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手机音频算法原理
落落 2021-09-22

EQ:均衡器:一般使用的是滤波器,通常使用的滤波器主要有四种类型:

低通滤波器lowpass:它的用途是使低于截止频率的信号全部通过,而对高于此频率的成分给予衰减; 低通滤波器主要作用去除嘶声或者高频噪声;第二,使某个乐器的高频上限变得更加分明。

高通滤波器hightpass:它的用途是使高于截止频率的信号全部通过,而对低于此频率的成分给予衰减;高通滤波器的作用是去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。

带通滤波器bandpass:它的用途是提升某一段特定频率附近的信号,而忽略过高和过低的频率部分; 

带阻滤波器notch:它的用途是衰减某一段特定频率附近的信号,而忽略过高和过低的频率成分。带通和带阻滤波器进行作用的频率范围我们称之为带宽。

 基本作用是通过对声音某一个或多个频段进行增益或衰减,从而达到调整音色的目的,

参数均衡器:通常包括三个参数:Frequency频率,Gain增益,Quantize频宽比;F:用于设定你要进行调整的频率点的参数;G:用于调整你设定的F值上进行增益或衰减的参数;Q:用于设定你要进行增益或衰减的频段宽度参数,Q值越小影响的宽度越大。

 

最好使用衰减功能而不使用提升。

1.如果声音浑浊,请衰减250hz附近的频段。

2.如果声音听起来有喇叭音,请衰减500hz附近的频段

3.当你试图让声音听起来更好,请考虑用衰减

4.当你试图让声音听起来与众不同,请考虑用提升

5.不要无中生有。(意思就是说不可能增益不存在的波形。如果你的录音设备限制或者是人声条件使然,根本就没有采集到、或者没有发出这个频段的声音,就不要浪费时间去调节这个频段的EQ想实现所谓的“效果”。)

AGC:自动增益控制:

手机上的微型扬声器本身灵敏度比较低,信号比较小的时候,声压级比较低,导致声音小,听不清细节。尤其是电影场景下,音频的动态范围比较大,爆炸声一类的声音信号幅值比较大,低声细语的声音信号幅值比较小,用户不仅要听到大声音,小声音的细节也需要听得到。基于此原因,需要对小信号进一步放大,压缩其动态范围,以确保小信号播放出来的声音也听的清。  

 

自动增益控制的处理原理:通过输入来控制输出信号增益,通过放大中小信号幅值,减小信号的动态范围,使整段信号大小变化均匀,从而提升中小信号的声音大小,进而提升整体响度。

MBDRC:多段动态范围压缩器:

由微型扬声器的频率响应可知,其在低于F0频段的频响呈现每倍频程12dB的衰减,通常扬声器的额定灵敏度是90dB(1w 10cm),200Hz基本上只有63dB,差不多衰减了27dB。

因此微型扬声器的低频(20-300Hz)的响度是很低的,远低于规格书标定的额定灵敏度。因此要提升低频响度,低频段的信号需要加更多的增益。

 

多段动态范围压缩器处理原理:相对于自动增益控制对整个频段的信号的总体增益进行处理,多段动态范围压缩器可以将整个band分为几段(以5段为例,分频点设置为360Hz,1200Hz,3800Hz,8000Hz),针对每个band单独做压缩处理,例如,band 1主要控制低频信号幅度,可以适当提升增益,来提升低频响应。同时,也可以反过来应用,减弱某个band的幅度,以控制杂音或齿音等。

DEQ:动态均衡器:

微型扬声器的频率响应较差,体现在以下几个方面:

(1)4kHz左右往往有个很高的谐振峰(一般该频点比2kHz高约14dB左右),听感上带来较强的齿音,典型曲目是口弦。大多数用户不喜欢这种比较突兀的声音,因此柔和的齿音和频响均衡是音质的基础。

(2)低频响应较差。不少歌曲或者电影、游戏音乐使用电音,带来较强的节奏感和震撼低音。微型扬声器低频响应不足,导致无法将低频还原出来。尤其是在小音量级的情况下,低频缺失的感受更为明显。从等响度曲线上可以看出,在相同的响度级的情况下(例如40 phon),越到低频,声压级越高。因此维持低频的听感,实际上需要更高的低频能量。

(3)F0附近的失真较高。微型扬声器因为结构和制造工艺的原因,在F0附近的振动幅度较大,产生较强的非线性振动,因此失真较高。典型场景是播放钢琴音曲目,会听到滋滋声杂音。不过在小音量下,振动幅度降低,失真降低,杂音也随之减弱。

(4)整机结构导致的失真。扬声器在装配到手机上时,会与网布和出声孔耦合,导致在1.5kHz附近产生一个失真小高峰,降低声音该失真也随之降低。虽然该失真未必会产生主观感受,但仍然可能会对音质产生影响。

