一種彈簧混響模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字音頻處理領(lǐng)域，特別涉及一種彈簧混響模型。
【背景技術(shù)】
[0002]混響音效在廣播、電視、和音樂作品制作和播放過程中起到了不可或缺的作用。它對美化音樂、歌聲、語音的音色，進(jìn)行藝術(shù)的再創(chuàng)作，產(chǎn)生特殊的音響效果起到非常重要的作用。
[0003]對于混響音效的研究目前除了幾種經(jīng)典的模型外尚無公開發(fā)表的模型。2010年初全球最大的混響效果器硬件制造商Lexicon發(fā)布了 high-end級別的混響效果器LexiconPCM Reverb，該混響效果器集成了該公司35年來所有的優(yōu)秀混響算法，包括大廳、房間、混響室、演奏廳、板式、經(jīng)典板式等多種不同的混響效果，各種算法效果各具特色，在保證逼真的混響效果的同時聲音的通透感非常好，性能超過了 Sony公司旗下Sonnox的OxfordReverb，成為迄今為止效果最為出眾的混響效果器。但實現(xiàn)這些音效的模型都是集成在芯片內(nèi)部的ROM中。無論是國內(nèi)還是國外，制造商出于商業(yè)的目的很少會公開這些音效模型。
[0004]彈簧混響是最早發(fā)明的機(jī)械式混響，它的應(yīng)用十分廣泛，幾乎所有帶混響的電吉他上都會有這個裝置。其包括首級阻抗變換器、彈簧和末級阻抗變換器，其工作原理如下音頻輸入后，經(jīng)模擬的阻抗變換器，然后通過2根非常精細(xì)的彈簧進(jìn)行換能，彈簧相當(dāng)于多個線圈，當(dāng)有信號通過時會產(chǎn)生能量變換，從而產(chǎn)生微弱的顫動的音頻信號，從電子學(xué)原理來講，線圈會產(chǎn)生相位延遲效果，這樣可以達(dá)到既有延時，又有顫動的音頻信號的音頻效果，經(jīng)過延時后的效果信號經(jīng)過阻抗變換器又輸出給放大器，通過運放放大后疊加在原音頻信號后產(chǎn)生一種特殊的效果，以滿足吉他使用者一種特殊的要求。目前的彈簧混響器存在如下問題:1、由于彈簧的材料以及制作工藝要求很高及2個阻抗變換器，導(dǎo)致彈簧混響器的價格比較昂貴；2、體積很大，不易安裝；3、通常彈簧混響器比較靠近喇叭及變壓器，因為都是屬于電感類器件，容易產(chǎn)生相互干擾，帶來交流聲與噪音，并且由于信號極小，后級放大增益非常高，容易嘯叫和自激。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供了一種彈簧混響模型，此數(shù)字彈簧混響模型結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)且回聲密度較大，不存在聲染色現(xiàn)象，聲音自然度較好，可以做為一種優(yōu)秀的混響模型應(yīng)用到實際中。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0007]—種彈簧混響模型，所述彈簧混響模型包括:音頻輸入模塊，用于接收原音頻信號輸入；混響聲產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號進(jìn)行混響；特殊音效產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號產(chǎn)生彈簧混響特有的循環(huán)往復(fù)的顫音效果；音頻輸出模塊，將混響聲產(chǎn)生模塊的輸出信號、特殊音效產(chǎn)生模塊的輸出信號、原音頻信號疊加后經(jīng)過音頻輸出模塊輸出。
[0008]作為優(yōu)選的，所述混響聲產(chǎn)生模塊由六個并聯(lián)的梳狀濾波器級聯(lián)兩個串聯(lián)的嵌套全通濾波器構(gòu)成，所述混響聲產(chǎn)生模塊的系統(tǒng)函數(shù)是H(z) = 1/1-gz D+c，其中，c為常數(shù)，增益g的表達(dá)式為g(i) = 10-3Xd(i)/fsXT60)，其中i表示第i個濾波器，d(i)為第i個濾波器的延遲長度，fs為采樣頻率，T60為混響時間。
[0009]作為優(yōu)選的，所述特殊音效產(chǎn)生模塊由包絡(luò)檢測器以及兩個二階全通濾波器串聯(lián)構(gòu)成，所述二階全通濾波器的系數(shù)是，分子=[。，(1\(1+(3)，1]，分母=[l，dX(l+c)，c]，其中d = cos (2 fc/fs)，在區(qū)間[-1，I]之間隨著截止頻率f。的變化而變化，截止頻率f。從O開始變化，以步長為I增加到3600時再往回遞減到0，當(dāng)二階全通濾波器被觸發(fā)時，增益c以步長為2從O增加到17500。
[0010]作為優(yōu)選的，所述六個并聯(lián)的梳狀濾波器延遲時間可以調(diào)節(jié)，且彼此采用不同的延遲時間。
