CN1321402C - 一种音效仿真装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音效仿真装置及方法，此装置包括回音装置、残响装置、音源装置以及第一信号合成装置，其中，回音装置，接收音源信号以产生回音信号以及回授信号；残响装置接收此音源信号并根据此回授信号输出残响信号；音源装置接收音源信号以输出主音源信号；第一信号合成装置则接收此回音信号、此残响信号以及此主要音源信号以输出第一合成信号，而第一合成信号为一音效仿真信号。

Description

一种音效仿真装置及方法

技术领域

本发明涉及一种音效仿真装置及方法，特别是一种同时使用回音、残响以及主声道架构的音效仿真装置及方法。

背景技术

当声音信号碰触到障碍物时，声音信号会因障碍物反射，而造成许多所谓的“音效效果”。举例来说，当一发声者在山谷中发出声响时，由于此声音信号会在路程中损耗能量，因此在此声音信号经过刚性的山壁反射后，发声者即可在山谷中听见较发声时声音信号弱的回音。

若发声者在山谷中持续发出声响，其连续的声音信号除了会在山谷内反射外，且在短时间(约几秒钟)内即达到稳态，也就是说发声者将在山谷中听到稳定的声音。且当发声者在山谷中所发出的连续声响变弱或是停止，其声音信号在连续声响变弱或停止后，之前的声音信号仍将在山谷内反射且延伸一段时间，而此发声者在山谷中此延伸时间内所听到的声音即为残响。

而这些声音信号于山谷中的回音、残响即为此声音信号于山谷内反射后所造成的“音效效果”。

随着数字时代的来临，这些声音信号于一环境里的音效效果很容易通过简单的电子组件即可仿真出来。习知仿真声音回音的装置可参考图1，图1是习知回音仿真装置的示意图。

在图1中，回音仿真装置100主要由延迟装置110以及加法器120组成。其中，在t1时间点出现的音源信号105分别直接以及经延迟装置110延迟(delay)Δt时间后，同时以加法器120合成输出一回音信号130。因此，此回音信号130将带有于t1时间点出现的音源信号105以及延迟Δt时间(即t2时间点)出现的音源信号105。

至于习知仿真声音残响的装置可参考图2，图2是习知的残响仿真装置的示意图。在图2中，残响仿真装置200改由延迟装置110、加法器120以及新增的增益装置205所组成。在t1时间点出现的音源信号105为先经由加法器120输出，加法器120再同时合成音源信号105以及由加法器120输出且由延迟装置110延迟Δt时间以及赠益装置205衰减的音源信号105。

也因此，此残响仿真装置200最后所输出的残响信号210将为带有于t1时间点出现的音源信号105以及依序延迟Δt时间(即t2、t2、t3...时间点)并衰减出现的音源信号105。

然而，使用电子组件仿真声音于一环境里的音效效果不仅只有回音以及残响，更可通过电子组件间的不同组合架构而形成更多音效效果。

但，如何在有限的电子组件组合数量以及有限的电子组件成本(延迟装置中，若音源信号所需延迟时间越大其所使用的存储器即越大，其价格亦越高)下，达成最佳且多元的音效效果，才是值得去思考的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种音效仿真装置及方法，将藉由在有效的电子组件组合数量以及有限的电子组件成本下，达成最佳且多元的音效效果。

本发明的主要目的是提供一种音效仿真装置，接收音源信号以仿真输出此音源信号于不同环境下的效果，此装置包括回音装置、残响装置、音源装置以及第一信号合成装置。其中，回音装置，接收音源信号以产生回音信号以及回授信号。残响装置接收此音源信号并根据此回授信号输出残响信号。音源装置接收音源信号以输出主音源信号。至于第一信号合成装置则接收此回音信号、此残响信号以及此主要音源信号以输出第一合成信号，而第一合成信号为一音效仿真信号。

在本发明较佳实施例中，回音装置还包括第一延迟装置、第二延迟装置、第二信号合成装置、第三增益装置、第一延迟装置，接收音源信号以输出一第一延迟信号。且其中，第一增益装置接收第一延迟信号以输出第一增益信号。第二延迟装置接收音源信号以输出第二延迟信号。第二增益装置接收第二延迟信号以输出第二增益信号。第二信号合成装置接收第一增益信号以及第二增益信号以输出第二合成信号，而第二合成信号即为回授信号。至于第三增益装置则接收第二合成信号以输出一第三增益信号，且第三增益信号即为回音信号。

残响装置还包括第三信号合成装置、第三延迟装置、第四增益装置以及第五增益装置。其中，第三信号合成装置接收音源信号以及回授信号并输出第三合成信号。第三延迟装置接收第三合成信号以输出一第三延迟信号。第四增益装置接收第三延迟信号以输出一第四增益信号，而第三信号合成装置即根据音源信号、回授信号、第四增益信号以输出第三合成信号。至于第五增益装置，则接收第三合成信号以输出第五增益信号，而第五增益信号即为残响信号。

