專利名稱：數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻模擬技術(shù)，特別是涉及數(shù)字音頻模擬技術(shù)。
背景技術(shù)：
混響在人們生活中是一種常見的聲學(xué)現(xiàn)象。無論是在大教室里聽課，還是在音樂廳里欣賞音樂，我們都會明顯感覺到混響聲音的存在。在某一聲學(xué)環(huán)境下一個聲源除了直接到達人耳外，還有一部分要通過人體周圍的障礙物反射到人耳，直達聲和反射聲疊加在一起就形成了混響。因此只要在人體周圍有障礙物存在，比如辦公室的墻壁，街道上建筑物的墻壁等，就會發(fā)生混響。
在發(fā)射聲中存在混響和回響兩種?；祉懞突仨戨m然都與聲波的反射有關(guān)，但是回響的距離比較長，延遲時間一般在1/10秒到2/10秒之間，因此反射聲往往是離散的到達人耳，人耳可以明顯分辨出哪個是直達聲，哪個是回聲；但是混響的反射距離比較短，延遲時間一般小于1/10秒，我們無法分辨出具體的反射聲波，但是可是聽到反射聲和直達聲疊加在一起的效果。
通過測量房間的沖擊響應(yīng)可以得到這個房間的混響特性。該沖擊響應(yīng)可以簡化為直達聲，前期反射和混響三個部分，如圖1所示。直達聲是聲波不經(jīng)過任何障礙物直接到達人耳的那部分，因為其能量損失較少，所以能量很強；前期反射是由經(jīng)一次或較少次反射的聲波所組成，此時的譜線離散，能量由于聲波與物體碰撞有所減少；混響是指聲波經(jīng)過了多次反射，能量成指數(shù)遞減，此時的譜線不再是離散的，而是連續(xù)譜。
混響中一個重要的概念就是混響時間。混響時間T是指當(dāng)聲源在房間停止發(fā)聲后，殘余聲能在房間內(nèi)往復(fù)反射，經(jīng)吸聲材料吸收，其聲能密度下降為原有數(shù)值的百萬分之一所需的時間，或者說房間內(nèi)聲能密度衰變60dB所需的時間?；祉憰r間以如下賽賓公式進行計算T=0.163vαS---(1)]]>
式中T為混響時間，S為房間內(nèi)總表面積，V為房間的總?cè)萘?，α為房間內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)。
從上面公式可以看出房間的大小和房間墻壁所使用的材料都直接影響著混響時間。同時房間對聲波的吸收與頻率有關(guān)，因此混響時間也與頻率有關(guān)。一般來說高頻容易被吸收，混響時間會隨著頻率的升高而降低。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的模擬混響原理圖?；祉懞铣墒怯媚M的方法來實現(xiàn)的。這種方法叫做錄音機磁頭反饋法。在早期的錄音機中擦寫磁頭E，錄音磁頭R和播放磁頭P分別用三個磁頭擔(dān)當(dāng)?shù)?，擺放順序如圖中所示。在播放磁頭P和錄音磁頭R之間構(gòu)成了一個反饋回路，反饋因子為g。這樣就播放的聲音不斷的進行了延時，在延時的過程中聲音被不斷的削弱，這就形成了簡單的混響。
根據(jù)以上原理貝爾實驗室提出的早期的混響算法，此算法包括了梳狀濾波器和全通濾波器兩個IIR(無限沖擊響應(yīng))數(shù)字濾波器，這兩個濾波器也是現(xiàn)在混響算法的基礎(chǔ)。圖3是梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。梳狀濾波器的沖擊響應(yīng)中的幅度的衰減呈指數(shù)性分布，這是與實際的房屋沖擊響應(yīng)特性一致的。但是其回聲密度比較低而且它不隨時間的增長而增長，這是與實際不相符的。另外頻譜特性呈現(xiàn)周期狀或者梳狀會使處理后的聲音有明顯的染色現(xiàn)象，即不同頻率成分削減不相同，這很容易產(chǎn)生金屬聲，聽起來非常不自然。上述梳狀濾波器的不足可以使用全通濾波器來克服。