[0011]本發(fā)明有益效果在于:1)通過數(shù)字信號處理的手段實現(xiàn)彈簧混響音效，與傳統(tǒng)的機(jī)械式彈簧混響相比，具備結(jié)構(gòu)簡單、體積小的優(yōu)點，且此混響模型回聲密度較大，不存在染色現(xiàn)象，聲音自然度好；2)所述混響聲產(chǎn)生模塊由六個并聯(lián)的梳狀濾波器級聯(lián)兩個串聯(lián)的嵌套全通濾波器構(gòu)成，其中每個梳狀濾波器的延遲時間各不相同，可以產(chǎn)生持續(xù)的混響，回聲密度大，串聯(lián)兩個嵌套全通濾波器可以消除尾音的“金屬”雜聲，大大提高了混響效果的自然度；3)所述特殊音效產(chǎn)生模塊可以產(chǎn)生彈簧混響特有循環(huán)往復(fù)的聲音效果，模擬了音頻信號在彈簧上多次反饋、衰減直到為零的過程。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0014]圖2是本發(fā)明梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明嵌套全通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明二階全通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5是原始鋼琴音頻時域圖。
[0018]圖6是本發(fā)明以原始鋼琴信號作為輸入的輸出音頻時域圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]參閱圖1。
[0021]—種彈簧混響模型，所述彈簧混響模型包括:音頻輸入模塊，用于接收原音頻信號輸入；混響聲產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號進(jìn)行混響；特殊音效產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號產(chǎn)生彈簧混響特有的循環(huán)往復(fù)的顫音效果；音頻輸出模塊，將混響聲產(chǎn)生模塊的輸出信號、特殊音效產(chǎn)生模塊的輸出信號、原音頻信號疊加后經(jīng)過音頻輸出模塊輸出。
[0022]參閱圖1至圖3
[0023]所述混響聲產(chǎn)生模塊由六個并聯(lián)的梳狀濾波器級聯(lián)兩個串聯(lián)的嵌套全通濾波器構(gòu)成，可以實現(xiàn)普通的混響效果，單個梳狀濾波器頻譜呈梳狀，回聲密度比較低，將六個延遲時間不等的梳狀濾波器并聯(lián)，可以產(chǎn)生持續(xù)的混響效果，由于嵌套全通濾波器是一個常數(shù)，因此串聯(lián)兩個嵌套全通濾波器依然是常數(shù)，因此，混響聲產(chǎn)生模塊的系統(tǒng)函數(shù)是H(Z)=l/l_gzD+c，其中，c為常數(shù)，增益g的表達(dá)式為g(i) = 10-3Xd(i)/fsXT60)，其中i表示第i個濾波器，d(i)為第i個濾波器的延遲長度，fs為采樣頻率，T60為混響時間。
[0024]采用嵌套形式的優(yōu)點表現(xiàn)在它的時域脈沖響應(yīng)上。由于嵌套濾波器中的內(nèi)部全通濾波器生成的回聲可以通過外部濾波器的反饋環(huán)路重新作為輸入信號，因此其生成的回聲數(shù)目遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)的全通濾波器，即信號的混響聲時間更長，聽音效果更為飽滿和自然，并且回聲之間的間隔不像全通濾波器那樣是固定的，即反射聲波到達(dá)人耳的時間間隔是逐漸減小的，密度是逐漸增加的，這樣更接近于實際的混響情況。另一方面，由于我們用的是全通濾波器，所以無論怎么嵌套或者級聯(lián)，系統(tǒng)的響應(yīng)始終是全通的。但是嵌套全通濾波器數(shù)目并不是越多就越好，嵌套的全通濾波器增加了系統(tǒng)處理音頻的速度對系統(tǒng)的硬件資源要求會更高，為了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)實時處理的效果發(fā)現(xiàn)串聯(lián)的嵌套全通濾波器的個數(shù)為兩個最為適合。
[0025]參閱圖4。
[0026]所述特殊音效產(chǎn)生模塊由包絡(luò)檢測器以及兩個二階全通濾波器串聯(lián)構(gòu)成，所述二階全通濾波器的系數(shù)是，分子=[c，(^(1+(:)，1]，分母=[1，dX(l+c)，(:]，其中(1 =cos (2 31 f；/fs)，在區(qū)間[-1，1]之間隨著截止頻率f。的變化而變化，截止頻率f。從0開始變化，以步長為1增加到3600時再往回遞減到0，當(dāng)二階全通濾波器被觸發(fā)時，增益c以步長為2從0增加到17500。
