音頻均衡器Equalizer算法研究與實現(xiàn)

1、音頻均衡器Equalizer算法研究與實現(xiàn)標簽：均衡器Equalizer音效2015-06-02 11:30604人閱讀評論(2)收藏舉報分類：音頻后處理算法（7）版權聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，未經(jīng)博主允許不得轉(zhuǎn)載。如轉(zhuǎn)載請注明出處！最近工作需要，對Equalizer算法進行了初步研究，并在本地進行了簡單實現(xiàn)。一. 聲學背景心理聲學研究證實人耳可聞的聲音頻率范圍為20Hz-20kHz。在可聞的頻率范圍內(nèi)，不同的頻段對人耳的感知影響不同。如下所述：“1. 20Hz-60Hz部分這一段提升能給音樂強有力的感覺，給人很響的感覺，如雷聲。是音樂中強勁有力的感覺。如果提升過高，則又會混濁不清，造成清晰度

2、不佳，特別是低頻響應差和低頻過重的音響設備。2. 60Hz-250Hz部分這段是音樂的低頻結(jié)構(gòu)，它們包含了節(jié)奏部分的基礎音，包括基音、節(jié)奏音的主音。它和高中音的比例構(gòu)成了音色結(jié)構(gòu)的平衡特性。提升這一段可使聲音豐滿，過度提升會發(fā)出隆隆聲。衰減這兩段會使聲音單薄。3. 250Hz-2KHz部分這段包含了大多數(shù)樂器的低頻諧波，如果提升過多會使聲音像電話里的聲音。如把600Hz和1kHz過度提升會使聲音像喇叭的聲音。如把3kHz提升過多會掩蔽說話的識別音，即口齒不清，并使唇音“mbv”難以分辨。如把1kHz和3kHz過分提升會使聲音具有金屬感。由于人耳對這一頻段比較敏感，通常不調(diào)節(jié)這一段，過分提升這一

3、段會使聽覺疲勞。4. 2KHz-4kHz部分這段頻率屬中頻，如果提升得過高會掩蓋說話的識別音，尤其是3kHz提升過高，會引起聽覺疲勞。5. 4kHz-5KHz部分這是具有臨場感的頻段，它影響語言和樂器等聲音的清晰度。提升這一頻段，使人感覺聲源與聽者的距離顯得稍近了一些；衰減5kHz，就會使聲音的距離感變遠；如果在5kHz左右提出升6dB，則會使整個混合聲音的聲功率提升3dB。6. 6kHz-16kHz部分這一頻段控制著音色的明亮度，宏亮度和清晰度。一般來說提升這幾段使聲音宏亮，但不清晰，不可能會引起齒音過重，衰減時聲音變得清晰，但聲音不宏亮?！倍? 數(shù)字信號處理原理從聲學原理出發(fā)，Equali

4、zer的物理意義在于通過對頻域進行頻帶劃分（根據(jù)個人需要，通常為5,10,12,15個子帶）并對不同的頻帶施加相應的增益，從而改變原始數(shù)據(jù)頻域能量分布，達到改變主觀聽感的作用（常用的低音增強bassboost效果也可通過該方式實現(xiàn)）。常用的Equalizer分類包含Pop(流行樂)， Jazz(爵士)， HeavyMetal(重金屬)，Electronic(電音)，Classic(古典)等等在移動端實現(xiàn)Equalizer是，考慮到實時處理特性（特別對于第三方APK不能利用底層系統(tǒng)底層編譯處理），盡量避免FFT切換到頻域處理，而采用時域濾波的方式。因此可以考慮利用IIR濾波器的進行時域的濾波處理