圖4是全通濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，全通濾波器由前向路徑，后向反饋以及m個延遲Z-m組成，g為全通濾波器的反饋因子，一般來說g＜1.0。用X[n]表示濾波器延遲存儲的值，n＝0，1，2，...，m，X
表示當(dāng)前輸入，X[m]表示m個樣點以前的輸入值。
那么全通存儲器的操作為1.X
＝新的濾波器輸入樣值2.前向路徑X[m]＝X[m]+X
*(-g)，Y
＝X[m]為當(dāng)前點的濾波輸出3.X
＝X
+X[m]*g4.X[m]＝X[m-1]，X[m-1]＝X[m-2]，...，X[1]＝X
全通濾波器的頻響是一個常數(shù)，這樣就不會產(chǎn)生染色現(xiàn)象。但是單個全通濾波器回聲密度仍然不高，如果將多個全通濾波器串聯(lián)在一起就可以得到更高的回聲密度。因為每一個濾波器頻譜都是全通的，所以串聯(lián)在一起后整體頻響仍然是全通的。在對混響效果要求不高的情況下就可以使用這種串聯(lián)的濾波器。
另一種實現(xiàn)人工混響模型的方法是把全通濾波器和梳狀濾波器結(jié)合起來。梳狀濾波和全通濾波結(jié)合的人工混響模型示于圖5。如圖5所示的，輸入信號X分別通過具有35ms，40ms，45ms，50ms延遲的四個梳狀濾波(comb)，它們的輸出輸入給加法電路，加法電路的輸出通過串聯(lián)的、具有5ms和1.7ms延時的兩個全通濾波器，最后輸出結(jié)果Y。
以上所述的各種現(xiàn)有的人工混響模型的共同缺點是混響效果不真實，不能使人有身臨其境的感覺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中人工混響模型方法的缺陷，提出一種使用嵌套全通濾波器的人工混響模型，用于實現(xiàn)數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種音頻混響模擬系統(tǒng)，包括一個或級聯(lián)的多個濾波器，其中至少一個是嵌套全通濾波器；一個低通濾波器，用于將所述濾波器中最后一個濾波器輸出的信號反饋到該反饋到該音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端；輸入加法器，用于相加輸入信號和通過該低通濾波器反饋的信號；輸出加法器，用于相加濾波器輸出的信號和輸出音頻混響信號。
所述嵌套全通濾波器和全通濾波器的反饋因子在0.1-0.7之間選擇，延時在5-100ms之間選擇。所述低通濾波器為一階的無限沖擊響應(yīng)濾波器，其截止頻率在2KHz-5KHz，其增益為0.2-0.8之間。
本發(fā)明還提出一種數(shù)字音頻混響模擬方法，包括步驟一，根據(jù)總體延遲時間和采樣率，計算樣值點數(shù)量，從而獲得各個樣值點位置值，該樣值點包括輸入點以及一個或級聯(lián)的多個濾波器的輸入和輸出端點，所述的濾波器中至少一個是嵌套全通濾波器；步驟二，自輸入端輸入一個樣值點的不帶混響的音頻信號；步驟三，按照時間順序，依次計算和存儲各樣值點位置上經(jīng)過延遲或級聯(lián)的一個或多個濾波器濾波處理后的中間值；步驟四，上述濾波器中最后一個濾波器的輸出通過低通濾波器反饋給輸入端；步驟五，將上述級聯(lián)的濾波器中的不同濾波器的輸出進行相加，得到音頻混響輸出；步驟六，一個采樣周期之后，將所存儲的中間值按時間順序進行移動操作，即以后一級延遲或濾波處理后的樣值點位置上的中間值取代前一級延遲或濾波處理后樣值點位置上的中間值；步驟七，如果該樣值點不是待輸入的不帶混響的音頻信號的所有樣值點中的最后一個，則返回步驟二，輸入下一個樣值點的不帶混響的音頻信號；否則結(jié)束整個數(shù)字音頻混響模擬處理過程。
