专利名称：一种能够模拟不同音响环境的三维回声音效方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明致力于寻求建立不同声音环境的回声音效，旨在提高手持设备音 响系统的主观音频质量。
传统的三维回声音效，如图1所示，使用并行梳型滤波器组模拟多点反 射的回声环境，使用串行全通滤波器组获取瞬时冲击的时域响应和平坦的频 域响应。
根据上述方法，传统的三维回声技术假设任何频段中的所有音频信号具 有相同的衰减时间。此外，传统的三维回声技术也没有考虑三维环响对回声 的影响。因而，这种方法不能为真实的声音环境提供准确的模型，也无法再 现优质的三维回声效果。
更具体地说，如图1所示，传统三维回声技术ioo包括并行梳型滤波器
组110，信号混合器120，和串行全通滤波器组130。通过调节梳型滤波器 的延迟参数可模拟不同距离的声音反射效果；通过调节全通滤波器的延迟参 数和增益参数可获取不同的瞬时冲击的时域响应。
若一种三维回声方法或设备是实用的，它应该具备(l)简单因为该 方法要用于消费电子设备上，如手机、PDA等；(2)准确因为该方法必须 要逼真地再建真实的回声环境。目前尚无这样可用的三维回声方法和设备。
本发明涉及一种能够模拟不同声响环境下回声效果的方法和设备，尤其 涉及能够增强手持设备音效的方法和设备。
发明内容
本本发明的第一目标是提供一种能模拟各种音响环境的三维回声音效 方法和设备。
本发明的第二目标是提供一种适用于任何消费电子设备，如手机、PDA 等，并且能有效重建适用各种环境的三维回声音效方法和设备。
本发明的第三目标是在不需要大量系统资源的条件下，包括CPU和存储 器，能够提供一种准确的适用于各种环境的三维回声方法和设备。
根据本发明实例原则，通过提供三维回声引擎，以其最宽的涵盖形式， 基于给定的声音环境，确定回声模型的参数，以实现上述目标。
本发明实例将传入的音频信号运用滤波技术，分为低频和高频两个频 带。截止频率根据不同目标模拟环境来确定。振幅环绕应用于低频音频信号， 延迟环绕应用于高频音频信号。低频音频信号和高频音频信号的环绕输出被 输入到并行的修正梳型滤波器组以模拟在不同点的回声，并使不同频率的信 号具有不同的回声衰减时间。之后，将梳型滤波器组的输出加权叠加，并输 入到串行全通滤波器组以获取瞬时冲击的时域响应。经环绕处理过的音频信 号经延迟处理后与全通滤波器组的输出加权叠加以增强回声效果，并做为最 终音频信号输入到扬声器或耳机中。
本发明三维回声音效技术能高度准确地模拟三维回声效果是因为，本方 法在建立人体听觉系统主观感知的模型时，考虑到了以下两个因素(l)人 体听觉系统对回声的环绕音效是十分敏感的；(2)人体听觉系统在接收低频 和高频声音信号时具有不同的信号衰减时间。
由于本发明应用PCM音频信号，故可应用于任何音频和语音编解码标 准，以提供适用于不同环境下的三维回声音效。
图1传统三维回声音效法的工作原理图2全通滤波器的工作原理图3本发明三维回声音效法的工作原理图4本发明所使用嵌入低通滤波器的修正梳型滤波器的工作原理图。
具体实施例方式
如图3所示，本发明是通过三维回声引擎实现的，适用于任何消费电子 设备。三维回声引擎300由高通滤波器310，延迟环绕估算器315，低通滤 波器320，振幅环绕估算器325，混合器330，并行修正梳型滤波器组340， 混合器345，串行全通滤波器组350，延迟估算器360和混合器370组成. 与传统的三维回声技术不同，本发明三维回声技术对低频音频信号和高频音 频信号分别应用振幅环绕和延迟环绕。
嵌入到梳型滤波器的低通滤波器在不同频段对音频信号产生不同的衰 减时间。混合器440和450、延迟估算器460以及增益估算器a共同组成低 通滤波器，并与混合器410和430、延迟估算器420以及增益估算器g —起 构成修正的梳型滤波器，如图4所示。增益参数g和a，延迟参数M由模型 模拟的具体环境来确定。图2所示全通滤波器由增益参数g和延迟参数m来 确定。这两个参数由所模拟的回声环境来确定。因此，本发明三维回声方法 比传统方法更为准确。
为了了解本发明三维回声音效技术，有必要先了解一些三维回声音效的 一些基本原理。好的回声音效模型可以通过改变感知参数来模拟不同的回声 环境。 一套能够完全提供回声质量特征的独立参数组可分为三类
1.与频谱、声源能量和早期回声能量相关的声源感知参数*声音强度由声源能量与早期声源能量之比确定。
音色明亮度由回声能量高频部分的变化确定 *音色柔和度由衰减时间低频部分的变化确定。
2. 声源与环境相互作用的感知参数 *回声包络线由声源能量确定； *环境再现由回声能量确定；
回声强度由环境冲击响应的衰减时间确定。
3. 环境感知参数