[0027]所述特殊音效產(chǎn)生模塊可以產(chǎn)生彈簧混響特有的顫音效果，該部分電路模擬了音頻信號在彈簧上多次反饋、衰減直到為零的過程。下面詳細(xì)介紹特殊音效產(chǎn)生模塊的工作過程。首先用一個包絡(luò)檢測對輸入信號進(jìn)行處理，然后判斷處理后的信號是否大于某個閾值，如果大于，則兩個二階全通的中心頻率f。值從0開始變化，增加到3600時再往回遞減到0，由此計算出的二階全通各參數(shù)值均跟著變化。這個過程全通濾波器周而復(fù)始的改變輸入信號的相位，便產(chǎn)生了 “piu”的一聲。在此期間，不再對輸入的信號進(jìn)行閾值判斷，直到這個完整的“piu”聲結(jié)束為止。在其他情況下也就是小于閾值的情況下，中心頻率f。值始終保持0值不變。為了避免產(chǎn)生處理后的音頻帶有不自然的金屬聲，在包絡(luò)檢測器后繼續(xù)級聯(lián)兩個二階的全通濾波器。
[0028]圖5為原始鋼琴信號的音頻時域圖，圖6為本發(fā)明以原始鋼琴信號作為輸入的輸出音頻時域圖。
[0029]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明，本文所定義一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種彈簧混響模型，其特征在于，所述彈簧混響模型包括:音頻輸入模塊，用于接收原音頻信號輸入；混響聲產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號進(jìn)行混響；特殊音效產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號產(chǎn)生彈簧混響特有的循環(huán)往復(fù)的顫音效果；音頻輸出模塊，將混響聲產(chǎn)生模塊的輸出信號、特殊音效產(chǎn)生模塊的輸出信號、原音頻信號疊加后經(jīng)過音頻輸出模塊輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈簧混響模型，其特征在于:所述混響聲產(chǎn)生模塊由六個并聯(lián)的梳狀濾波器級聯(lián)兩個串聯(lián)的嵌套全通濾波器構(gòu)成，所述混響聲產(chǎn)生模塊的系統(tǒng)函數(shù)是H(z) = l/l_gzD+c，其中，c為常數(shù)，增益g的表達(dá)式為g(i) = 10-3Xd(i)/fsXT60)，其中i表示第i個濾波器，d(i)為第i個濾波器的延遲長度，fs為采樣頻率，T60為混響時間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種彈簧混響模型，其特征在于:所述特殊音效產(chǎn)生模塊由包絡(luò)檢測器以及兩個二階全通濾波器串聯(lián)構(gòu)成，所述二階全通濾波器的系數(shù)是，分子=[c，dX (1+c)，1]，分母=[1，dX (1+c)，c]，其中 d = cos (2 π fjfs)，在區(qū)間[_1，1]之間隨著截止頻率f。的變化而變化，截止頻率f。從0開始變化，以步長為1增加到3600時再往回遞減到0，當(dāng)二階全通濾波器被觸發(fā)時，增益c以步長為2從0增加到17500。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彈簧混響模型，其特征在于:所述六個并聯(lián)的梳狀濾波器延遲時間可以調(diào)節(jié)，且彼此采用不同的延遲時間。
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)字音頻處理領(lǐng)域，特別涉及一種彈簧混響模型。包括音頻輸入模塊，用于接收原音頻信號輸入；混響聲產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號進(jìn)行混響；特殊音效產(chǎn)生模塊，用于將原音頻信號產(chǎn)生彈簧混響特有的循環(huán)往復(fù)的顫音效果；音頻輸出模塊，將混響聲產(chǎn)生模塊的輸出信號、特殊音效產(chǎn)生模塊的輸出信號、原音頻信號疊加后經(jīng)過音頻輸出模塊輸出。結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)且回聲密度較大，不存在聲染色現(xiàn)象，聲音自然度較好，可以做為一種優(yōu)秀的混響模型應(yīng)用到實際中。
【IPC分類】G10K15/08
【公開號】CN105336320
【申請?zhí)枴緾N201510632104
【發(fā)明人】陳偉, 陳建平, 湯樂民, 吳輝群, 王偉, 張興國, 楊韜
【申請人】南通大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月29日