本發(fā)明使用嵌套的全通濾波器加上低通濾波反饋，能夠得到很高的混響密度。另外，針對不同的房間提出不同的濾波器組成方案，有效地模擬不同面積房間的音頻混響效果。由于使用了全通濾波器的嵌套和級聯(lián)，并且從不同濾波器的端點輸出并進行相加，可具有多種混響模式，這些濾波器有較高的混響密度，較好的模擬真實聲場中的混響。對音質(zhì)不會產(chǎn)生破壞，可以避免濾波器造成的“喀嚦音”破壞效果，可以更好地模擬真實聲場中的音頻情況。


圖1是直達聲，前期反射和混響示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的模擬混響原理圖；圖3是梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是全通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是使用梳狀濾波和全通濾波結(jié)合的人工混響模型示意圖；圖6是使用嵌套濾波器的人工混響模型示意圖；圖7是小房間使用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的原理示意圖；圖8是中房間使用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的原理示意圖；圖9是大房間使用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)采用嵌套全通濾波器實現(xiàn)。與串聯(lián)濾波器的方法不同，嵌套全通濾波器是將多個全通濾波器由里向外嵌套在一起，如圖6所示。
圖6是說明嵌套全通濾波器的示意圖，全體是一個嵌套全通濾波器H(z)，其外部反饋因子為g。中間的延遲部分是一個全通濾波器F(z)，全通濾波器F(z)本身也可能是嵌套的，故稱為嵌套全通濾波器。當(dāng)全通濾波器F(z)為單個全通濾波器時，H(z)稱為嵌套全通濾波器。
F(Z)是普通的全通濾波器或者普通的全通濾波器加上一些延遲。
輸入信號進入加法器∑1，加法器∑1的輸出接到該全通濾波器F(z)，該全通濾波器F(z)的輸出和該輸入信號通過反饋因子(-g)的輸出在加法器∑2相加，然后輸出相加的結(jié)果。該輸出同時還通過反饋因子g反饋給加法器∑1，再與當(dāng)時的輸入的信號相加，其結(jié)果作為全通濾波器F(z)的輸入并重復(fù)執(zhí)行隨后的處理。
與串聯(lián)全通濾波器相比，嵌套全通濾波器的沖擊響應(yīng)不再是一種混響模式的重復(fù)而包括多種混響模式?；祉懩Ｊ皆蕉啵芈暶芏纫簿驮酱?，這和真實情況是相同的。
把上述濾波器有機的結(jié)合起來，在將空氣對聲波的吸收(主要是高頻)，混響時間考慮進去就可以得到更加真實的混響算法。針對混響時間的不同，得到了三種相類似的算法。
下面結(jié)合圖7，8和9的實施例詳細地敘述三種音頻混響模擬系統(tǒng)。在圖中，全通濾波器用簡化的 圖形來表示。其中D表示的全通濾波器的延遲，單位是毫秒，g表示全通濾波器的反饋因子。帶箭頭的水平軸表示延遲樣點。
圖7表示小房間所用的音頻混響模擬系統(tǒng)的一個實施例。
參見圖7，該數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)包括級聯(lián)的第一和第二嵌套全通濾波器H1和H2，一個低通濾波器。第一嵌套全通濾波器H1內(nèi)嵌套了前后兩個全通濾波器H1-1和H1-2。第二嵌套全通濾波器H2內(nèi)嵌套了一個全通濾波器H2-1。第二嵌套全通濾波器H2的輸出通過該低通濾波器反饋到數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端。第一和第二嵌套全通濾波器H1和H2的輸出分別通過0.5的增益接到輸出加法器，即第二加法器Add2，輸出加法器Add2輸出音頻混響信號。
P1，P2，...P9為數(shù)組X的位置。數(shù)組X用于存儲音頻信號經(jīng)過濾波或延遲處理后的中間結(jié)果，在硬件結(jié)構(gòu)上可以采用設(shè)置于全通濾波器內(nèi)的寄存器來實現(xiàn)，在軟件處理上可以采用開辟一組內(nèi)存空間來實現(xiàn)。
