專利名稱：一種能夠模擬不同音響環(huán)境的三維回聲音效方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明致力于尋求建立不同聲音環(huán)境的回聲音效，旨在提高手持設(shè)備音 響系統(tǒng)的主觀音頻質(zhì)量。
傳統(tǒng)的三維回聲音效，如圖1所示，使用并行梳型濾波器組模擬多點反 射的回聲環(huán)境，使用串行全通濾波器組獲取瞬時沖擊的時域響應(yīng)和平坦的頻 域響應(yīng)。
根據(jù)上述方法，傳統(tǒng)的三維回聲技術(shù)假設(shè)任何頻段中的所有音頻信號具 有相同的衰減時間。此外，傳統(tǒng)的三維回聲技術(shù)也沒有考慮三維環(huán)響對回聲 的影響。因而，這種方法不能為真實的聲音環(huán)境提供準(zhǔn)確的模型，也無法再 現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的三維回聲效果。
更具體地說，如圖1所示，傳統(tǒng)三維回聲技術(shù)ioo包括并行梳型濾波器
組110，信號混合器120，和串行全通濾波器組130。通過調(diào)節(jié)梳型濾波器 的延遲參數(shù)可模擬不同距離的聲音反射效果；通過調(diào)節(jié)全通濾波器的延遲參 數(shù)和增益參數(shù)可獲取不同的瞬時沖擊的時域響應(yīng)。
若一種三維回聲方法或設(shè)備是實用的，它應(yīng)該具備(l)簡單因為該 方法要用于消費電子設(shè)備上，如手機、PDA等；(2)準(zhǔn)確因為該方法必須 要逼真地再建真實的回聲環(huán)境。目前尚無這樣可用的三維回聲方法和設(shè)備。
本發(fā)明涉及一種能夠模擬不同聲響環(huán)境下回聲效果的方法和設(shè)備，尤其 涉及能夠增強手持設(shè)備音效的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本本發(fā)明的第一目標(biāo)是提供一種能模擬各種音響環(huán)境的三維回聲音效 方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第二目標(biāo)是提供一種適用于任何消費電子設(shè)備，如手機、PDA 等，并且能有效重建適用各種環(huán)境的三維回聲音效方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第三目標(biāo)是在不需要大量系統(tǒng)資源的條件下，包括CPU和存儲 器，能夠提供一種準(zhǔn)確的適用于各種環(huán)境的三維回聲方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明實例原則，通過提供三維回聲引擎，以其最寬的涵蓋形式， 基于給定的聲音環(huán)境，確定回聲模型的參數(shù)，以實現(xiàn)上述目標(biāo)。
本發(fā)明實例將傳入的音頻信號運用濾波技術(shù)，分為低頻和高頻兩個頻 帶。截止頻率根據(jù)不同目標(biāo)模擬環(huán)境來確定。振幅環(huán)繞應(yīng)用于低頻音頻信號， 延遲環(huán)繞應(yīng)用于高頻音頻信號。低頻音頻信號和高頻音頻信號的環(huán)繞輸出被 輸入到并行的修正梳型濾波器組以模擬在不同點的回聲，并使不同頻率的信 號具有不同的回聲衰減時間。之后，將梳型濾波器組的輸出加權(quán)疊加，并輸 入到串行全通濾波器組以獲取瞬時沖擊的時域響應(yīng)。經(jīng)環(huán)繞處理過的音頻信 號經(jīng)延遲處理后與全通濾波器組的輸出加權(quán)疊加以增強回聲效果，并做為最 終音頻信號輸入到揚聲器或耳機中。
本發(fā)明三維回聲音效技術(shù)能高度準(zhǔn)確地模擬三維回聲效果是因為，本方 法在建立人體聽覺系統(tǒng)主觀感知的模型時，考慮到了以下兩個因素(l)人 體聽覺系統(tǒng)對回聲的環(huán)繞音效是十分敏感的；(2)人體聽覺系統(tǒng)在接收低頻 和高頻聲音信號時具有不同的信號衰減時間。
由于本發(fā)明應(yīng)用PCM音頻信號，故可應(yīng)用于任何音頻和語音編解碼標(biāo) 準(zhǔn)，以提供適用于不同環(huán)境下的三維回聲音效。


圖1傳統(tǒng)三維回聲音效法的工作原理圖2全通濾波器的工作原理圖3本發(fā)明三維回聲音效法的工作原理圖4本發(fā)明所使用嵌入低通濾波器的修正梳型濾波器的工作原理圖。