5、。設濾波系統(tǒng)傳遞函數(shù)H(z)，原始音頻通過濾波系統(tǒng)，輸出Y(z) = X(z)*H(z)?？紤]到頻帶的劃分及頻帶濾波增益。最終的信號輸出其中BandCount表示劃分的子帶個數(shù)；系數(shù)a表示對應頻帶的增益；H(w)為對用頻段的帶通濾波器傳遞函數(shù)。濾波系統(tǒng)H(z)的常規(guī)表示為：轉(zhuǎn)換到時域系統(tǒng)單位沖擊響應表示為：三. 工程實現(xiàn)1. 首先確定設計EQ的頻帶分割數(shù)。5，10，或者其它個數(shù)、2. 根據(jù)所劃分的頻帶，確定其截至頻率并構(gòu)建帶通濾波器。 通?？刹捎肂utterWorth濾波器，以10個頻帶為例，可以設計一個低通，一個高通，八個帶通。通過此步驟，來確定每個頻帶對用的濾波器系數(shù)。另外，考慮到實時處理

6、特性，濾波器的階數(shù)不宜過高，以減少濾波處理延時。3. 對輸入的信號進行時域濾波。 工程實現(xiàn)中，將每個時域輸入點分別經(jīng)過所有的濾波器，并將每個濾波器的輸出加權求和。鑒于采用的IIR濾波器要參考之前的輸入和輸出，可采用環(huán)形buffer來更新存儲x(n-k)和y(n-k). 注意：在切換音頻幀后，不能對環(huán)形buffer進行重置位操作，x(n-k)和y(n-k)獨立于數(shù)據(jù)幀，貫穿整個音頻數(shù)據(jù)處理。時域濾波及最終的輸出數(shù)據(jù)如下式：四. 實驗結(jié)果下面給出pop處理結(jié)果：如轉(zhuǎn)載請注明出處！最近工作需要，對Equalizer算法進行了初步研究，并在本地進行了簡單實現(xiàn)。一. 聲學背景心理聲學研究證實人耳可聞的聲

7、音頻率范圍為20Hz-20kHz。在可聞的頻率范圍內(nèi)，不同的頻段對人耳的感知影響不同。如下所述：“1. 20Hz-60Hz部分這一段提升能給音樂強有力的感覺，給人很響的感覺，如雷聲。是音樂中強勁有力的感覺。如果提升過高，則又會混濁不清，造成清晰度不佳，特別是低頻響應差和低頻過重的音響設備。2. 60Hz-250Hz部分這段是音樂的低頻結(jié)構(gòu)，它們包含了節(jié)奏部分的基礎音，包括基音、節(jié)奏音的主音。它和高中音的比例構(gòu)成了音色結(jié)構(gòu)的平衡特性。提升這一段可使聲音豐滿，過度提升會發(fā)出隆隆聲。衰減這兩段會使聲音單薄。3. 250Hz-2KHz部分這段包含了大多數(shù)樂器的低頻諧波，如果提升過多會使聲音像電話里的聲

8、音。如把600Hz和1kHz過度提升會使聲音像喇叭的聲音。如把3kHz提升過多會掩蔽說話的識別音，即口齒不清，并使唇音“mbv”難以分辨。如把1kHz和3kHz過分提升會使聲音具有金屬感。由于人耳對這一頻段比較敏感，通常不調(diào)節(jié)這一段，過分提升這一段會使聽覺疲勞。4. 2KHz-4kHz部分這段頻率屬中頻，如果提升得過高會掩蓋說話的識別音，尤其是3kHz提升過高，會引起聽覺疲勞。5. 4kHz-5KHz部分這是具有臨場感的頻段，它影響語言和樂器等聲音的清晰度。提升這一頻段，使人感覺聲源與聽者的距離顯得稍近了一些；衰減5kHz，就會使聲音的距離感變遠；如果在5kHz左右提出升6dB，則會使整個混合

