4反卷积法丈量的房间脉冲响应 用Matlab能够很便利的进行仿实,OONV(X,h)及 图3反卷积法丈量房间脉冲响应道理图 2.2用房间脉冲响应模仿混响 将房间的脉冲响应计较或丈量出来,用(1)式取一“于”的声音信号卷积,即能较好 的模仿出此房间的混响结果。 FFT,代码如下: N=length(x)+length(h)一1: L=pow2(nextpow2(N)): X=fft(x,L): H=fft(h,L): Y镶.坤干l: y=real(ifft(Y,L)); 信号波形,下半部门是处置当前的波形。 %锝到卷积的输出成果 图5是用一段语音信号取图4所示的脉冲响应卷积的成果,此中上半部门是原始语音 %确定FFT的长度 %确定基2FFT的长度 filter(h,1,x)两个函数都能间接得出卷积成果,可是速度很慢,为提高运算效率,可采用 图5房间脉冲响应处置前后的 的语音波形对比 图6梳状滤波器取全通滤波器构成的混响器布局图 这种模仿混响的方式现实上就是FIR滤波,能取得较逼实的结果,可是脉冲响应的数据太 长,例如对于2s的脉冲响应,采样率为44.1K,则其数据长度为88200。因而卷积运算量太大, 且会带来很大的延时,从而影响数据的及时处置,同时需要占用大量存储空间。为满脚及时处 理需要,能够恰当脉冲响应后面的部门数据,出格是那些对声音带宽要求不高的环境(如 语音)能够降低采样率,以此来降低FIR滤波器的阶数。也可对FIR滤波算法进行改良,提高 运算效率,已有做者对这个问题做了研究。’,具有适用价值。 3.用延对反馈鼹络模仿混晌 若将晚期反射声及混响声当作是原始声音信号的延时及衰减,则能够用延时反馈收集来模 拟混响结果。目前这类算法良多,此中Sch泓ler提出的模子擐为典型,由4个梳状滤波器并 联后再取2个全通滤波器,图6即为这种混响器的布局方框图。此中Comb及APF别离代 表梳状滤波器取全通滤波器.方框图如图7、图8所示。 ?96? 叶写p岛 图7梳状滤波器方框图 图8全通滤波器方框图 (5)(6)两式别离暗示它们的系统函数。 烈z)。毒了 (5) tt(z):三:土 。1一暑z1 (6) 此中m为延时的样本点数,g为衰减系数,取值范畴是.1<g<l。 能够通过调整Ill、g来获得分歧的混响时间,但Schroeder并没有给出各个滤波器m、g的 选择准绳,有文献州将各个梳状滤波器的延时设置为30--45ms,考虑到它们混响时间不异, 可得出各自对应的衰减系数。两个全通滤波器的延时别离取为5ms、1.7ms,衰减系数均取O.7, 经计较可知梳状滤波器取全通滤波器的混响时间分歧。图9是用MATLAB仿实获得的各类不 同采样率对应的系统幅频响应(梳状滤波器的延时别离取30、35、40及45 ms,混响时间取1.5s)。 从图中能够看出,fs分歧,系统的频次响应也分歧,但曲直线都不服展,因此存正在声染色现象, 客不雅试听金属声出格较着。但若将各梳状滤波器的延时取得更犯警则(如29.23、37.67、41.49 及“.31娜),同时使得梳状滤波器取全通滤波器的混响时间不异,成果处置后的声音天然度大 大提高。 fb'ffs:16k fc)fs=32k (d)fs;“?lk 图9 f-s取分歧值时的幅频响应 因为全通滤波器的幅频曲线是平展的,所以系统的幅频特征由四个并联的梳状滤波器确定, 改变梳状滤波器的延时长度m或衰减系数g能改变系统的幅频特征。从MATLAB仿实的成果 来看,m的取值不克不及太大,若跨越50ms,则起头有反响结果,m值都跨越60 Im时,反响结果 很是较着;若取得太d,N会导致幅频特征很不服均,声染色严沉。因而in的取值最好不要 大于60ms及不小于20ms。同时尽量使各个梳状滤波器频谱的峰谷不堆叠,避免发生更严沉的 声染色。 4.竣事语 用房间脉冲响应模仿混响的方式现实上是FIR滤波,可毗取得很好的音质结果,可是不克不及 调整混响参数,只能模仿某一房间固定的听音结果。别的滤波器阶数太高,影响数据的实 时处置,但跟着数字信号处置手艺及计较机手艺的成长,这一问题能够获得处理。延时反馈网 络模仿混响的方式现实上是IIR滤波。能够通过对滤波器的某些系数进行设置而便利的调整混 响参数,但声音的天然度不令人对劲,存正在声染色现象。添加延时反馈收集能够削减声染色, ?97? 但系统变得很是复杂。因而对音质结果要求较高、而对及时性要求不高的使用(如录音后期处 理)可用房间脉冲响应法模仿混响;而对音质要求较低、对及时性有较高要求且但愿便利调整 混响参数的使用则可用延时反馈收集法模仿混响。这两种方式都是目前人工混响产物常用的方 法,但若需调混响参数则一般用延时反馈收集法。 也有做者提出了其它的人工混响算法“M,但根基上也是由全通滤波器及梳状滤波器构成, 都存正在一些错误谬误(好比天然度、运算量大等)。要使人工混响能愈加实正在、天然、便利地模仿出 现实房间的混响结果,还需进一步研究系统的频响特征及反响密度问题,同时不克不及使系统太复 杂。 参考文献 【1】张继萍,昊硕贤.考虑界面声散射的室内声脉冲响应计较机仿线】赵越,是项贤,李宁荣.室内声脉冲响应函数的无限元计较模子及尝试研究.申山走 学学报(天然科学版),2000,39(6):157-160. 【3】W.G.Gardner.Efficient Convol蚶∞wkhout Engineering Society。1995.43:127?136. 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