具體實施例方式
如圖3所示，本發(fā)明是通過三維回聲引擎實現(xiàn)的，適用于任何消費電子 設(shè)備。三維回聲引擎300由高通濾波器310，延遲環(huán)繞估算器315，低通濾 波器320，振幅環(huán)繞估算器325，混合器330，并行修正梳型濾波器組340， 混合器345，串行全通濾波器組350，延遲估算器360和混合器370組成. 與傳統(tǒng)的三維回聲技術(shù)不同，本發(fā)明三維回聲技術(shù)對低頻音頻信號和高頻音 頻信號分別應(yīng)用振幅環(huán)繞和延遲環(huán)繞。
嵌入到梳型濾波器的低通濾波器在不同頻段對音頻信號產(chǎn)生不同的衰 減時間。混合器440和450、延遲估算器460以及增益估算器a共同組成低 通濾波器，并與混合器410和430、延遲估算器420以及增益估算器g —起 構(gòu)成修正的梳型濾波器，如圖4所示。增益參數(shù)g和a，延遲參數(shù)M由模型 模擬的具體環(huán)境來確定。圖2所示全通濾波器由增益參數(shù)g和延遲參數(shù)m來 確定。這兩個參數(shù)由所模擬的回聲環(huán)境來確定。因此，本發(fā)明三維回聲方法 比傳統(tǒng)方法更為準(zhǔn)確。
為了了解本發(fā)明三維回聲音效技術(shù)，有必要先了解一些三維回聲音效的 一些基本原理。好的回聲音效模型可以通過改變感知參數(shù)來模擬不同的回聲 環(huán)境。 一套能夠完全提供回聲質(zhì)量特征的獨立參數(shù)組可分為三類
1.與頻譜、聲源能量和早期回聲能量相關(guān)的聲源感知參數(shù)*聲音強度由聲源能量與早期聲源能量之比確定。
音色明亮度由回聲能量高頻部分的變化確定 *音色柔和度由衰減時間低頻部分的變化確定。
2. 聲源與環(huán)境相互作用的感知參數(shù) *回聲包絡(luò)線由聲源能量確定； *環(huán)境再現(xiàn)由回聲能量確定；
回聲強度由環(huán)境沖擊響應(yīng)的衰減時間確定。
3. 環(huán)境感知參數(shù)
*后回聲強度由環(huán)境沖擊響應(yīng)的后衰減時間確定； *重音效果由衰減時間低頻部分的變化確定； *逼真效果由衰減時間高頻部分的變化確定。
在模型中，通過控制這些參數(shù)來模擬不同的音響環(huán)境。當(dāng)聲源播放時， 一些參數(shù)被感知為音色的豐富性，而一些其它參數(shù)從余音處被感知。回聲強 度是一個重要的環(huán)境參數(shù)，它的取值取決于聲源的頻譜分布特性，例如，該 參數(shù)對于語音信號(頻譜分布窄)取較小值，而對音樂信號(頻譜分布寬) 取較高值?；芈曇粜У哪繕?biāo)是使聲音信號可舒適的被接收而不是過分強烈。 然而，傳統(tǒng)的三維回聲方法在模型中沒有考慮這些因素。
好的三維回聲音效法應(yīng)能夠準(zhǔn)確、有效地在三維空間中再建聲源回聲。 本發(fā)明三維回聲音效技術(shù)通過下列步驟來實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)(l)將傳入的音頻 信號分成高頻帶和低頻帶音頻信號；(2)對高頻帶音頻信號應(yīng)用振幅環(huán)繞技 術(shù)，對低頻帶音頻信號應(yīng)用延遲環(huán)繞技術(shù)；(3)使用嵌有低通濾波器的并行 梳型濾波器組處理音頻信號以使不同頻帶的音頻信號實現(xiàn)不同衰減時間；4) 梳型濾波器的輸出加權(quán)疊加后輸入串型全通濾波器組以獲取瞬時沖擊響應(yīng)；5)通過三維環(huán)繞的音頻信號再經(jīng)延遲處理后，與全通濾波器組的輸出加權(quán) 疊加以取得更優(yōu)回聲效果。三維環(huán)繞、修正的梳型濾波器組和全通濾波器組 的參數(shù)由所模擬的具體環(huán)境的特性決定。
業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該可以看出，發(fā)明三維回聲音效的首要目的是再建不同環(huán)境 下的虛擬三維回聲音效。由于整個方法的設(shè)計都基于人體聽覺系統(tǒng)的主觀感 覺，故本發(fā)明三維回聲音效法能夠生動再現(xiàn)真實的三維回聲音效場景。
