虛擬低音的實(shí)現(xiàn)原理及驗(yàn)證方案VIP

虛擬低音的實(shí)現(xiàn)原理及驗(yàn)證方案背景和理論原理:在當(dāng)前手持設(shè)備或其他消費(fèi)電子設(shè)備中，由于體積和外形的要求，作為發(fā)聲的喇叭尺寸受到了極大限制，，無法給消費(fèi)者提供更高要求的享受.在人耳的研究中發(fā)現(xiàn)，人可以對兩個高音的差頻產(chǎn)生響應(yīng)，給了聽覺上造成低音的感覺，這就是所謂的虛擬低音.實(shí)現(xiàn)算法框圖圖1其中諧波發(fā)生器和增益控制器的框圖采用MAXBASS公布的算法：如圖2圖2這里我們可以看出我們需要做的就是:提取低音信號和高音信號，需要設(shè)計一個高通和低通濾波器，低通濾波器來提取低音信號，高通濾波器來提取高音信號，低通濾波器的截止頻率為揚(yáng)聲器的截止頻率，在demo的時候我們做成固定的100HZ.諧波發(fā)生器.混頻器.濾波器濾波器我們采用matlab的FDATOOL工具來實(shí)現(xiàn)，然后可以根據(jù)工具生成的系數(shù)，根據(jù)濾波器的結(jié)構(gòu)采用matlab語言自己編寫.濾波器可以看見的總共有4個，輸入高低濾波的濾波器HPF-IN和LPF-IN，這兩個濾波器的功率互補(bǔ)的.HPF-OUT和HPF-IN是一樣的.HPF-FB是反饋回路高通濾波器.上圖可知，上面提到的4個濾波器的截止頻率都是可調(diào)的.這里需要注意.一開始我們可以做成頻率固定的，因?yàn)槲覀兛赡懿⒉粫龀蒊C的形式，因此可以在軟件中隨時調(diào)整截止頻率.自動幅度控制模塊:上圖為等響度曲線圖，我們可以看出不同的頻率，，即升壓變化/響度變化的值R.在頻率為20~700hz，響度為20-80方內(nèi):R的值可以近似為:保持諧波響度對聲壓級的動態(tài)特性于基頻處一致對于還原虛擬低音的響度和音色十分重要.RR(f，n)定義如下.從上式看出，RR(f，n)和ln(n)及R(f)成正比.而f又同R(f)基本成反比.根據(jù)定義得知，我們需要諧波的幅度和基波幅度的比值應(yīng)該為RR(f，n)Enf=Ef*RR(f，n);而經(jīng)過混頻器后，，很明顯這個系數(shù)和諧波次數(shù)和基頻頻率相關(guān)，這將引入計算和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，在這里我們需要簡化.我們知道，聲強(qiáng)主要有主諧波決定，通過計算我們得出系數(shù)近似H=A0^K;K大概為0.64.A0是輸入信號的幅度.A0^K次我們可以采用擬合函數(shù)擬合.包絡(luò)檢測:包絡(luò)檢測我們可以用濾波器的方法，也可以用普通的包絡(luò)檢測算法.這里我們采用普通的包絡(luò)檢測算法，包絡(luò)這里其實(shí)就是峰值檢測，算法如下:當(dāng)|x(n)|<xpeak(n-1)時:當(dāng)|x(n)|>xpeak(n-1)其中:這里ta，tr是兩個時間常數(shù)，分別含義是跟進(jìn)峰值時間，和峰值釋放時間，，tr=200ms.單位為毫秒ms.ts是采樣時間.單位為秒s.混音算法高音和低音的諧波相加，這里應(yīng)該需要混音的算法，目前混音的算法有線性相加等算法，我們到時可以根據(jù)效果采用一個.總結(jié)一下我對混音算法的學(xué)習(xí)，大概有以下幾種方式：1.直接加和2.加和后再除以混音通道數(shù)，防止溢出3.加和并箝位，如有溢出就設(shè)最大值4.飽和處理，接近最大值時進(jìn)行扭曲5.歸一化處理，全部乘個系數(shù)，使幅值歸一化。（只適用于文件）6.衰減因子法，用衰減因子限制幅值。具體采用那種方法，我們可以到時根據(jù)效果來調(diào)整.難度分析:從上面看，我們目前的難度主要在濾波器的設(shè)計，尤其是功率互補(bǔ)的兩個濾波器的設(shè)計，我們在這方面并沒有經(jīng)驗(yàn)，濾波器的設(shè)計需要很扎實(shí)的信號處理，數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)，而這方面一般都是工程人員的弱項(xiàng)，需要學(xué)習(xí)，查閱一些書籍，資料來加強(qiáng).這幾個濾波器要在滿足性能的同時，盡量減少階數(shù)，以便易于實(shí)現(xiàn)，做到實(shí)時在DSP等器件里完成.最好一般不要超過6階.具體實(shí)施:首先我們選取一段音頻，最好有比較豐富的低音的.音樂時間可以在10秒以內(nèi).直接在提取其中一個聲道.而且低音基音頻率是不變的.提取基音部分模塊諧波生成部分模塊.仿真以及耳機(jī)輸出那邊聽效果.工作分工1.鄧益群:2.魏乃科:3.施建華:聲所:協(xié)助測試及參數(shù)調(diào)整.時間表時間施建華鄧益群，濮怡穎魏乃科學(xué)習(xí)閱讀技術(shù)文章，了解音頻技術(shù)，學(xué)習(xí)閱讀技術(shù)文章，了解音頻技術(shù)，信號處理技術(shù).學(xué)習(xí)閱讀技術(shù)文章，了解音頻技術(shù)，信號處理技術(shù).尋找一段5秒鐘左右的音頻.特點(diǎn):低音比較豐富，低音的基頻不變.建立一個可