CN112820256A - 基于改进的反馈延时网络的混响方法及系统 - Google Patents

基于改进的反馈延时网络的混响方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于改进的反馈延时网络的混响方法及系统，本发明的方法包括：获取麦克风拾音信号x(n)；将信号x(n)经过延时得到预延时信号x_pre(n)；对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号；选取反馈延时网络的任意一路反馈信号作为反馈延时网络的输出信号，该输出信号依次经过多个全通滤波器得到混响信号；将得到的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。本发明能够提高混响效果。

Description

基于改进的反馈延时网络的混响方法及系统
技术领域
本发明属于音频信号处理技术领域，具体涉及基于改进的反馈延时网络的混响方法及系统。
背景技术
混响作为一个很常见的声学现象，一种自然的声学效果，在任何一个带反射面的空间都会有混响，而人工混响就是模拟这种自然的物理现象，在音乐的后期处理和卡拉OK等场景作为对声音的润色。
人工混响是一个很复杂的工程，它涉及的因素特别多，因而要得到一个好的效果难度特别大。卡拉OK中使用中，很多混响器的使用往往需要专业级别的调音才有好的效果，传统的人工混响往往会出现密度不够或者声音不够自然，不能真实的模拟房间的混响效果，混响效果差。
发明内容
为了解决现有人工混响技术混响效果差的技术问题，本发明提供了一种基于改进的反馈延时网络的混响方法。本发明通过在反馈延时网络中的每一路延时线中增加全通滤波器对声音进行调节，能够获得更加自然的混响效果。
本发明通过下述技术方案实现：
基于改进的反馈延时网络的混响方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取麦克风拾音信号x(n)；
步骤S2，将信号x(n)经过延时得到预延时信号x_pre(n)；
步骤S3，对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；
步骤S4，对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号；
步骤S5，选取反馈延时网络的任意一路反馈信号作为反馈延时网络的输出信号，该输出信号依次经过多个全通滤波器得到混响信号；
步骤S6，将得到的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。
优选的，本发明的步骤S3得到的反馈延时网络的输入信号为：
Figure BDA0002897977330000021
式中，
Figure BDA0002897977330000022
为反馈延时网络的输入信号矩阵，
Figure BDA0002897977330000023
为反馈延时网络的全通滤波系数矩阵，
Figure BDA0002897977330000024
为反馈延时网络的反馈信号矩阵。
优选的，本发明的反馈延时网络的全通滤波系数通过下式计算得到：
Figure BDA0002897977330000025
式中，A1表示第1延时线延时；A2表示第2延时线延时；A3表示第3延时线延时；A4表示第4延时线延时；fs为系统采样频率，revtime为混响预设时间。
优选的，本发明的系统采样频率fs＝48K；所述混响预设时间revtime＝3s。
优选的，本发明的步骤S4中的一阶低通滤波器的传递函数为：
Figure BDA0002897977330000031
式中，bp为一阶低通系数。
优选的，本发明的步骤S4中的全通滤波器的传递函数为：
Figure BDA0002897977330000032
式中，a为滤波系数，A为全通滤波器的延时时间
优选的，本发明的步骤S1中的麦克风拾音信号x(n)通过AD采集器采集麦克风信号得到。
另一方面，本发明还提出了一种基于改进的反馈延时网络的混响系统，该系统包括信号采集模块、预延时模块、反馈延时网络模块、全通滤波模块和输出模块；
其中，所述信号采集模块用于获取麦克风拾音信号x(n)；
所述预延时模块用于对信号x(n)进行延时处理得到预延时信号x_pre(n)；
所述反馈延时网络模块用于对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；并对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号，将任意一路反馈信号作为反馈延时网络模块的输出；
所述全通滤波模块对所述反馈延时网络模块的输出信号进行全通滤波处理得到混响信号；
所述输出模块用于将所述全通滤波模块输出的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。
优选的，本发明的延时反馈网络模块包括多路延时线路；
其中每一路延时线路均包括一个一阶低通滤波器和一个全通滤波器。