PX為輸入點的位置，初始值PX＝0。數(shù)組X的時間順序為沿所述水平軸從左至右時間逐漸減小，即X[1]為X
(本次輸入)的一個采樣周期以前的值，X[2]為X[1]的一個采樣周期以前的值，以此類推。數(shù)組X的總延遲為D＝(24+35+66)＝125毫秒。數(shù)組X的實際長度XLEN和采樣率SampleRate有關(guān)，XLEN＝D/1000*SampleRate。
P1的位置距離X
為24毫秒，P1＝SampleRate*24/1000。在P1處有一個嵌套全通濾波器H1，作為一個例子，圖中表示優(yōu)選的延遲為35ms，反饋因子為0.3。此嵌套全通濾波器內(nèi)嵌前、后兩個全通濾波器H1-1和H1-2。其中前全通濾波器H1-1的位置在P2，作為一個例子，圖中表示優(yōu)選的延遲為22毫秒，反饋因子為0.4。后全通濾波器H1-2的位置在P4，作為一個例子，圖中表示優(yōu)選的延遲為8.3毫秒，反饋因子為0.6。P2，P4的具體位置只要求前、后全通濾波器H1-1和H1-2嵌在雙嵌套濾波器H1之內(nèi)，而且這兩個全通濾波器H1-1和H1-2之間沒有重疊部分，因此，全通濾波器H1-1和H1-2的延遲之和應(yīng)該小于嵌套全通濾波器H1的延遲。
P6處比P1處延遲了35毫秒，在P6處有一個嵌套全通濾波器H2，作為一個例子，圖中表示優(yōu)選的延遲為66毫秒，反饋因子為0.1。嵌套全通濾波器H2嵌套了一個全通濾波器H2-1，作為一個例子，圖中表示優(yōu)選的延遲為30毫秒，反饋因子為0.4。全通濾波器H2-1的位置在P7處，P7的選擇只要求在嵌套全通濾波器H2之內(nèi)。
在比P6延遲66毫秒的P9處、嵌套全通濾波器H2的輸出，信號通過一個低通濾波器LPF1反饋到PX處的輸入加法器，即第一加法器Add1，在該反饋路徑中信號通過對應(yīng)于該房間的反射系數(shù)的反饋增益。
所述的低通濾波器LPF1是一階低通IIR濾波器，其截止頻率為4200Hz。低通濾波器的輸出可選擇為計算如下Y[n]＝(X[n]+X[n-1]+2.2423*Y[n-1])*0.2357
式中，X[n]為低通濾波器的當(dāng)前輸入，X[n-1]為低通濾波器的前一次輸入，Y[n]為低通濾波器當(dāng)前輸出，Y[n-1]為低通濾波器的前一次輸出，數(shù)值2.2423和0.2357是與低通濾波器的截止頻率有關(guān)的濾波系數(shù)。
數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的輸出是P6處的輸出和P9處的輸出分別通過增益0.5后在加法器中相加的結(jié)果，即Y＝0.5*X[P6]+0.5*X[P9]一個采樣周期之后進行數(shù)組X的移動操作，每個數(shù)組X前移1，得到X[1]＝X
X[2]＝X[1]…X[P9]＝X[P9-1]此移動操作的具體實現(xiàn)方法是改變PX，P1，P2，...P9的位置，從起始點PX開始到終止點P9分別前移1，即以后一級延遲或濾波處理后的樣值點位置上的中間值取代前一級延遲或濾波處理后的樣值點位置上的中間值，然后判斷PX值是否＜0，如果PX＜0，則該PX加上數(shù)組X的實際長度XLEN，因此得到輸入數(shù)組X的新的位置PX＝(PX-1)，如果PX＜0，PX＝PX+XLENP1＝(P1-1)，如果P1＜0，P1＝P1+XLEN…P9＝(P9-1)，如果P9＜0，P9＝P9+XLEN下面以44100Hz采樣的音頻的例子具體敘述處理過程。
首先，根據(jù)總的延遲時間和采樣率計算樣值點的數(shù)量混響模擬系統(tǒng)總的樣值點的數(shù)量為(24+35+66)*44100/1000≈5512個樣點。式中的(24+35+66)是使用的嵌套全通濾波器的延時之和。
