人工混响算法.doc

人工混响算法工程人工混响算法?论文?!"#李承智$%(北京大学信息科学中心视觉与听觉国家重点实验室,北京#"""%#)&’($【摘要】详细介绍了人工混响的常用算法及其特点,并用&’()’*在微机上对各种算法进行’))了仿真,取得了很好的效果。最后提出了算法的改进方向。*【关键字】混响时间;梳状滤波器;全通滤波器$’【"#$%&’$】+,-./’/01/(.3’1-*01’(-42’)641-(,7.-280(’-)9:28(,0-7/)0702;!((’(-424<(,’)641-(,7.-2(,0&’()’*/1461’77-26023-142702(-.’).4*0/(08【】;;+%#1030101(-42(-0=4<-)(01))<-)(01()*,-*’77*’/’..直达声是声波不经过任何障碍物直接到达人引言#耳的那部分,其传播路径较短,所以能量损失少,幅混响在人们生活中是一种常见的声学现象。无度很强;前期反射是由一次或几次反射的声波所组论是在大教室里听课,还是在音乐厅里欣赏音乐,成,此时声波的谱线离散,能量由于声波与物体碰人们都会明显感觉到混响声音的存在。混响的形成撞有所减少;后期混响是由声波经过了多次反射叠很简单,在某一声学环境下,一个声源除了直接到加在一起造成的,声波能量呈指数递减,此时的谱达人耳外,还有一部分要通过人体周围的障碍物反线不再离散,而成为连续谱。射到人耳,直达声和反射声叠加在一起就形成了混混响中一个重要的概念就是混响时间。混响时响。只要在人体周围有障碍物(比如办公室的墙壁,是指当声源在房间停止发声后,残余声能在房间!街道上建筑物的墙壁等)的存在就会发生混响。间内往复反射,经吸声材料吸收,其声能密度下降一个房间的混响特性可以通过测量这个房间为原有数值的百万分之一所需的时间,或者说房间的冲击响应得到,如图#所示。A!B内声能密度衰变?8@所需的时间"图#的冲击响应可以简化为>个部分,如图!所示。9#?>""C(赛宾公式)!?"#!其中,!为混响时间,#为房间内总表面积,"为房?"间的总容量,!为房间内表面的平均吸声系数。从上面公式可以看出,房间的大小和房间墙壁所使用的材料都直接影响着混响时间。另外房间对声波的吸收与频率有关,因此混响时间也随着频率的改变而变化。一般来说高频容易被吸收,混响时间会随着频率的升高而降低。!混响算法早期的混响算法是由贝尔实验室的D=140801,提出的,此算法包括了梳状滤波器和全通滤波器,这个数字滤波器也是现在混响算法的基础。后来!E01=40提出了嵌套全通滤波器的概念,并被F+媒&体实验室的@-))G18201成功地运用在自己的混响’A>B算法中。声频!"#梳状滤波器由频谱图可以看出,全通滤波器的频响是一个工常数,这样就不会产生染色现象。但是单个全通滤梳状滤波器是一个频谱呈现梳状的%%&滤波程器。它的构成、冲击响应、频率响应和零极图如图’波器回声密度仍然不高,这就需要将多个全通滤波!所示。"器串联在一起以得到更高的回声密度。因为每一个#滤波器频谱都是全通的,所以串联在一起后整体频$%响仍然是全通的。在对混响效果要求不高的情况下&就可以使用这种串联的滤波器。’(!"$嵌套全通滤波器$’))与串联滤波器不同,嵌套全通滤波器是将多个全通滤波器由里向外嵌套在一起,如图0所示。*$’(!(")为一个普通的全通滤波器,或者普通的全通滤波器加上一些延迟,而且还可以是一个嵌套滤波器。!(#)和$(#)的表达式如下从梳状滤波器的冲击响应中可以看出,其幅度的衰减呈指数性分布,这是与实际的房屋冲击响应!(#)2!(#)1特性一致的。但是滤波器回声密度比较低,而且它!(#).不随时间的增长而增长,这是与实际不相符的。另34!(#)5!(#).2$(#)1外它的频谱特性呈现周期状,会使处理后的声音有!(#)3%!(#),即不同频率成份削减不相同,这当!(#)为单个全通滤波器时称为单嵌套全通很容易产生金属声,听起来非常不自然。滤波器,当!(#)为单嵌套全通滤波器时叫做双嵌套"全通滤波器!!全通滤波器。这!个滤波器将在67+.2-+设计的复为了克服梳状滤波器所出现的问题,()*+,--+.杂滤波器中用到。又设计出了全通滤波器。全通滤波器的构成,冲击嵌套全通滤波器与串联式全通滤波器相比,最响应,频率响应和零极图如图所示。/大的优势在于它的冲击响应更具真实性。图8是双嵌套全通滤波器和三级串联滤波器的冲击响应图。由冲击响应图可以看出,嵌套全通滤波器的冲《电声技术》!""!年第#"期总第!"$期声频!=>:;<-*(",#,$)击响应不再是一种混响模式的重复,而是多种混响工模式的重复。混响模式越多,回声密度也就越大,这应用以上算法,作者对)*+-*滤