專利名稱：一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及音頻處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)
處理裝置。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)揚(yáng)聲器依然采用傳統(tǒng)的動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)。由于受制于其體積，小型揚(yáng)聲器的低頻重放能力非常差。然而，音頻的低頻成分在聽覺感知中起著非常重要的作用，直接影響著音頻的力度、豐滿度、柔和度等主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。如何改善小型揚(yáng)聲器的低頻重放能力一直是迫切需要解決的問題。傳統(tǒng)的使用均衡器提高低頻輸出功率的方法不僅使得音頻信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，而且對(duì)揚(yáng)聲器的損害非常大。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型提供一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，其音色和響度都更接近原音頻信號(hào)。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，包括高通濾波模塊、延時(shí)模塊、低通濾波模塊、低音處理模塊，所述高通濾波模塊的輸出端與延時(shí)模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與低音處理模塊的輸入端連接，所述高通濾波模塊的輸入端與低通濾波模塊的輸入端并聯(lián)后接音頻信號(hào)端，所述延時(shí)模塊的輸出端與低音處理模塊的輸出端并聯(lián)后接揚(yáng)聲器。所述低音處理模塊包括快速傅里葉變換模塊、第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊、第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊、正弦疊加模塊；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸入端相互并聯(lián)后與快速傅里葉變換模塊的輸出端連接；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸出端分別與第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸入端連接；所述第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸出端與正弦疊加模塊連接。本實(shí)用新型工作原理是，將同一通路信號(hào)分為兩路，其中一通路信號(hào)通過高通濾波處理模塊處理后得到信號(hào)高于揚(yáng)聲器截止頻率的成分，經(jīng)延時(shí)模塊處理后直接得到高頻信號(hào)；另一通路信號(hào)通過1000Hz的低通濾波模塊、低音處理模塊處理后得到虛擬低頻信號(hào)并與上述高頻信號(hào)疊加，最后輸出并通過揚(yáng)聲器重放聲音。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用諧波生成及峰值匹配模塊，生成幅度以0. 5指數(shù)衰減的三個(gè)諧波。選取0. 5為諧波比例系數(shù)是因?yàn)橹饔^音質(zhì)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以底數(shù)為0. 5的指數(shù)衰減的諧波音色還原較好。采用響度控制模塊處理并控制固定幅度比例的諧波復(fù)音響度。根據(jù)低頻基音的幅度，計(jì)算出不同頻率和不同聲壓級(jí)下低頻基音與其最小次諧波的幅度比例(W)，從而實(shí)現(xiàn)等響度。提高響度控制的精確度。如下表所示表1等響度諧波與基頻幅度比例
SPL/dB50607080IOOHz0. 300. 300. 380. 52125Hz0. 340. 360. 380. 53150Hz0. 390. 430. 430. 54本實(shí)用新型技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，可以精確的還原音頻的低音響度，使得處理后的音頻與原音頻的響度以及音感上更加接近。

圖1為本實(shí)用新型基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1低音處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型某一頻率點(diǎn)的諧波生成示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，包括高通濾波模塊、延時(shí)模塊、低通濾波模塊、低音處理模塊，所述高通濾波模塊的輸出端與延時(shí)模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與低音處理模塊的輸入端連接，所述高通濾波模塊的輸入端與低通濾波模塊的輸入端并聯(lián)后接音頻信號(hào)端，所述延時(shí)模塊的輸出端與低音處理模塊的輸出端并聯(lián)后接揚(yáng)聲器。所述低音處理模塊包括快速傅里葉變換模塊、第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊、第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊、正弦疊加模塊；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸入端相互并聯(lián)后與快速傅里葉變換模塊的輸出端連接；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸出端分別與第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸入端連接；所述第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸出端與正弦疊加模塊連接。