此外，音源装置装置为第六增益装置，其接收音源信号以输出第六增益信号，而第六增益信号为主音源信号。

本发明另外提出一种音效仿真方法，包括下列步骤：延迟以及衰减一音源信号，以仿真音源信号于一环境内的回音信号。混波音源信号、以及延迟、衰减后的音源信号以仿真音源信号于环境内的一残响信号，且根据回音信号控制音源信号与衰减后的音源信号的混波。合成音源信号、回音信号以及残响信号以作为音源信号于环境内的音效。

在本发明较佳实施例中，为了仿真动态音效，除了先在合成的音源信号、回音信号以及残响信号前，先分别衰减此三信号，且分别衰减此三信号的衰减量为随时间变动。

此外，若要使仿真后的音效输出更为明显，此时，可考虑调整此三信号的均方根值，使此三信号在合成时，回音信号的均方根值大于两倍音源信号的均方根值，残响信号的均方根值大于两倍音讯信号的均方根值。

综合上述，本发明提出一种音效仿真装置及方法，将藉由在有效的电子组件组合数量以及有限的电子组件成本下，达成最佳且多元的音效效果。

本发明基于如何在有限的电子组件组合数量以及有限的电子组件成本下，达成最佳且多元的音效效果。因此期望藉由同时合成音源信号、此音源信号的回音、此音源信号的残响为架构，并使用较少的电子组件数量以达成最佳且最多元的音效效果。

为了便于理解本发明的特征、目的及功能，下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是习知回音仿真装置的示意图；

图2是习知的残响仿真装置的示意图；

图3是本发明较佳实施例的音效仿真器的示意图；以及

图4是振幅参数随时间变动而变动的示意图。

附图标记说明：100回音仿真装置；105音源信号；110信号延迟装置；120加法器；130回音信号；200残响仿真装置；210残响信号；300音效仿真装置；310回音装置；320残响装置；330音源装置；325、327、335延迟装置；329、331、332、337、338、330增益装置；333、339、340信号合成装置；351、353信号；355残响信号；357主声音信号；360回音信号。

具体实施方式

由于本发明的概念为同时合成音源信号并以此音源信号的回音以及此音源信号的残响为架构，因此，本发明打算延迟以及衰减此音源信号，以仿真此音源信号于环境内的回音效果。且混波此音源信号、以及延迟、衰减后的此音源信号以仿真此音源信号于环境内的残响效果，并根据回音效果控制音源信号与衰减后的此音源信号的混波。最后，合成此音源信号与其回音效果以及其残响效果以作为此音讯信号于环境内的音效。

图3是本发明较佳实施例的音效仿真器的示意图。在图3中，音效仿真装置300由回音装置310、残响装置320、音源装置330以及信号合成装置340组成。而当音效仿真装置300接收音源信号305后，此音源信号305将同时分别经由回音装置310、残响装置320以及音源装置330处理后，以信号合成装置340合成后输出，而成为一音效仿真信号350。

在本发明较佳实施例中，回音装置310由延迟装置325、327、增益装置329、增益装置332以及信号合成装置333组成。

而残响装置320则由延迟装置335、增益装置337、338以及信号合成装置339组成。至于音源装置330则为一增益装置。

在本发明较佳实施例中，延迟装置325、327、335主要作为音源信号305的时间延迟，因此延迟装置325、327、335可为存放字节的存储器或缓存器(通常为44K)。各增益装置329、330、331、332、337、338主要用以衰减音源信号305，因此增益装置329、330、331、332、337、338可使用Z转换(变换)方式的反向增益装置。各信号合成装置333、339、340则主要用以将延迟后不同时间点出现的音源信号305相加，因此信号合成装置333、339、340可为加法器。

当音效仿真装置300接收音源信号305后，音源信号305将分别经由回音装置310、残响装置320以及音源输出装置330。且其中，进入回音装置320的音源信号305将分别经由延迟装置325时间延迟、增益装置329振幅衰减以及经由延迟装置327时间延迟、增益装置331振幅衰减后，再经信号合成装置333信号相加以输出一信号351。此信号351一方面输入至增益装置332振幅衰减后以作为一回音信号360，此信号另一方面输入至残响装置320中的信号合成装置339以作为残响装置320输出的控制。

进入残响装置320的音源信号305则输入至信号合成装置339，而信号合成装置339将音源信号305以及由回音装置310输入的信号351相加以输出信号353。且此信号合成装置339还根据其输出信号353经延迟装置335时间延迟以及增益装置337振幅衰减后的回授，以控制其输出信号353。此信号353经增益装置338振幅衰减后即为一残响信号355。

而进入音源装置330的音源信号305则经过音源装置330振幅衰减后成为一主要音源信号357。

最后，音源信号305分别经音效仿真装置300中回音装置310、残响装置320以及音源装置330处理后所输出的回音信号360、残响信号355以及主要音源信号357将经由音效仿真器300中的信号合成装置340相加以输出一音效仿真信号350。

