混響模型的改進與數(shù)字混響器軟件設計

1、廣西科學院學報 2011,27(1:7172,77Journal o f Guangx i A cademy of Sciences Vo l.27,N o.1 F ebr uar y 2011收稿日期:2011-01-12作者簡介:陳 華(1958-,男,教授,主要從事數(shù)字圖像處理與光電成像技術方面的研究。*廣西自然科學基金(桂科自0728034,廣西人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)建設項目(桂教高教200820號,廣西大學高等教育教學改革工程 十一五 第三批立項項目(西大評估字 2007 13號資助。*通訊作者。Schroeder 混響模型的改進與數(shù)字混響器軟件設計*The Improvement

2、of Schroeder Reverberation Model and the Design of Digital Reverber Software謝昌鵬,陳 華*XIE Chang -peng,CH EN Hua(廣西大學計算機與電子信息學院,廣西南寧 530004(Scho ol o f Com puter,Electronic and Info rmatio n,Guangx i Univer sity,Nanning ,Guang xi,530004,China摘要:采用若干個不同延時系數(shù)的單回聲F IR 濾波器進行并聯(lián),構成一個早期反射濾波器,將該濾波器與Schroeder 濾波

3、器再并聯(lián),得到改進的Schro eder 混響模型。利用M A T L A B 軟件對該改進的模型進行仿真實驗的結果顯示,改進模型的早期反射得到了恢復,能夠獲得良好的具有完整的直達聲、早期反射和后期混響成分的脈沖響應波形。利用改進模型在M AT L AB 平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻混響器軟件設計。關鍵詞:混響 早期反射 濾波器 混響器軟件中圖法分類號:T N 713 文獻標識碼:A 文章編號:1002-7378(201101-0071-02Abstract:By paralleling Schroeder reverberation mo del w ith ear ly r eflection

4、filter which co n -tains several different Sing le -echo FIR filter in par allel,an improved m odel of the natural sound reverberation has been presented.The results by simulating with M ATLAB show that the ear ly reflectio n has been r esto red in the improv ed model,w hich completely contains dire

5、ct sound,early reflection and rev erberatio n.This im prov ed model on the M AT LAB can realize the desig n of Dig ital Rever ber softw are.Key w ords:reverberation,ear ly r eflection,filter,Dig ital Reverber softw ar e 混響是室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后,由于房間邊界面或其中障礙物使聲波多次反射或散射而產(chǎn)生聲音延續(xù)的現(xiàn)象。典型房間的聲信號脈沖響應可以分為3個部分:直達聲、早期反射和后期混

6、響。利用數(shù)字信號處理技術構造特定的濾波器,即可對數(shù)字音頻進行混響處理,達到預期的混響效果。Schro eder 混響濾波器1是常用的音頻混響濾波器,其結構分為三級:第一級由4個并聯(lián)IIR 梳狀濾波器構成,第二級和第三級采用結構相同的全通濾波器。采用MA T -LAB 仿真可以得到Schroeder 混響模型的脈沖響應波形,但是該模型產(chǎn)生的混響結果缺少早期反射,這樣會造成聲信號聲能比的降低,導致合成后的聲音缺乏空間立體感,而且不清晰2。一些聲學工作者對上述問題進行了不同的改進,其中較為典型的是采用IIR 梳狀濾波器模擬早期反射,如Lex icon 公司生產(chǎn)的PCM90型數(shù)字混響器。但是由該梳狀濾

7、波器模擬出的反射聲是間斷的,如果回聲過小,或者梳形畸變,相鄰峰頻間隔太大,會產(chǎn)生染色失真3,對音色造成一定的影響。FIR 濾波器有著嚴格的線性相位,而且穩(wěn)定性較好4,不存在上述IIR 梳狀濾波器的問題。本文采用若干個不同延時系數(shù)的單回聲FIR 濾波器進行并聯(lián),構成一個早期反射濾波器,將該濾波器與Schr oeder 濾波器再并聯(lián),得到改進的Schr oeder 混響模型,并利用MA TLAB 軟件對該改進的模型進行仿真,在MAT LAB 平臺上實現(xiàn)數(shù)字音頻混響器軟件設計。1 改進的Schroeder 混響濾波器用若干個不含直達聲的FIR 單回聲濾波器5并聯(lián)生成早期反射,并聯(lián)的每個單元都是一個獨

8、立的單回聲濾波器。早期反射濾波器結構如圖1所示,系統(tǒng)函數(shù)可表示為: H p z =A 1Z -R 1+A 2Z -R 1+R2+ +A n Z -R 1+R 2+ +Rn(1 圖1 早期反射濾波器結構為達到較理想的空間立體聲效果,濾波器需取6個以上。于是,改進后的自然聲音混響濾波器系統(tǒng)函數(shù)如(2式所示,其結構框架如圖2所示。 H z =H s z +H p z(2 圖2 改進的Schroeder 混響濾波器的結構框架取7個單回聲濾波器,通過M ATLAB 仿真可以得到改進的Schro eder 混響濾波器脈沖響應波形如圖3所示。由圖3可知,該模型實現(xiàn)了集直達聲、早期反射和后期混響為一體的較為理