因此整個數(shù)組X包含5513個樣點值。
低通濾波器有兩個樣值的緩沖器，分別保存低通濾波器的上一次輸出OLDY和上一次輸入OLDX初始值P1，P2，...，P9為指向數(shù)組X中的各位置的整數(shù)。
P1＝24*44100/1000＝1058
P2＝P1+1＝1059P3＝P2+22*44100/1000＝2029P4＝P3+1＝2030P5＝P4+8.3*44100/1000＝2396P6＝P1+35*44100/1000＝2602P7＝P6+1＝2603P8＝P7+30*44100/1000＝3826P9＝P6+66*44100/1000＝5512PX為0-5512之間的整數(shù)值，指向當(dāng)前輸入的位置，初始值為0。
混響模擬系統(tǒng)的輸入為一個不帶混響的音頻信號V，輸出為帶混響的音頻信號RV。具體的處理步驟如下1.在PX處輸入不帶混響的音頻信號V，v＝X[PX]2.全通濾波操作，本混響模擬系統(tǒng)共有5個全通濾波器H1-H5。按照時間順序計算并存儲各樣值點上經(jīng)過延遲或濾波處理后的中間值，得到各處的輸入為在P6處，X[P6]＝X[P6]+X[P1]*(-0.3)在P1處，X[P1]＝X[P1]+X[P6]*0.3在P3處，X[P3]＝X[P3]+X[P2]*(-0.4)在P2處，X[P2]＝X[P2]+X[P3]*0.4在P5處，X[P5]＝X[P5]+X[P4]*(-0.6)在P4處，X[P4]＝X[P4]+X[P5]*0.6在P9處，X[P9]＝X[P9]+X[P6]*(-0.1)3.低通反饋操作，將最后一個濾波器的輸出通過低通濾波器反饋到輸入端，即將在P9處的輸出Y＝[X[P9]+OLDX+2.2423*OLDY]*0.2357通過低通濾波器反饋到PX處的加法器，式中OLDX＝X[P9]OLDY＝Y(jié)因此，在PX處的輸入為X[PX]＝X[PX]+Y
4.輸出混響的音頻信號?；祉懙囊纛l輸出RV為第一和第二嵌套全通濾波器H1和H2的輸出相加得到RV＝0.5*X[P6]+0.5*X[P9]式中的數(shù)值0.5分別為第一和第二嵌套全通濾波器H1和H2的反饋因子。第一和第二嵌套全通濾波器的輸出為X[P6]＝X[P6]+X[P9]*0.1X[P8]＝X[P8]+X[P7]*(-0.4)X[P7]＝X[P7]+X[P8]*(0.4)5.計算新的端點位置，并判斷新的位置值是否小于0。如果小于0，則該值加上樣值點的數(shù)量5513作為新的位置值，計算結(jié)果如下P1＝P1-1，如果P1＜0，P1＝P1+5513P2＝P2-1，如果P2＜0，P2＝P2+5513P3＝P3-1，如果P3＜0，P3＝P3+5513P4＝P4-1，如果P4＜0，P4＝P4+5513P5＝P5-1，如果P5＜0，P5＝P5+5513P6＝P6-1，如果P6＜0，P6＝P6+5513P7＝P7-1，如果P7＜0，P7＝P7+5513P8＝P8-1，如果P8＜0，P8＝P8+5513P9＝P9-1，如果P9＜0，P9＝P9+5513如果判斷該樣值點不是輸入的不帶混響的音頻信號的最后一個樣值點，則返回到上述步驟1，并重復(fù)隨后的各個步驟。
圖8表示中房間所用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的一個實施例的示意圖。該數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)包括順序級聯(lián)的一個嵌套全通濾波器H3，全通濾波器H4和全通濾波器H5，全通濾波器H5的輸出信號通過一個低通濾波器LFP反饋到該數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端的輸入加法器Add1。嵌套全通濾波器H3的輸出和全通濾波器H4的輸出延遲67毫秒后通過第三加法器Add3相加，相加的結(jié)果再與全通濾波器H5的輸出在輸出加法器Add2中相加，得到音頻混響信號并輸出。該延遲后的全通濾波器H4的輸出又延遲15毫秒后在第四加法器Add4中與輸入信號相加并進入全通濾波器H5。從圖中可看到，全通濾波器H5的輸出延遲108毫秒后通過一個低通濾波器LFP反饋到數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端，該反饋信號與輸入信號在輸入加法器Add1中混合，隨后通過嵌套全通濾波器和全通濾波器的處理。
