虚拟低音的实现原理方案.doc

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1、虚拟低音的实现原理及验证方案背景和理论原理:在当前手持设备或英他消费电子设备中，山于体积和外形的要求，作为发声的喇叭尺寸受到了极大限制，尺寸的限制造成了喇叭对于低音部分无法响应.造成音频部分低音的缺失,尢法给消费者提供更高要求的享受.在人耳的研究中发现，人可以对两个高音的差频产生响应，给了听觉上造成低音的感觉,这就是所谓的虚拟低音.实现算法框音频信号高通滤波器IIPFIN低通滤波器LPFIN其中谐波发生器和增益控制器的框图采用MAXBASS公布的算法：如图2这里我们可以看出我们需要做的就是：•提収低音信号和高音信号，需耍设计一个高通和低通滤波器，低通滤波器来提収低音

2、信号，高通滤波器來提取高音信号，低通滤波器的截止频率为扬声器的截止频率，在demo的时候我们做成固沱的100H乙•谐波发生器.•混频器.滤波器滤波器我们采用mnlbb的FDATOOLI具來实现，然后可以根据工具生成的系数，根据滤波器的结构采用matlab语言自C编写.滤波器可以看见的总共有4个，输入高低滤波的滤波器HPF-IN和LPF-IN,这两个滤波器的功率互补的.HPF-OUT和HPF-IN是一样的.HPF-FB是反馈冋路高通滤波器.滤波器截至频率过渡带斜率阻带通带其它要求LPF-IN人于扬声器过渡带斜率-40dB0.05dB功率互补HPF-INfc大于扬声器过

3、渡带斜率-40dB0.05dBHPF-OUT£人于扬声器过渡带斜率-40dB0.05dBN/AHPF-FB臥2dBIOctN/A0.5dBN/ALPF-EV10HzN/AN/A0.5dB积分型LPF-SM10HzN/AN/A0.5dBN/A表5-1滤波器的设计规格上图可知，上面提到的4个滤波器的截I上频率都是可调的.这里需要注意.一开始我们可以做成频率固定的，因为我们可能并不会做成IC的形式，因此可以在软件中随时调整截止频率.自动幅度控制模块：lioXJphoite)9070504030H14Irlln>Thresholdofaudibility705030Pho

4、n20406010020030010002000500010k20kFrequency(Hz)上图为等响度曲线图，我们可以看出不同的频率，相同的升压变化造成的响度变化是不同的.这里我们定义声压■响度扩展比率，即升压变化/响度变化的值R.在频率为20〜700hz,响度为20-80方内:R的值可以近似为：EOIn(/>0.241-0579保持谐波响度对声压级的动态特性于基频处一致対于还原虚拟低音的响度和音色十分重要.RR(f,n)定义如下.ln(/)«0.241-0.579吨小昨).。・24“町)。24—0.579ln(/)-0.241-0.579RR(了、n)=1+h

5、i(zz)•0.241•/?(/)从上式看出,RR(f,n)和ln(n)及R⑴成正比•而f又同R⑴基本成反比.根据定义得知，我们需要谐波的幅度和基波幅度的比值应该为RR(f,n)Enf=Ef*RR(f,n);而经过混频器后，谐波输出的幅度并不能满足上述条件.需要乘上一个系数H,很明显这个系数和谐波次数和基频频率相关，这将引入计算和实现的复杂度，在这里我们需要简化.我们知道，声强主要有主谐波决定，通过计算我们得出系数近似H=A(TK;K大概为0.64.A0是输入信号的幅度.A(TK次我们可以采用拟合函数拟合.包络检测：包络检测我们可以用滤波器的方法，也可以用普通的包络

6、检测算法.这里我们采用普通的包络检测算法，包络这里其实就是峰值检测，算法如下:当lx(n)l

7、x(")

8、肖lx（n）l>xpeak（n・l）XPEAK（〃）=（1一R「）•XpEAK（门一•）其中:/-2.27sAT=I—expI，hIb/1000丿/-2.27sRT=—exphS/1000丿这里o是两个吋间常数，分别含义是跟进峰值时间，和峰值释放时间，这里我们可以设置ta=0.2ms,tr=200ms.单位为毫秒ms.ts是采样吋间.单位为秒s.混音算法高音和低音的谐波相加

9、,这里应该需要混音的算法，目前混音的算法有线性相加等算法,我们到吋可以根据效果采用一个.总结一下我对混音算法的学习，大概有以下几种方式：1.直接加和2.加和后再除以混音通道数，防止溢出3.加和并箝位，如有溢出就设最大值4.饱和处理，接近最大值时进行扭曲5.归一化处理，全部乘个系数，使幅值归一化。（只适用于文件）6.衰减因子法，用衰减因子限制幅值。具体采用那种方法，我们可以到时根据效果来调整.难度分析：从上而看，我们目前的难度主要在滤波器的设计，尤其是功率互补的两个滤波器的设计,我们在这方面并没有经验，滤波器的设计需要很扎实的信号处理，数学等基础，血这方面一般都是