CN102436805B - 一种混响器及混响方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混响器，该混响器的特点是将延时混响器和回声混响器合并成一个来实现，共用一个延时模块和衰减模块，达到节省内存空间的目的。本发明中的混响器包括：衰减模块，对输入信号执行衰减后输出给第二合成模块；第一合成模块，将输入信号和第二合成模块输出的信号混合后输出给延时衰减模块；延时衰减模块，对第一合成模块输出的信号延时预设时间、再执行衰减后输出给第二合成模块；第二合成模块，将延时衰减模块输出的信号和衰减模块输出的信号混合，输出给第一合成模块。

Description

一种混响器及混响方法

技术领域

本发明涉及混响技术，特别涉及一种混响器及混响方法。

背景技术

在播放音乐时，混响音效是模拟声音发出后经过房间内各墙面反射回来、然后再和当前声音叠加在一起时的声音效果，通常会使用混响器来实现混响音效，延时混响和回声混响是混响器中重要且不能缺少的功能。

延时混响就是对输入信号做一定时间的延时、然后再叠加输入信号。图1为现有技术混响器中的延时混响电路图，该电路包括：第一衰减模块11、第二衰减模块12、延时模块13和合成模块14。输入信号分别输入第一衰减模块11和延时模块13，其中延时模块13将输入信号延时预设时间后输出到第二衰减模块12，第二衰减模块12对延时模块13的输出信号执行衰减后输出到合成模块14；第一衰减模块11对输入信号执行衰减后输出到合成模块14。合成模块14将接收到的两路信号相加，得到混响输出信号。

图1所示电路的等效公式为y[n]＝(1-g)*x[n]+g*x[n-M]，其中x[n]为输入信号，y[n]为混响输出信号，g1为第一衰减模块11的衰减系数，g2为第二衰减模块12的衰减系数，g1和g2从0到1之间取值，M为延时模块13的延时系数。

图2为现有技术混响器中的回声混响电路图，该电路包括：衰减模块21、延时模块22和合成模块23。输入信号输入合成模块23后直接输出到延时模块22，延时模块22对输入信号延时预设时间后输出到衰减模块21，衰减模块21对延时模块22输出的信号执行衰减后输出到合成模块23，合成模块将输入信号和衰减模块21输出的信号相加，得到混响输出信号。

图2所示电路的等效公式为y[n]＝x[n]+g*y[n-M]，其中x[n]为输入信号，y[n]为合成模块23输出的信号，y[n]在不同的阶段可能指直接输出的输入信号，也可能指混响输出信号，g为衰减模块21的衰减系数，g从0到1之间取值，M为延时模块22的延时系数。

现有技术中的混响器一般都是将图1及图2所示的混响电路进行串联或并联，例如图3为现有技术混响器的内部结构示意图，将延时混响电路和回声混响电路进行了串联，由于每个混响电路中都具有一个延时模块，混响器中将具有多个延时模块，而每个延时模块都对内存的需求较大，是较大面积的单独电路，例如，假设一个延时模块的参数为采样率16k、单声道下最大延时预设时间为200毫秒，则这个延时模块需要的内存空间为6.4k字节。

发明内容

本发明提供一种混响器，该混响器将延时混响器和回声混响器合并成一个来实现，共用一个延时模块和衰减模块，达到节省内存空间的目的。

本发明提供一种上述混响器的混响方法，使用该混响方法对内存的需求较小。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种混响器，关键在于，该混响器包括：

衰减模块，对输入信号执行衰减后输出给第二合成模块；

第一合成模块，混合输入信号和第二合成模块输出的信号，输出给延时衰减模块；

延时衰减模块，对第一合成模块输出的信号延时预设时间、再执行衰减后输出给第二合成模块；

第二合成模块，混合延时衰减模块输出的信号和衰减模块输出的信号后输出。

一种上述混响器的混响方法，关键在于，该方法包括：

A、衰减模块对输入信号执行衰减后得到第一信号；

B、第一合成模块将输入信号和当前混响输出信号混合为第二信号；

C、延时衰减模块对所述第二信号延时预设时间、及执行衰减后得到第三信号；

D、第二合成模块将所述第一信号和所述第三信号混合后得到当前混响输出信号，返回执行步骤A。

可见，本发明中混响器的结构使得输入信号进行延时混响和回声混响，对比图3，本发明混响器相当于使图3中所示的两个衰减模块的衰减系数相等，将图3所示的两个延时模块合并成了一个，省去了一个延时模块和一个衰减模块，节省了内存空间。