作為一個例子，圖中表示嵌套全通濾波器H3的優(yōu)選的延遲為35毫秒，反饋因子為0.3。此嵌套全通濾波器內(nèi)嵌了前后兩個全通濾波器。作為一個例子，其中第一全通濾波器在圖中表示優(yōu)選的延遲為8.3毫秒，反饋因子為0.7。第二全通濾波器的優(yōu)選的延遲為22毫秒，反饋因子為0.5。要求這兩個全通濾波器嵌在該嵌套全通濾波器之內(nèi)，而且這兩個全通濾波器之間沒有重疊部分，因此，這兩個全通濾波器的延遲之和應(yīng)該小于外部全通濾波器的延遲。在延遲了5毫秒處是全通濾波器H4，作為一個例子，圖中表示其優(yōu)選的延遲為30毫秒，反饋因子為0.5。該全通濾波器的輸出延遲了67毫秒后和該嵌套全通濾波器的輸出在第一加法器中相加。該輸出又延遲15毫秒，然后通過全通濾波器H5，作為一個例子，圖中表示其優(yōu)選的延遲為39毫秒，反饋因子為0.3。全通濾波器H5的輸出與第三加法器Add3的輸出在輸出加法器Add2中相加，輸出音頻混響信號。每個濾波器的輸出加到相應(yīng)的加法器之前可經(jīng)過0.5的增益。
本數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)中的低通濾波器的截止頻率為2500Hz。低通濾波器的輸出可選擇地計算如下Y[n]＝(X[n]+X[n-1]+4.5567*Y[n-1])*0.1525本數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)對音頻信號的處理、數(shù)組X的移動操作和輸出計算與小房間所用的音頻混響模擬系統(tǒng)基本上是相同的，因此，在此省略了。
圖9表示大房間所用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個實施例的示意圖。
參見圖9，該數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)包括順序級聯(lián)的全通濾波器H6、全通濾波器H7、嵌套全通濾波器H8和嵌套全通濾波器H9，以及一個低通濾波器LPF。該低通濾波器將嵌套全通濾波器H9的輸出反饋到數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端的輸入加法器Add1。嵌套全通濾波器H8內(nèi)嵌套一個全通濾波器H8-1，嵌套全通濾波器H9內(nèi)嵌套一個全通濾波器H9-1。作為一個例子，圖中表示全通濾波器H6的優(yōu)選的延遲為6毫秒，反饋因子為0.3；全通濾波器H7的優(yōu)選的延遲為12毫秒，反饋因子為0.3；嵌套全通濾波器H8的優(yōu)選的延遲為87毫秒，反饋因子為0.5，全通濾波器H8-1的優(yōu)選的延遲為52毫秒，反饋因子為0.25；嵌套全通濾波器H9的優(yōu)選的延遲為120毫秒，反饋因子為0.5，全通濾波器H9-1的優(yōu)選的延遲為30毫秒，反饋因子為0.25。全通濾波器H7的輸出與嵌套全通濾波器H8的輸出由第五加法器Add5相加，其結(jié)果與嵌套全通濾波器H9的輸出在輸出加法器Add2中相加，得到音頻混響信號并輸出。全通濾波器H7的輸出加到第五加法器Add5之前可經(jīng)過0.34的增益；嵌套全通濾波器H8和H9的輸出加到第五加法器Add5、輸出加法器Add2之前分別經(jīng)過0.14的增益。