將同一通路信號(hào)分為兩路，其中一通路信號(hào)通過高通濾波處理模塊處理后得到信號(hào)高于揚(yáng)聲器截止頻率的成分，經(jīng)延時(shí)模塊處理后直接得到高頻信號(hào)；另一通路信號(hào)通過 IOOOHz的低通濾波模塊、低音處理模塊處理后得到虛擬低頻信號(hào)并與上述高頻信號(hào)疊加， 最后輸出并通過揚(yáng)聲器還原出聲音。選擇1000Hz低通濾波處理是由于低音處理過程中的峰值匹配過程要先獲得原信號(hào)[Fc-4*Fc]范圍的頻譜。如圖2、圖3所示。低音處理模塊處理過程如下(1)經(jīng)低通濾波模塊處理的信號(hào)通過16倍降采樣處理進(jìn)行降采樣，再通過快速傅里葉變換模塊(FFT，點(diǎn)數(shù)為N= 1024，針移為N/2)處理后，得到該信號(hào)關(guān)于時(shí)間和頻率的二維頻譜信息，從二維的頻譜信息中分別獲取頻率Fc/2到Fc的幅度和相位信息、頻率 Fc/3到Fc/2的幅度和相位信息、頻率40Hz到Fc/3的幅度和相位信息；因?yàn)榈屯ㄐ盘?hào)只包含1000Hz以下的信號(hào)，可以進(jìn)行降采樣簡(jiǎn)化計(jì)算。原信號(hào)采樣率為44100，經(jīng)過16倍降采樣后采樣率約為2756。低通信號(hào)最高頻率1000Hz小于2756/2，依然滿足采樣定理。因?yàn)樯芍C波的頻率必須高于揚(yáng)聲器截止頻率Fe，頻率Fc/2到Fc的信號(hào)，生成 2、3、4次諧波；頻率Fc/3到Fc/2的信號(hào)，生成3、4、5次諧波；頻率40Hz到Fc/3的信號(hào)，生成4、5、6次諧波；由于人耳在某頻率點(diǎn)處約士5%的范圍內(nèi)均認(rèn)為音高一致，所以在每個(gè)諧波頻率的士5%的范圍內(nèi)搜索峰值，并采用該峰值處的頻率代替諧波頻率，進(jìn)行峰值匹配。(2)頻率Fc/2到Fc的信號(hào)通過第一諧波生成、峰值匹配模塊處理后，再由第一響度控制模塊處理；頻率Fc/3到Fc/2的信號(hào)通過第二諧波生成、峰值匹配模塊處理后，再由第二響度控制模塊處理；頻率40Hz到Fc/3的信號(hào)通過第三諧波生成、峰值匹配模塊處理后，再由第三響度控制模塊處理；經(jīng)過第一、第二、第三響度控制模塊處理后的信號(hào)通過正弦疊加模塊處理，得到時(shí)域信號(hào)，通過16倍上采樣處理，使信號(hào)的采樣率變回44100并通過揚(yáng)聲器重放。上述頻率Fc/2到Fc的信號(hào)，生成2、3、4次諧波，這三個(gè)諧波的幅度分別為Xn、Xn+1、 Xn+2 ；其中Xn = Wl^X0, Xn+1 = a*Xn，Xn+2 = a*Xn+1 ；a為諧波比例常數(shù)；wl為等響度控制系數(shù)； \為低頻信號(hào)幅度。上述頻率Fc/3到Fc/2的信號(hào)，生成3、4、5次諧波，這三個(gè)諧波的幅度分別為Xn、 Xn+1> Xn+2 ；其中 Xn = w2*X0, Xn+1 = a*Xn，Xn+2 = a*Xn+1 ；w2 為等響度控制系數(shù)。上述頻率40Hz到Fc/3的信號(hào)，生成生成4、5、6次諧波，這三個(gè)諧波的幅度分別為 Xn、Xn+1、Xn+2 ；其中 Xn = w3*X0, Xn+1 = a*Xn，Xn+2 = a*Xn+1 ；w3 為等響度控制系數(shù)。如上所述便可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，其特征在于包括高通濾波模塊、延時(shí)模塊、低通濾波模塊、低音處理模塊，所述高通濾波模塊的輸出端與延時(shí)模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與低音處理模塊的輸入端連接，所述高通濾波模塊的輸入端與低通濾波模塊的輸入端并聯(lián)后接音頻信號(hào)端，所述延時(shí)模塊的輸出端與低音處理模塊的輸出端并聯(lián)后接揚(yáng)聲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，其特征在于所述低音處理模塊包括快速傅里葉變換模塊、第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊、第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊、正弦疊加模塊；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸入端相互并聯(lián)后與快速傅里葉變換模塊的輸出端連接；所述第一諧波生成及峰值匹配模塊、第二諧波生成及峰值匹配模塊、第三諧波生成及峰值匹配模塊的輸出端分別與第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸入端連接；所述第一響度控制模塊、第二響度控制模塊、第三響度控制模塊的輸出端與正弦疊加模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于諧波控制的虛擬低音增強(qiáng)處理裝置，包括高通濾波模塊、延時(shí)模塊、低通濾波模塊、低音處理模塊，所述高通濾波模塊的輸出端與延時(shí)模塊的輸入端連接，所述低通濾波模塊的輸出端與低音處理模塊的輸入端連接，所述高通濾波模塊的輸入端與低通濾波模塊的輸入端并聯(lián)后接音頻信號(hào)端，所述延時(shí)模塊的輸出端與低音處理模塊的輸出端并聯(lián)后接揚(yáng)聲器。本專利可以精確的還原音頻的低音響度，使得處理后的音頻與原音頻的響度以及音感上更加接近，且方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H04R1/20GK202178861SQ20112028055
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者吳東海, 周加成, 謝志文 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)