附图说明

图1为现有技术混响器中的延时混响电路图；

图2为现有技术混响器中的回声混响电路图；

图3为现有技术混响器的内部结构示意图；

图4为本发明中混响器的结构示意图；

图5为本发明第一实施例中混响器的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中混响器的结构示意图；

图7为本发明第三实施例中混响器的结构示意图；

图8为本发明中混响器的混响方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

图4为本发明中混响器的结构示意图，该混响器包括：衰减模块、第一合成模块、第二合成模块和延时衰减模块。

上述衰减模块，对输入信号执行衰减后输出给第二合成模块。

上述第一合成模块，混合输入信号和第二合成模块输出的信号，输出给延时衰减模块。

上述延时衰减模块，对第一合成模块输出的信号延时预设时间、并执行衰减后输出给第二合成模块。

上述第二合成模块，混合延时衰减模块输出的信号和衰减模块输出的信号后输出。

本发明中混响器的结构使得输入信号进行延时混响和回声混响，对比图3，本发明混响器相当于使图3中所示的两个衰减模块的衰减系数相等，将图3所示的两个延时模块合并成了一个，省去了一个延时模块和一个衰减模块，节省了内存空间。

下面给出本发明混响器的三个实施例，在这些实施例中举出了一些上述第一合成模块、第二合成模块、衰减模块和延时衰减模块的具体实现方式，但这些实现方式仅为一种具体的举例，并不排除其他可能性。

实施例一

图5为本发明第一实施例中混响器的结构示意图，在该混响器中，第一合成模块51由加法器实现，第二合成模块52由加法器实现，衰减模块53由乘法器实现，延时衰减模块54中包括延时单元541和衰减单元542，其中衰减单元542由乘法器实现。

第一合成模块51，将输入信号和第二合成模块52输出的信号混合后输出给延时衰减模块54中的延时单元541。

延时单元541，对第一合成模块51输出的信号分别延时预设时间后输出给自身所在模块中的衰减单元542。本实施例中的延时单元541，其内部可以包括存储器、控制电路和数/模转换电路，其中控制电路控制存储器接收数据、存储和释放数据的方式；数/模转换电路将输入存储器的模拟信号转换为数字信号，或将输出存储器的信号转换为模拟信号。上述存储器、控制电路和数/模转换电路，是本领域技术人员根据公知常识可以实现，这里不再详述其原理，当然除了这种实现方式，延时单元541还有其他的实现方式。

衰减单元542，对延时单元541输出的信号执行衰减后输出给第二合成模块52。

第二合成模块52，混合衰减模块53输出的信号和延时衰减模块54中的衰减单元542输出的信号后输出。

如果设输入信号为x[n]、第二合成模块52输出信号为y[n]、衰减模块53的衰减系数为g1，延时单元541的延时系数为M，衰减单元542的衰减系数为g2，合成模块内的加法器都为做加法运算，则图4所示混响器的等效公式为y[n]＝g1*x[n]+g2*y′[n-M]，y′＝x+y。

以混响器针对当前输入信号初次执行操作为例，本实施例中的混响器的工作过程如下：

①输入信号分两路分别输入衰减模块53和第一合成模块51；

②衰减模块53对输入信号执行衰减后输出给第二合成模块52；

③第二合成模块52混合衰减模块53输出的信号和延时衰减模块54中的衰减单元542输出信号，输出给第一合成模块51；由于是针对输入信号的初次执行，这里相当于将衰减模块53输出的信号与零信号混合后输出；

④第一合成模块51将输入信号与第二合成模块52输出的信号混合后输出给延时衰减模块54中的延时单元541；

⑤延时衰减模块54中的延时单元541对第二合成模块52输出的信号延时预设时间，延时衰减模块54中的衰减单元542对延时单元541输出的信号执行衰减后输出给第二合成模块52；