本數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)中使用的低通濾波器的可選擇截止頻率為2600Hz。低通濾波器的輸出可選擇地計算如下Y[n]＝(X[n]+X[n-1]+4.3371*Y[n-1])*0.1578本數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)對音頻信號的處理、數(shù)組X的移動操作和輸出計算與小房間所用的音頻混響模擬系統(tǒng)基本上是相同的，因此，在此省略了。
在本發(fā)明中，小房間指的是面積在8-15平米，中房間指的是面積在15-30平米，大房間指的是面積在30平米以上。
在本發(fā)明的具體實施方式
和附圖中所涉及的數(shù)值如延遲，反饋因子和增益等僅僅是一個例子，各個嵌套全通濾波器和全通濾波器的反饋因子g可以在0.1-0.7之間選擇，增大反饋因子g可以增加混響時間，減小反饋因子g可以減小混響時間。全通濾波器的延時根據(jù)房間面積及反射等因素進行選擇，一般在5-100ms之間。低通濾波器為一階的IIR濾波器，截止頻率在2KHz-5KHz，其增益為0.2-0.8之間。調(diào)整低通濾波器LPF的截止頻率和的增益可以模擬不同的反射系數(shù)。當(dāng)墻壁的反射系數(shù)增大時，可以增加低通濾波器LPF的截止頻率以及反饋增益，反之，當(dāng)反射系數(shù)減少時，可以減小LPF的截止頻率和反饋增益。根據(jù)本發(fā)明，在具體實施例中使用的全通濾波器和嵌套全通濾波器及其內(nèi)嵌套的全通濾波器的數(shù)量也是可以根據(jù)音頻混響效果的要求進行增減。本發(fā)明的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)使用了全通濾波器的嵌套和級聯(lián)，可以從任一個全通濾波器或嵌套全通濾波器的端點輸出并進行相加，這些濾波器可以有較高的混響密度，可以較好的模擬真實聲場中的混響。這些濾波器可以用很小的計算量在DSP(數(shù)字信號處理器)中實現(xiàn)，與虛擬3D音頻技術(shù)結(jié)合起來可以更好得模擬真實聲場中的音頻情況。
以上結(jié)合附圖對不同面積的房間所使用的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)的具體實施例進行了詳細的說明，但是，這些詳細說明僅僅是說明性的，而不是用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)這些實施例的教導(dǎo)，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行修改、變化或替換。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，包括一個或級聯(lián)的多個濾波器，其中至少一個濾波器為嵌套全通濾波器；一個低通濾波器，用于將所述濾波器中最后一個濾波器輸出的信號反饋到該音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端；輸入加法器，用于相加輸入信號和通過該低通濾波器反饋的信號；輸出加法器，用于相加濾波器輸出的信號和輸出音頻混響信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器還包括一個或多個全通濾波器，所述全通濾波器之間、全通濾波器與嵌套全通濾波器之間相互級聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述嵌套全通濾波器有多個，它們相互級聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述嵌套全通濾波器內(nèi)嵌套一個或多個全通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述低通濾波器的輸出端設(shè)置有增益，所述全通濾波器或嵌套全通濾波器的輸出端設(shè)置有增益。