*后回声强度由环境冲击响应的后衰减时间确定； *重音效果由衰减时间低频部分的变化确定； *逼真效果由衰减时间高频部分的变化确定。
在模型中，通过控制这些参数来模拟不同的音响环境。当声源播放时， 一些参数被感知为音色的丰富性，而一些其它参数从余音处被感知。回声强 度是一个重要的环境参数，它的取值取决于声源的频谱分布特性，例如，该 参数对于语音信号(频谱分布窄)取较小值，而对音乐信号(频谱分布宽) 取较高值。回声音效的目标是使声音信号可舒适的被接收而不是过分强烈。 然而，传统的三维回声方法在模型中没有考虑这些因素。
好的三维回声音效法应能够准确、有效地在三维空间中再建声源回声。 本发明三维回声音效技术通过下列步骤来实现设计目标(l)将传入的音频 信号分成高频带和低频带音频信号；(2)对高频带音频信号应用振幅环绕技 术，对低频带音频信号应用延迟环绕技术；(3)使用嵌有低通滤波器的并行 梳型滤波器组处理音频信号以使不同频带的音频信号实现不同衰减时间；4) 梳型滤波器的输出加权叠加后输入串型全通滤波器组以获取瞬时冲击响应；5)通过三维环绕的音频信号再经延迟处理后，与全通滤波器组的输出加权 叠加以取得更优回声效果。三维环绕、修正的梳型滤波器组和全通滤波器组 的参数由所模拟的具体环境的特性决定。
业内人士应该可以看出，发明三维回声音效的首要目的是再建不同环境 下的虚拟三维回声音效。由于整个方法的设计都基于人体听觉系统的主观感 觉，故本发明三维回声音效法能够生动再现真实的三维回声音效场景。
由于本发明的三维回声音效实例不需要专门的硬件支持，只通过软件即 可实现其功能，但不排除专门的硬件实现方式，因此该技术可容易地应用于 任何类型的消费电子产品上，如手机，PDA等。此外，本发明可用于任何音
频和语音编解码系统，如AAC， AAC+， MP3， WMA， RA, AMR等。
前面已经十分详细地描述了本发明所提请的技术，使业内人士能够了解 和使用本发明，但是，还要提请注意的是，在不偏离本发明实质的前提下， 还可以对所提请的技术发明进行变更和改进，并且本发明不受以上说明或附 图的限制，而是按照所附权利要求来予以限定。
权利要求
1.可模拟各种声音环境的三维回声音效法，由以下步骤组成a.将输入的音频信号分成两个频域段，对低频段进行振幅环绕处理，对高频段进行延迟环绕处理；b.步骤a的输出通过并行的修正梳型滤波器组进行处理；c.将步骤b的输出经加权叠加后输入串行全通滤波器组进行处理；d.步骤c的输出和经延迟处理的步骤a的输出加权叠加后，输入音响系统，如扬声器或耳机。
2. 如权利要求1所述的方法，其中步骤a还包括确定截止频率以将 音频信号分离成高、低频段，和基于不同模拟环境的延迟环绕参数和振幅环 绕参数的确定。
3. 如权利要求1所述的方法，其中步骤b还包括根据所模拟的具体 声音环境确定修正梳型滤波器的参数。
4. 如权利要求1所述的方法，其中步骤c还包括根据所模拟的具体 声音环境确定全通滤波器的参数。
5. 如权利要求1所述的方法，其中步骤d还包括根据所模拟的具体 声音环境确定步骤a输出的延迟参数。
6.适用各种声音环境的三维回声音效法的装置包括以下设备a. —个将输入音频信号分离成两个频域段，对低频信号进行振幅环绕 处理，对高频信号进行延迟环绕处理的设备；b. —套处理设备a输出信号的并行修正梳型滤波器组设备；C. 一套处理经加权叠加的设备b输出信号的串行全通滤波器组设备；d. —套对设备a的输出进行延迟处理并与设备C的输出加权叠加后输 入音响系统，如扬声器或耳机，的设备。
7. 如权利要求6所述设备，设备b还包括确定分离音频信号的截止频率和基于所模拟具体环境的延迟和振幅环绕参数的单元。
8. 如权利要求6所述设备，设备b还包括确定根据所模拟具体环境 确定修正梳型滤波器参数的单元。
9. 如权利要求6中所述设备，设备c还包括根据所模拟具体环境确 定全通滤波参数的单元。
10. 如权利要求6中所述设备，设备d还包括根据所模拟具体环境确 定步骤a输出的延迟参数的单元。
全文摘要
一种能够模拟不同音响环境的三维回声音效方法和设备。本发明三维回声音效法依据人体听觉的主观感知原理建立了一个新模型。通过调整模型中的设计参数可再现不同的声音环境。本发明实例基于以下两个发现1)三维环绕对声音的回声效果有影响；2)低通滤波器与梳型滤波器共同使用可使不同频率的音频信号具有不同的衰减时间。本发明所设计的三维回声音效方法既便于实施又能高效再现真实的回声环境。
文档编号G10K15/08GK101516055SQ200810057770
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月18日 优先权日2008年2月18日
发明者佳 严, 航 陈, 高成伟 申请人:昊迪移通(北京)技术有限公司;高成伟