⑥第二合成模块52将衰减模块53输出的信号、及延时衰减模块54中的衰减单元542输出的两个信号混合后输出。

混响器后续不断执行上述①-⑥中的工作过程，假如在没有新的输入信号时，信号在回路中不断循环，但每次都逐渐衰减，最后就会衰减到零信号，由此该混响器的使用者听到的声音是原始声音与数次混响声音的叠加。

实施例二

图6为本发明第二实施例中混响器的结构示意图，在该混响器中，衰减模块53由乘法器实现，第一合成模块51包括加法器511、第一开关512和第二开关513实现，第二合成模块52由加法器实现，延时衰减模块54中包括延时单元541和衰减单元542，其中衰减单元542由乘法器实现。

第一合成模块51中的加法器511通过第一开关512接收输入信号，通过第二开关513接收第二合成模块52输出的信号，将输入信号和第二合成模块输出的信号混合后输出。

延时衰减模块54中的延时单元541和衰减单元542、及第二合成模块52的功能与实施例一的均相同，这里不再赘述。

如果设输入信号为x[n]、第二合成模块52输出信号为y[n]、衰减模块53的衰减系数为g1，延时衰减模块54的延时系数为M、衰减系数为g2、第一开关512的开关变量为k1、第二开关513的开关变量为k2，其中k1和k2的取值为0或1，合成模块内的加法器都为做加法运算，则图5所示混响器的等效公式为y[n]＝g1*x[n]+g2*y′[n-M]，y′＝k1*x+k2*y。

本实施例中混响器的工作过程分为以下几种情况：

①在第一开关512和第二开关513均闭合时，工作过程与实施例一中描述的完全相同；

②在第一开关512闭合、第二开关513打开时，第一合成模块51中的加法器仅执行将输入信号直接发送给延时单元541的功能，其他工作过程与实施例一中描述的相同，这时相当于只进行延时混响；

③在第一开关512打开、第二开关513闭合时，第一合成模块51中的加法器仅执行将第二合成模块52输出的信号直接发送给延时单元541的功能，其他工作过程与实施例一中描述的相同，这时相当于只进行回声混响。

④在第一开关512和第二开关513均打开时，延时混响和回声混响均不执行，输入信号经过衰减模块53后直接输出。

本实施例适用于用户对混响效果有不同的需求时，通过第一开关和第二开关来选择不同的混响效果。

实施例三

图7为本发明第三实施例中混响器的结构示意图，在该混响器中，衰减模块53由乘法器实现，第一合成模块51包括加法器511、第一开关512和第二开关513，第二合成模块52由加法器实现，延时衰减模块54中包括多级延时衰减单元。

本实施例中第一合成模块51中的加法器511、第一开关512和第二开关513，及第二合成模块52均和实施例二中描述的相同，这里不再赘述。

第一级延时衰减单元包括延时子单元和衰减子单元，其中延时子单元对第一合成模块51中的加法器511输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元的延时子单元输出的信号执行衰减后输出给下一级延时衰减单元。

除第一级延时衰减单元外的其他延时衰减单元包括延时子单元、衰减子单元和加法器。

在第二级延时衰减单元中，延时子单元对上一级延时衰减单元的延时子单元输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元的延时子单元输出的信号执行衰减后输出，加法器将本级延时衰减单元的衰减子单元输出的信号和上一级延时衰减单元的衰减子单元输出的信号混合后输出给下一级延时衰减单元。

在最后一级延时衰减单元中，延时单元对上一级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号再次延时预设时间，衰减单元对本级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号执行衰减，加法器将本次延时衰减单元中的衰减子单元输出的信号与上一级延时衰减单元中的加法器输出的信号混合后输出。

在除第一级、第二级和最后一级延时衰减单元外的其他延时衰减单元中，延时子单元对上一级延时衰减单元的延时子单元输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元的延时子单元输出的信号执行衰减后输出，加法器将本级延时衰减单元的衰减子单元输出的信号和上一级延时衰减单元的加法器输出的信号混合后输出给下一级延时衰减单元。