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述嵌套全通濾波器和全通濾波器的反饋因子在0.1-0.7之間選擇，延時在5-100ms之間選擇；所述低通濾波器為一階的無限沖擊響應(yīng)濾波器，其截止頻率在2KHz-5KHz，其增益為0.2-0.8之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于所述嵌套全通濾波器內(nèi)嵌套的全通濾波器的延時之和小于所述嵌套全通濾波器的延時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)，其特征在于還包括第三加法器，用于相加所述嵌套全通濾波器的輸出和所述全通濾波器的輸出；第五加法器，用于相加所述全通濾波器的輸出和所述嵌套全通濾波器的輸出。
9.一種數(shù)字音頻混響模擬方法，包括步驟一，根據(jù)總體延遲時間和采樣率，計算樣值點數(shù)量，從而獲得各個樣值點位置值，該樣值點包括輸入點以及一個或級聯(lián)的多個濾波器的輸入和輸出端點，所述的濾波器中至少一個是嵌套全通濾波器；步驟二，自輸入端輸入一個樣值點的不帶混響的音頻信號；步驟三，按照時間順序，依次計算和存儲各樣值點位置上經(jīng)過延遲或級聯(lián)的一個或多個濾波器濾波處理后的中間值；步驟四，上述濾波器中最后一個濾波器的輸出通過低通濾波器反饋給輸入端；步驟五，將上述級聯(lián)的濾波器中的不同濾波器的輸出進行相加，得到音頻混響輸出；步驟六，一個采樣周期之后，將所存儲的中間值按時間順序進行移動操作，即以后一級延遲或濾波處理后的樣值點位置上的中間值取代前一級延遲或濾波處理后樣值點位置上的中間值；步驟七，如果該樣值點不是待輸入的不帶混響的音頻信號的所有樣值點中的最后一個，則返回步驟二，輸入下一個樣值點的不帶混響的音頻信號；否則結(jié)束整個數(shù)字音頻混響模擬處理過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的數(shù)字音頻混響模擬方法，其特征在于所述步驟六中的移動操作是移動樣值點位置中的輸入點位置以及各個濾波器的端點位置，即將當(dāng)前輸入點位置值或端點位置值減1作為該輸入點或端點的新的位置值，當(dāng)該新的位置值小于0時，以當(dāng)前輸入點位置值或端點位置值與樣值點數(shù)量之和作為該輸入點或端點的新的位置值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的數(shù)字音頻混響模擬方法，其特征在于上述步驟四還包括將低通濾波器的輸出乘以一個預(yù)先設(shè)定的增益因子的步驟；上述步驟五包括不同的濾波器的輸出分別與預(yù)先設(shè)定的增益因子相乘的步驟。
全文摘要
一種數(shù)字音頻混響模擬系統(tǒng)包括一個或級聯(lián)的多個全通濾波器，其中至少一個是嵌套全通濾波器；一個低通濾波器，用于將所述濾波器中最后一個濾波器輸出的信號反饋到該音頻混響模擬系統(tǒng)的輸入端；輸入加法器，用于相加輸入信號和通過該低通濾波器反饋的信號；輸出加法器，用于相加濾波器輸出的信號和輸出音頻混響信號。本發(fā)明針對不同的房間提出不同的濾波器組成方案，有效地模擬不同面積房間的音頻混響效果。由于使用全通濾波器的嵌套和級聯(lián)，從不同濾波器的端點輸出并進行相加，可具有多種混響模式，這些濾波器有較高的混響密度，較好的模擬真實聲場中的混響。
文檔編號G10K15/12GK1719512SQ200510084209
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者林中松, 懷千江 申請人:北京中星微電子有限公司