优选的，本发明的全通滤波模块包括多个串联连接的全通滤波器。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明在反馈延时网络中的每一条延时线均增设全通滤波器，并通过对全通滤波器的延时和衰减系数进行调节，增加后期混响的密度和平整度，同时可以控制混响的衰减速度，能够提高可控性，并获得一个更加自然的混响效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统原理框图。
图3为本发明的数字架构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
相较于现有的人工混响技术混响效果较差，本实施例提出一种基于改进的反馈延时网络的混响方法。
具体如图1所示，本实施例的混响方法包括以下步骤：
步骤一，获取麦克风拾音信号x(n)。
本实施例通过AD采集器获取麦克风信号并将其转换为数字信号得到x(n)。
步骤二，将信号x(n)经过延时得到预延时信号x_pre(n)。
本实施例将信号x(n)经过预延时z-D得到x_pre(n)＝x(n-D)。本实施例的预延时时间为36ms。
步骤三，对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号。
本实施例得到的反馈延时网络的输入信号为：
Figure BDA0002897977330000051
式中，
Figure BDA0002897977330000052
为反馈延时网络的输入信号矩阵，
Figure BDA0002897977330000053
为反馈延时网络的全通滤波系数矩阵，
Figure BDA0002897977330000054
为反馈延时网络的反馈信号矩阵。
本实施例的反馈延时网络的全通滤波系数通过下式计算得到：
Figure BDA0002897977330000055
式中，A1表示第1延时线延时，本实施例中A1＝23ms；A2表示第2延时线延时，本实施例中A2＝31ms；A3表示第3延时线延时，本实施例中A3＝43ms；A4表示第4延时线延时，本实施例中A4＝67ms；fs为系统采样频率，本实施例中fs＝48K；revtime为混响预设时间，本实施例中revtime＝3s。
步骤四，对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号。
本实施例中的反馈延时网络包括4路延时线，每一路延时线均包括一个一阶低通滤波器和一个全通滤波器；
本实施例的4路延时线中采用的一阶低通滤波器传递函数均为：
Figure BDA0002897977330000061
式中，bp为一阶低通系数；本实施例中bp取值为0.02。
本实施例的采用的全通滤波器的传递函数为：
Figure BDA0002897977330000062
式中，a为滤波系数，A为全通滤波器的延时时间。
本实施例的4路延时线的全通滤波系数为[a1,a2,a3,a4]；系数a通过下式计算得到：
a1＝0.01(A11/(fs*revtime))*alpha
a2＝0.01(A21/(fs*revtime))*alpha
a3＝0.01(A31/(fs*revtime))*alpha
a4＝0.01(A41/(fs*revtime))*alpha
式中，A11表示第1延时线延时中的全通延时，本实施例中A11＝5ms；A21表示第2延时线延时中的全通延时；本实施例中A21＝9ms，A31表示第3延时线延时中的全通延时，本实施例中A31＝13ms；A41表示第4延时线延时中的全通延时，本实施例中A41＝17ms；alpha为常数，本实施例中alpha取值为0.7。
步骤五，选取反馈延时网络的任意一路反馈信号作为反馈延时网络的输出信号，该输出信号依次经过多个全通滤波器得到混响信号。本实施例选择第一路反馈信号f1作为延时网络的输出信号，将该信号f1依次通过三个全通滤波器模拟实际实情的漫反射处理，得到混响信号。
步骤六，将得到的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。
实施例2
基于上述实施例1，本实施例还提出了一种基于改进的反馈延时网络的混响系统，具体如图2所示，本实施例的系统包括信号采集模块、预延时模块、反馈延时网络模块、全通滤波模块和输出模块；
本实施例的信号采集模块用于获取麦克风拾音信号x(n)；本实施例的信号采集模块即为上述实施例1中的AD采集器。
本实施例的预延时模块用于对信号x(n)进行延时处理得到预延时信号x_pre(n)。本实施例的预延时模块被配置为执行上述实施例1中的步骤二。
本实施例的反馈延时网络模块用于对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；并对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号，将任意一路反馈信号作为反馈延时网络模块的输出；本实施例的反馈延时网络模块被配置为执行上述实施例1中的步骤三和步骤四。
本实施例的全通滤波模块对所述反馈延时网络模块的输出信号进行全通滤波处理得到混响信号；本实施例的全通滤波模块被配置为执行上述实施例1中的步骤五。
本实施例的输出模块用于将所述全通滤波模块输出的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)；本实施例的输出模块被配置为执行上述实施例1中的步骤六。