每级延时衰减单元中的衰减子单元使用的衰减系数、及延时子单元使用的延时系数可以根据应用需要任意设置，设置成完全相同、或部分相同、或全部不相同均可。

本实施例中每级延时衰减单元中的延时子单元，都可以像实施例一中的延时单元541那样用乘法器实现，这里不再详述。

本实施例中，在延时衰减模块54中设置多级延时衰减单元，获得更丰富多样的混响结果。

如果设输入信号为x[n]、第二合成模块52输出信号为y[n]、衰减模块53的衰减系数为g1、第一开关512的开关变量为k1、第二开关513的开关变量为k2，其中k1和k2的取值为0或1，合成模块内的加法器都为做加法运算。设在延时衰减模块54中，每一级延时衰减单元的累加延时系数依次为M1、M2、......、Mn，每一级延时衰减单元的衰减系数依次为g2(1)、g2(2)......、g(n)。图7所示混响器的等效公式为：

y[n]＝g1*x[n]+g2(1)*y′[n-M1]+g2(2)*y′[n-M2]+...+g2(n)*y′[n-Mn]，该公式中的y′＝k1*x+k2*y。

在本发明实施例中，加法器代表包含具有加法功能的电路或器件，乘法器代表包含具有乘法功能的电路或器件。

本发明还提供一种混响器的混响方法，图8为该方法的流程图，该流程包括：

步骤801：衰减模块对输入信号执行衰减后得到第一信号。

步骤802：第一合成模块将输入信号和当前混响输出信号混合为第二信号。

步骤803：延时衰减模块对所述第二信号延时预设时间、及执行衰减后得到第三信号。

步骤804：第二合成模块将所述第一信号和所述第三信号混合后得到当前混响输出信号，返回执行步骤801。

依照本发明混响器的混响方法，可以对输入信号进行延时混响和回声混响后输出，并且在针对输入信号的每一次混响处理中延时操作仅执行一次，也就是说混响器中有一个延时功能的模块就能够完成操作，和现有技术混响器中多个延时模块的情况相比，将节省内存。

如前文所述的那样，第一合成模块中包括第一开关、第二开关和加法器，这时上述步骤802具体包括如下过程：

判断所述第一开关和第二开关的状态，当所述第一开关闭合、第二开关打开时，所述加法器将输入信号作为所述第二信号；当所述第一开关打开、第二开关闭合时，所述加法器将当前混响输出信号作为所述第二信号；当所述第一开关和第二开关均闭合时，所述加法器将将输入信号和当前混响输出信号混合为第二信号；当所述第一开关和第二开关均打开时，所述加法器直接输出所述第一信号后结束流程。

如前文所述的那样，延时衰减模块中可以包括多级延时衰减单元，这时上述步骤803可以由多级延时衰减操作来实现，以获得更丰富多样的混响效果，具体包括如下过程：

第一级延时衰减单元将所述第二信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，并对本级延时后的信号执行衰减后输出给下一级延时衰减单元；

第二级延时衰减单元对第一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，对本级延时后的信号执行衰减、并将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元衰减后的信号混合，再输出给下一级延时衰减单元；

最后一级延时衰减单元对上一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间、并执行衰减，将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元混合后的信号再进行混合，得到所述第三信号；

除第一级、第二级和最后一级延时衰减单元外的其他级延时衰减单元，对上一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，对本级延时后的信号执行衰减、并将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元混合后的信号再进行混合后输出给下一级延时衰减单元。

本发明混响器中的各个模块，既可以是物理结构，也可以通过软件编程按照物理结构的等效公式实现。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混响器，其特征在于，该混响器包括：

衰减模块，对输入信号执行衰减后输出给第二合成模块；

第一合成模块，混合输入信号和第二合成模块输出的信号，输出给延时衰减模块；

延时衰减模块，对第一合成模块输出的信号延时预设时间、再执行衰减后输出给第二合成模块；

第二合成模块，混合延时衰减模块输出的信号和衰减模块输出的信号后输出。

2.如权利要求1所述的混响器，其特征在于，所述衰减模块为乘法器，所述第一合成模块为加法器，所述第二合成模块为加法器。

3.如权利要求1所述的混响器，其特征在于，所述第一合成模块包括：第一开关、第二开关和加法器；所述第二合成模块为加法器，所述衰减模块为乘法器；

所述第一合成模块中的加法器通过所述第一开关接收输入信号，通过所述第二开关接收所述第二合成模块输出的信号，将输入信号和第二合成模块输出的信号混合后输出给延时衰减模块。