9、想的混響效果。圖3 改進的Schroeder 混響濾波器的脈沖響應2 改進Schroeder 混響濾波器的MATLAB 建模利用M ATLAB 提供的filter 函數(shù)可以很容易 實現(xiàn)線性常系數(shù)差分方程的遞推求解,實現(xiàn)數(shù)字音頻混響。filter 函數(shù)調(diào)用格式為:yn =filter (B,A,x n,調(diào)用參數(shù)中x n 是輸入信號向量,B 和A 是系統(tǒng)差分方程,有B =b 0,b 1, ,b M ,A =a 0,a 1, ,a N ,其中,a 0=1,若a 0 1,則f ilter 用a 0對系數(shù)向量B 和A 歸一化。改進的Schro eder 混響濾波器的M ATLAB 模型框架如圖4所示。圖

10、4 改進的Schr oeder 混響濾波器的M AT L AB 模型框架3 數(shù)字音頻混響器的軟件設計將改進的Schroeder 混響濾波器采用M AT -LAB 語言實現(xiàn)數(shù)字音頻混響器的軟件設計。設計的軟件與傳統(tǒng)的混響器相比,主要加入4種功能:(1參數(shù)測試。用于測試當前參數(shù)下的單位脈沖響應,使用戶可以知道所設置的參數(shù)是否合理。(2預設模式。提供6種預設混響模式:教堂、音樂廳、臥室、石室、走廊、廣場,方便初級用戶體驗。(3早期反射控制和混響控制。提供14+13個混響參數(shù)的可調(diào)控制,并顯示參數(shù)數(shù)值,適用于高級用戶對特殊混響的處理。(4聲道模式。提供4中聲道選擇:左聲道混響、右聲道混響、雙聲道混響、

11、左右聲道交叉混響。當單聲道音樂輸入時,默認為左聲道混響。數(shù)字音頻混響器的軟件設計界面如圖5所示。圖5 數(shù)字音頻混響器的軟件設計界面4 結束語本文提出了FIR 結構的早期反射濾波器,解決了傳統(tǒng)的IIR 結構濾波器對音色影響的問題。經(jīng)M ATLAB 仿真證明,改進后的濾波器實現(xiàn)了較為理想的混響效果,并實現(xiàn)了數(shù)字音頻混響器的軟件設計。雖然FIR 濾波器的運算量較大,但是隨著高速數(shù)字信號處理器的誕生,復雜的信息量大的實時處(下轉第77頁72廣西科學院學報 2011年2月 第27卷第1期no auto-summ ar y通過采取配置相應的EIGRP協(xié)議之后,實現(xiàn)了廣西電視臺網(wǎng)絡系統(tǒng)中數(shù)據(jù)中心服務器、數(shù)據(jù)

12、中心連接的廣域網(wǎng)絡的鏈路的備份和動態(tài)負載均衡、入口和出口雙向的動態(tài)平衡、管理多個不同的ISP 的接入鏈路平衡和動態(tài)切換等,從而減少了產(chǎn)生環(huán)路的可能性。再者廣西電視臺的網(wǎng)絡是VLAN相對隔離、通過核心交換機互相組成局域網(wǎng)的網(wǎng)絡環(huán)境,通過在整個局域網(wǎng)絡內(nèi)部部署EIGRP協(xié)議可以把已經(jīng)發(fā)生的網(wǎng)絡環(huán)路風暴控制在一個很小的區(qū)域內(nèi),不波及整個局域網(wǎng)絡環(huán)境的正常使用,達到了選擇最佳路的效果,較好地解決了電視臺局域網(wǎng)絡中的環(huán)路故障問題。3 結束語本文分析廣西電視臺局域網(wǎng)網(wǎng)絡建設與實際使用過程中遇到的環(huán)路問題,并提出相應的處理措施和解決問題的方法和技術。這些工作成果對于其他單位局域網(wǎng)的建設與有效運行也具有實際參

13、考作用。下一步我們將研究如何完全消除局域網(wǎng)環(huán)路問題。參考文獻:1 方剛,江寶釧.局域網(wǎng)信息安全面臨的威脅分析和防范措施探討J.網(wǎng)絡安全技術與應用,2007,19(7,32-35.2 陳冠宇.局域網(wǎng)的安全策略J.大眾科學,2007,21(9:52-53.3 Far az Shamim,Z aheer A ziz,Johnso n L iu,et al.I P路由疑難解析M.北京:人民郵電出版社,2008.4 G lenn L epo re.CISCO路由器配置疑難解析M.北京:機械工業(yè)出版社,2009.(責任編輯:韋廷宗 鄧大玉(上接第72頁理成為可能,因此可采用FIR濾波器模擬早期反射,改進的

14、Schro eder混響濾波器可以推廣在實際中應用。參考文獻:1 Schr oeder M R.N atural so unding artificial rever ber a-tionJ.Journal of T he A udio Engineer ing Society,1962,10(3:219-223.2 Reichardt W,A bdel A lim O,Schmidt W.D ef initio n andbasis of making an objective evaluation to disting uishbetween useful and useless clarit y defining musical per-fo rmancesJ.A custica,