由于本發(fā)明的三維回聲音效實例不需要專門的硬件支持，只通過軟件即 可實現(xiàn)其功能，但不排除專門的硬件實現(xiàn)方式，因此該技術(shù)可容易地應(yīng)用于 任何類型的消費電子產(chǎn)品上，如手機，PDA等。此外，本發(fā)明可用于任何音
頻和語音編解碼系統(tǒng)，如AAC， AAC+， MP3， WMA， RA, AMR等。
前面已經(jīng)十分詳細(xì)地描述了本發(fā)明所提請的技術(shù)，使業(yè)內(nèi)人士能夠了解 和使用本發(fā)明，但是，還要提請注意的是，在不偏離本發(fā)明實質(zhì)的前提下， 還可以對所提請的技術(shù)發(fā)明進行變更和改進，并且本發(fā)明不受以上說明或附 圖的限制，而是按照所附權(quán)利要求來予以限定。
權(quán)利要求
1.可模擬各種聲音環(huán)境的三維回聲音效法，由以下步驟組成a.將輸入的音頻信號分成兩個頻域段，對低頻段進行振幅環(huán)繞處理，對高頻段進行延遲環(huán)繞處理；b.步驟a的輸出通過并行的修正梳型濾波器組進行處理；c.將步驟b的輸出經(jīng)加權(quán)疊加后輸入串行全通濾波器組進行處理；d.步驟c的輸出和經(jīng)延遲處理的步驟a的輸出加權(quán)疊加后，輸入音響系統(tǒng)，如揚聲器或耳機。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟a還包括確定截止頻率以將 音頻信號分離成高、低頻段，和基于不同模擬環(huán)境的延遲環(huán)繞參數(shù)和振幅環(huán) 繞參數(shù)的確定。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b還包括根據(jù)所模擬的具體 聲音環(huán)境確定修正梳型濾波器的參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟c還包括根據(jù)所模擬的具體 聲音環(huán)境確定全通濾波器的參數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟d還包括根據(jù)所模擬的具體 聲音環(huán)境確定步驟a輸出的延遲參數(shù)。
6.適用各種聲音環(huán)境的三維回聲音效法的裝置包括以下設(shè)備a. —個將輸入音頻信號分離成兩個頻域段，對低頻信號進行振幅環(huán)繞 處理，對高頻信號進行延遲環(huán)繞處理的設(shè)備；b. —套處理設(shè)備a輸出信號的并行修正梳型濾波器組設(shè)備；C. 一套處理經(jīng)加權(quán)疊加的設(shè)備b輸出信號的串行全通濾波器組設(shè)備；d. —套對設(shè)備a的輸出進行延遲處理并與設(shè)備C的輸出加權(quán)疊加后輸 入音響系統(tǒng)，如揚聲器或耳機，的設(shè)備。
7. 如權(quán)利要求6所述設(shè)備，設(shè)備b還包括確定分離音頻信號的截止頻率和基于所模擬具體環(huán)境的延遲和振幅環(huán)繞參數(shù)的單元。
8. 如權(quán)利要求6所述設(shè)備，設(shè)備b還包括確定根據(jù)所模擬具體環(huán)境 確定修正梳型濾波器參數(shù)的單元。
9. 如權(quán)利要求6中所述設(shè)備，設(shè)備c還包括根據(jù)所模擬具體環(huán)境確 定全通濾波參數(shù)的單元。
10. 如權(quán)利要求6中所述設(shè)備，設(shè)備d還包括根據(jù)所模擬具體環(huán)境確 定步驟a輸出的延遲參數(shù)的單元。
全文摘要
一種能夠模擬不同音響環(huán)境的三維回聲音效方法和設(shè)備。本發(fā)明三維回聲音效法依據(jù)人體聽覺的主觀感知原理建立了一個新模型。通過調(diào)整模型中的設(shè)計參數(shù)可再現(xiàn)不同的聲音環(huán)境。本發(fā)明實例基于以下兩個發(fā)現(xiàn)1)三維環(huán)繞對聲音的回聲效果有影響；2)低通濾波器與梳型濾波器共同使用可使不同頻率的音頻信號具有不同的衰減時間。本發(fā)明所設(shè)計的三維回聲音效方法既便于實施又能高效再現(xiàn)真實的回聲環(huán)境。
文檔編號G10K15/08GK101516055SQ200810057770
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者佳 嚴(yán), 航 陳, 高成偉 申請人:昊迪移通(北京)技術(shù)有限公司;高成偉