本实施例的延时反馈网络模块包括多路延时线路；
其中每一路延时线路均包括一个一阶低通滤波器和一个全通滤波器。本实施例的延时反馈网络模块包括4条延时线路，且每条延时线中的一阶低通滤波器和全通滤波器均采用上述实施例1中所述的方式实现。
本实施例的全通滤波模块包括三个串联连接的全通滤波器。本实施例的系统数字架构具体如图3所示。
实施例3
将上述实施例用于模拟中等房间大小的混响声本实施例采用的硬件系统由一个麦克风、两个扬声器和一块DSP音频处理板组成。
其中，本实施例的DSP音频处理板用于实现上述实施例提出的方法和系统。
本实施例通过对延时线参数进行设置并调节延时线上全通延时和alpha的值对效果进一步调整，调出更自然的混响效果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、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.基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取麦克风拾音信号x(n)；
步骤S2，将信号x(n)经过延时得到预延时信号x_pre(n)；
步骤S3，对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；
步骤S4，对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号；
步骤S5，选取反馈延时网络的任意一路反馈信号作为反馈延时网络的输出信号，该输出信号依次经过多个全通滤波器得到混响信号；
步骤S6，将得到的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。
2.根据权利要求1所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述步骤S3得到的反馈延时网络的输入信号为：
Figure FDA0002897977320000011
式中，
Figure FDA0002897977320000012
为反馈延时网络的输入信号矩阵，
Figure FDA0002897977320000013
为反馈延时网络的全通滤波系数矩阵，
Figure FDA0002897977320000014
为反馈延时网络的反馈信号矩阵。
3.根据权利要求2所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述反馈延时网络的全通滤波系数通过下式计算得到：
Figure FDA0002897977320000021
式中，A1表示第1延时线延时；A2表示第2延时线延时；A3表示第3延时线延时；A4表示第4延时线延时；fs为系统采样频率，revtime为混响预设时间。
4.根据权利要求3所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述系统采样频率fs＝48K；所述混响预设时间revtime＝3s。
5.根据权利要求1所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述步骤S4中的一阶低通滤波器的传递函数为：
Figure FDA0002897977320000022
式中，bp为一阶低通系数。
6.根据权利要求1所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述步骤S4中的全通滤波器的传递函数为：
Figure FDA0002897977320000023
式中，a为滤波系数，A为全通滤波器的延时时间。
7.根据权利要求1所述的基于改进的反馈延时网络的混响方法，其特征在于，所述步骤S1中的麦克风拾音信号x(n)通过AD采集器采集麦克风信号得到。
8.基于改进的反馈延时网络的混响系统，其特征在于，该系统包括信号采集模块、预延时模块、反馈延时网络模块、全通滤波模块和输出模块；
其中，所述信号采集模块用于获取麦克风拾音信号x(n)；
所述预延时模块用于对信号x(n)进行延时处理得到预延时信号x_pre(n)；
所述反馈延时网络模块用于对预延时信号x_pre(n)进行延时线路处理，得到反馈延时网络的输入信号；并对反馈延时网络的每一路输入信号分别进行一阶低通滤波和全通滤波处理，得到反馈延时网络的每一路反馈信号，将任意一路反馈信号作为反馈延时网络模块的输出；
所述全通滤波模块对所述反馈延时网络模块的输出信号进行全通滤波处理得到混响信号；
所述输出模块用于将所述全通滤波模块输出的混响信号与信号x(n)相加得到扬声器输出信号y(n)。
9.根据权利要求8所述的基于改进的反馈延时网络的混响系统，其特征在于，所述延时反馈网络模块包括多路延时线路；
其中每一路延时线路均包括一个一阶低通滤波器和一个全通滤波器。
10.根据权利要求8所述的基于改进的反馈延时网络的混响系统，其特征在于，所述全通滤波模块包括多个串联连接的全通滤波器。
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