基于源-镜像法的混响滤波器的设计与性能研究.pdfVIP

音频声学 基于源一镜像法的混响滤波器的设计与性能研究 童颖，顾亚平，张俊，杨小平 中国科学院声学研究所东海研究站 摘要：为模拟不同环境下的混响效果，改善音频音质，本文提出一种基于ARC600可配 置处理器的数字混响系统。为设计一种房间参数可调的混晌器，本文结合室内几何声学 的特性，采用源一镜像法得到前期混响的滤波器参数，采用改进的Schroeder模型模拟后 期混响的特性，其中低通滤波器用来模拟空气对高频吸收作用。用Matlab软件对该系统 进行仿真，仿真结果表明此混响算法能逼真的模拟厅堂的自然混响特性。最后结合 ARC600内存结构对算法进行优化，提高该系统在DSP平台上运行的实时性。 关键词：数字混响系统源．镜像法Schroeder模型ARC600 l 引言 随着数字化消费领域的快速发展，混响作为一种音效被广泛的应用于高清数 字电视、便携式媒体设备和车载娱乐设备。它可以通过修饰声音，让人产生空间 感，得到不同房间的最佳听音感受。人工混响11】可以通过两种方法实现：一、物理 逼近，通过对真实房间直接测量或由基于几何模型的虚拟房间来获得房间脉冲响 应，但是这种方法计算量太大，不利于DSP实现；二、听觉逼近，在满足入耳分 辨惰性率内，通过数字滤波器的方法来产生逼近真实房间的混响曲线，然而这种 方法不能调节房间参数，灵活性不强。本文将结合基于几何模型的源．镜像法[2】和 Schroeder模型【3J，设计一种房间参数可调且计算量在可控范围内的混响滤波器。 2 混晌算法 2，1源．镜像模型 在室内声学里，混响与房间主观音质有着重要的关系，包括混响时间RT60、 房间脉冲响应、清晰度指标等等。Allen和Berkley提出的源．镜像模型是模拟房间 脉冲响应应用最广泛的模型。源．镜像模型基于镜面反射虚源原理，用几何法作图 求得镜像声源的反射轨迹【4】。如图1所示。源．镜像模型将房间看成一个多面声学 反射镜，每个声源可以对应8个虚拟镜像声源。根据在给定的最远距离内的所有 虚拟镜像声源，可以得出从声源到接收器的所有声学传播路径，进而得到这个房 的房间脉冲响应。以L=【X，Y，Zr】表示房间在x、Y、Z方向的尺寸，由图l可以得 -393． —主旦型堂堕童堂塑逝塑垒建逝曼Q旦生壁筮真厘堂盔窒速金 出虚拟声源到接收器在X、Y、Z方向上的位置坐标，以X方向为例： 而=(一1)‘％+[f十斟姊一xm 因此虚拟镜像声源到接收器的距离为： ％七=两 (2) 利用FIR滤波器来模拟不同声线的路径。FIR滤波器的延时时间由虚拟镜像声 源到接收器的距离决定，增益系数由墙壁的反射系数与虚拟镜像声源的距离(即 不同距离处声线的反射次数不一样)决定。考虑到在实际生活巾，室内边界是非 刚性边界，对声都存在一定的吸收和反射，在不影响整体效果的前提下，可以假 设反射系数是与入射角无关的。FIR滤波器的参数设置如下： d-r 第i个抽头的延迟时间 乙=—— ’ (3) C 第i个抽头的增益系数 9i_口丢a (4) 衰减系数 口=fll母C (5) 其中r为声源到接收器的距离，仅为虚拟镜像声源相对于声源的衰减系数，S为 声音传播过程中碰到的所有墙壁的数目，C为声音在室内的传播速度，fS是采样