9、聲音的聲功率提升3dB。6. 6kHz-16kHz部分這一頻段控制著音色的明亮度，宏亮度和清晰度。一般來說提升這幾段使聲音宏亮，但不清晰，不可能會引起齒音過重，衰減時聲音變得清晰，但聲音不宏亮?！倍? 數(shù)字信號處理原理從聲學原理出發(fā)，Equalizer的物理意義在于通過對頻域進行頻帶劃分（根據(jù)個人需要，通常為5,10,12,15個子帶）并對不同的頻帶施加相應的增益，從而改變原始數(shù)據(jù)頻域能量分布，達到改變主觀聽感的作用（常用的低音增強bassboost效果也可通過該方式實現(xiàn)）。常用的Equalizer分類包含Pop(流行樂)， Jazz(爵士)， HeavyMetal(重金屬)，Electron

10、ic(電音)，Classic(古典)等等在移動端實現(xiàn)Equalizer是，考慮到實時處理特性（特別對于第三方APK不能利用底層系統(tǒng)底層編譯處理），盡量避免FFT切換到頻域處理，而采用時域濾波的方式。因此可以考慮利用IIR濾波器的進行時域的濾波處理。設濾波系統(tǒng)傳遞函數(shù)H(z)，原始音頻通過濾波系統(tǒng)，輸出Y(z) = X(z)*H(z)。考慮到頻帶的劃分及頻帶濾波增益。最終的信號輸出其中BandCount表示劃分的子帶個數(shù)；系數(shù)a表示對應頻帶的增益；H(w)為對用頻段的帶通濾波器傳遞函數(shù)。濾波系統(tǒng)H(z)的常規(guī)表示為：轉(zhuǎn)換到時域系統(tǒng)單位沖擊響應表示為：三. 工程實現(xiàn)1. 首先確定設計EQ的頻帶分割

11、數(shù)。5，10，或者其它個數(shù)、2. 根據(jù)所劃分的頻帶，確定其截至頻率并構(gòu)建帶通濾波器。 通?？刹捎肂utterWorth濾波器，以10個頻帶為例，可以設計一個低通，一個高通，八個帶通。通過此步驟，來確定每個頻帶對用的濾波器系數(shù)。另外，考慮到實時處理特性，濾波器的階數(shù)不宜過高，以減少濾波處理延時。3. 對輸入的信號進行時域濾波。 工程實現(xiàn)中，將每個時域輸入點分別經(jīng)過所有的濾波器，并將每個濾波器的輸出加權求和。鑒于采用的IIR濾波器要參考之前的輸入和輸出，可采用環(huán)形buffer來更新存儲x(n-k)和y(n-k). 注意：在切換音頻幀后，不能對環(huán)形buffer進行重置位操作，x(n-k)和y(n-k

12、)獨立于數(shù)據(jù)幀，貫穿整個音頻數(shù)據(jù)處理。時域濾波及最終的輸出數(shù)據(jù)如下式：四. 實驗結(jié)果下面給出pop處理結(jié)果：音頻均衡器算法研究與實現(xiàn)請求原文傳遞音頻均衡器一直是專業(yè)音頻領域中重要的一部分，但由于經(jīng)典的均衡器實現(xiàn)算法頻率分辨率低，對非控制頻帶影響較大，均衡器的使用者往往無法精確的控制各個頻帶的增益來達到對頻響曲線完美修補的效果。 本文介紹了一種通過提高均衡器中的濾波器階數(shù)來改善頻率分辨率，消除相鄰頻帶間重疊的音頻均衡器算法。該算法不僅具有良好的頻率截止特性，且在通帶范圍內(nèi)十分平坦，彌補了經(jīng)典均衡器實現(xiàn)算法的不足。在論文的結(jié)構(gòu)安排上，首先對音頻均衡器的一些關鍵技術進行了介紹，隨后通過對不同音頻均衡器實現(xiàn)算法和改進方案的分析，提出了高階音頻均衡器的實現(xiàn)方法。在測試階段對均衡器算法和不同濾波結(jié)構(gòu)進行了詳細的測試。實驗結(jié)果表明在給定極低頻率和極低帶寬的條件下，動態(tài)的調(diào)整增益和帶寬，頻率變換結(jié)構(gòu)的