针对以上这些特殊的案例,可以发现在不同声音大小的情况下,扬声器对音质的影响不是恒定的。

传统的参数EQ的增益值是固定的,不随信号幅度的改变而改变,这对人声等细节会有影响。

通过动态控制这些频点的响应,实现既保证了音质(对影响音质的频点进行压制)又保证了响度不会降低太多。

 

DRC(dynamic range compress)动态范围压缩:。其作用相当于power limiter来保护负载不被烧坏。当输出的音频信号不是很大的时候,系统会按照原来的设定输出,但是当输出的音频信号过大的时候,为了保护喇叭DRC会将输出信号的幅度进行压缩将其限制在一个范围内。因为输出的音频信号过大会引起削峰,从而引起音频失真,并且损坏喇叭,所以需要有DRC的作用来将输出限制在一定的范围内。在信号很小的时候DRC是不会起作用的,只有当输出信号的功率超过了你设定的DRC门限的时候DRC才会工作。

动态范围控制器的类型:分为四个部分:噪声门noise gate、扩展器expand、压缩器compressor、限幅limiter

噪声门:可以限制低于给定阈值的信号,消除噪声。

扩展器:减弱低于给定阈值的小声信号的音量,可以使得小的信号声音听起来更清晰;主要使用向上扩展器,增益小信号。

压缩器:减弱超过给定阈值的大信号的音量,可以保护硬件;增加整体响度;

限幅:是压缩器的一种,可以限制超过给定阈值的信号,防止超过设定的振幅;

Attack & Release

当一段信号被压缩后,并不是马上就被压缩,而是有一段明显的弧度,这个弧度所用的时间就是Attack;同理,在音频信号结束压缩之后,也不是马上就恢复到所原有的音量,也有一个弧度,这个弧度所用的时间就是release。通过这两段时间的设定,我们可以控制效果器作用的缓冲时间,如果没有这段时间,声音听起来不自然。单位统称都是毫秒。

Attack time:

短的attack time会在原始起振阶段开始下降后的很短时间内,产生全部的增益衰减量,所产生的动态包络与输入信号的动态包络有些相似。长的attack time效果与此大为不同,长的attack time会使得信号的动态包络发生很大变化,从而导致我们不希望得到的音色。

谈到attack time,必须要考虑的一个问题是:信号实际上产生了多大的增益衰减量,增益衰减量越大,attack time的效果也就越显著。

快速的attack time会带来另一个问题是低频失真。产生原因:低频信号周期很长,足以让压缩器在每一个周期内产生反应,而不是让压缩器对整个信号的动态包络产生反应。

较长的attack time能够削弱信号的高频,使得压缩器处理能够影响到信号的音色。产生的原因:高频信号是由电平的快速反应周期变化产生的,而低频信号则是由电平慢速的周期变化产生的。

低频的attcak time时间应该比高频的attack time 时间要长一些;

Release time:

很短的release time也会导致低频失真。较长的release time会削弱信号的高频,原理同attack time一样。较短的release time会带来更多的压缩,更明显的压缩效果和响度提升。release time较长,意味着只能保留较少的信号原始衰减部分,而且还能够让信号音色产生变化。

对非打击类乐器而言采用较短的建立和释放时间,而对于打击类乐器而言应采用较长的建立和释放时间。

Attack time的变化范围通常是在0.01ms~250ms,而release time的变化范围通常在5ms~3000ms。重要的是,一定要清楚这两个时间常数表示的都是增益衰减能够以多快的速度进行变化,而不是增益衰减产生变化所需要的时间

 

VB虚拟低音:原理:虚拟低音来源于一种别称为“虚拟音调”的现象,对于一段包含谐波的音频,其基频部分决定了该信号的音调。而音色是人们对各谐波成分比例的主观感受。例如:当存在f,2f,3f,4f四个频率的音频信号,其音调会被认为f,将f去掉后的音频信号,人们会感受到音色有些变化,但其音调仍会被认为f,这种现象被称为“基因缺失”。虚拟低音增强系统正是利用这个现象来增强低音的表现。

DSW:动态立体声扩展:

从内容源上消除左右声道的差异,进而达到声场扩展的效果。但是传统方式会对人声有一定衰减,通过动态计算衰减因子,来保证在不影响人声的前提下实现左右声场拓宽;

左右通道信号输入,各自分为二个部分,左声道使用右声道的一些信号,右声道使用左声道的一些信号,通过动态控制衰减因子来调整声场。左声道+处理过的右声道和右声道+处理过的左声道经过混音,各自输出信号。

通过动态控制衰减因子ratio,来动态调整声场,见公式,

衰减因子ratio,通过计算左右声道的相关度来得到,

为了确保不会出现异常情况需要对ratio的范围进行限制,

   

 


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