至于此音效仿真装置300于不同环境音效的仿真，则可通过调整延迟装置325、327、335时间延迟的参数、以及调整增益装置329、330、331、332、338振幅衰减的参数，以决定为仿真何种环境的音效。

且，若增益装置330、332、338的振幅衰减参数为随时间变动而变动时，可同时参考图4，图4是振幅参数随时间变动而变动的示意图，此时，增益装置330、332、338的振幅参数衰减随时间变动而在0.6与0.9间振荡。因此，分别经由增益装置330、332、338所输出的主声音信号357、回音信号360以及残响信号355其振幅衰减亦将为时间变动而变动。而由主声音信号357、回音信号360以及残响信号355所合成的音效仿真信号350将形成动态，且效果更加丰富。

此外，根据实验显示，信号合成装置340相加回音信号360、残响信号355以及主要音源信号357时，若回音信号360的均方根值大于两倍音源信号357的均方根值，且残响信号355的均方根值大于两倍音讯信号357的均方根值，信号合成装置340所输出的音效仿真信号350将为最佳化，音质也最优美。

因此，本发明在使用电子组件数量不多的情况下，可达成最佳且最多元的音效效果。

综合上述，本发明提出一种音效仿真装置及方法，藉由同时合成音源信号、此音源信号的回音、此音源信号的残响为架构，并使用较少的电子组件数量以达成最佳且最多元的音效效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限制本发明的范围。凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围的，都应视为本发明的进一步实施。

Claims (12)

1.一种音效仿真装置，接收一音源信号以仿真输出所述音源信号于不同环境下的效果，其特征在于，包括：

一回音装置，接收所述音源信号以产生一回音信号以及一回授信号；

一残响装置，接收所述音源信号并根据所述回授信号输出一残响信号；

一音源装置，接收所述音源信号以输出一主音源信号；以及

一第一信号合成装置，接收所述回音信号、所述残响信号以及所述音源信号以输出一第一合成信号，所述第一合成信号为一音效仿真信号。

2.如权利要求1所述的音效仿真装置，其特征在于，所述回音装置还包括：

一第一延迟装置，接收所述音源信号以输出一第一延迟信号；

一第一增益装置，接收所述第一延迟信号以输出一第一增益信号；

一第二延迟装置，接收所述音源信号以输出一第二延迟信号；

一第二增益装置，接收所述第二延迟信号以输出一第二增益信号；

一第二信号合成装置，接收所述第一增益信号以及所述第二增益信号以输出所述第二合成信号，所述第二合成信号为所述回授信号；以及

一第三增益装置，接收所述第二合成信号以输出一第三增益信号，所述第三增益信号为所述回音信号。

3.如权利要求1所述的音效仿真装置，其特征在于，所述残响装置还包括：

一第三信号合成装置，接收所述音源信号以及所述回授信号并输出所述第三合成信号；

一第三延迟装置，接收所述第三合成信号以输出一第三延迟信号；

一第四增益装置，接收所述第三延迟信号以输出一第四增益信号，而所述第三信号合成装置根据所述音源信号、所述回授信号、所述第四增益信号输出所述第三合成信号；以及

一第五增益装置，接收所述第三合成信号以输出所述第五增益信号，而所述第五增益信号为所述残响信号。

4.如权利要求1所述的音效仿真装置，其特征在于，所述音源装置为一第六增益装置，所述第六增益装置接收所述音源信号以输出一第六增益信号，而所述第六增益信号为所述主音源信号。

5.如权利要求2所述的音效仿真装置，其特征在于，所述第一至所述第三增益装置皆为一反向增益装置。

6.一种音效仿真方法，其特征在于，其包括：

延迟以及衰减一音源信号，以仿真所述音源信号于一环境内的一回音信号；

混波所述音源信号，以及延迟、衰减后的所述音源信号，并通过一回授信号，来补偿所述音源信号，以仿真所述音源信号于所述环境内的一残响信号，并根据所述回音信号控制所述音源信号与衰减后的所述音源信号的混波；

合成所述音源信号、所述回音信号以及所述残响信号，以作为所述音源信号于所述环境内的音效。

7.如权利要求6所述的音效方法，其特征在于，还包括：

分别衰减欲合成的所述音源信号、所述回音信号以及所述残响信号。

8.如权利要求7所述的音效方法，其特征在于，还包括：分别随时间变动而改变衰减欲合成的所述音源信号、所述回音信号以及所述残响信号的衰减量。

9.如权利要求8所述的音效方法，其特征在于，使用一Z变换方式衰减所述音源信号。

10.如权利要求9所述的音效方法，其特征在于，合成所述音源信号、所述回音信号以及所述残响信号时，所述回音信号的均方根值大于两倍所述音源信号的均方根值，所述残响信号的均方根值大于两倍所述音讯信号的均方根值。

11.如权利要求3所述的音效仿真装置，其特征在于，所述第四至所述第五增益装置皆为一反向增益装置。

12.如权利要求4所述的音效仿真装置，其特征在于，所述第六增益装置为一反向增益装置。

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