4.如权利要求2或3所述的混响器，其特征在于，所述延时衰减模块包括：延时单元和衰减单元；

所述延时单元，将所述第一合成模块输出的信号延时预设时间后输出给衰减单元；

所述衰减单元，对所述延时单元输出的信号执行衰减后输出给第二合成模块。

5.如权利要求4所述的混响器，其特征在于，所述衰减单元为乘法器。

6.如权利要求2或3所述的混响器，其特征在于，所述延时衰减模块包括多级延时衰减单元，其中第一级延时衰减单元包括延时子单元和衰减子单元，除第一级延时衰减单元外的其他级延时衰减单元包括延时子单元、衰减子单元和加法器；

在第一级延时衰减单元中，延时子单元对所述第一合成模块中的加法器输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号执行衰减后输出给下一级延时衰减单元；

在第二级延时衰减单元中，延时子单元对上一级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号执行衰减后输出，加法器将本级延时衰减单元中的衰减子单元输出的信号和上一级延时衰减单元中的衰减子单元输出的信号混合后输出给下一级延时衰减单元；

在最后一级延时衰减单元中，延时单元对上一级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号延时预设时间后输出，衰减单元对本级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号执行衰减后输出，加法器将本次延时衰减单元中的衰减子单元输出的信号与上一级延时衰减单元中的加法器输出的信号混合后输出给第二合成模块；

在除第一级、第二级和最后一级延时衰减单元外的其他级延时衰减单元中，延时子单元对上一级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号延时预设时间后输出，衰减子单元对本级延时衰减单元中的延时子单元输出的信号执行衰减后输出，加法器将本级延时衰减单元中的衰减子单元输出的信号和上一级延时衰减单元中的加法器输出的信号混合后输出到下一级延时衰减单元。

7.如权利要求6所述的混响器，其特征在于，所述衰减子单元为乘法器。

8.一种如权利要求1所述混响器的混响方法，其特征在于，该方法包括：

A、衰减模块对输入信号执行衰减后得到第一信号；

B、第一合成模块将输入信号和当前混响输出信号混合为第二信号；

C、延时衰减模块对所述第二信号延时预设时间、及执行衰减后得到第三信号；

D、第二合成模块将所述第一信号和所述第三信号混合后得到当前混响输出信号，返回执行步骤A。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一合成模块中包括第一开关、第二开关和加法器；

所述步骤B包括：

判断所述第一开关和第二开关的状态，当所述第一开关闭合、第二开关打开时，所述加法器将输入信号作为所述第二信号；当所述第一开关打开、第二开关闭合时，所述加法器将当前混响输出信号作为所述第二信号；当所述第一开关和第二开关均闭合时，所述加法器将输入信号和当前混响输出信号混合为第二信号；当所述第一开关和第二开关均打开时，所述加法器直接输出所述第一信号后结束流程。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述延时衰减模块中包括多级延时衰减单元；所述步骤C中包括：

第一级延时衰减单元将所述第二信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，并对本级延时后的信号执行衰减后输出给下一级延时衰减单元；

第二级延时衰减单元对第一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，对本级延时后的信号执行衰减、并将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元衰减后的信号混合，再输出给下一级延时衰减单元；

最后一级延时衰减单元对上一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间、并执行衰减，将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元混合后的信号再进行混合，得到所述第三信号；

除第一级、第二级和最后一级延时衰减单元外的其他级延时衰减单元，对上一级延时衰减单元延时后的信号延时预设时间后输出给下一级延时衰减单元，对本级延时后的信号执行衰减、并将本级衰减后的信号与上一级延时衰减单元混合后的信号再进行混合后输出给下一级延时衰减单元。

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