[發(fā)明專利]基于等響曲線的根據(jù)音量調(diào)整自動還原聲音信號音色的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210418043.2
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102915741A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石復(fù)霖
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G10L21/003
• 分類號: G10L21/003;H03G7/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，涉及一種對聲音信號進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ貏e是一種基于等響曲線的根據(jù)音量調(diào)整自動還原聲音信號音色的方法。?

背景技術(shù)

音量控制的實(shí)質(zhì)是縮放音頻信號波形的幅度以改變它的聲壓。音量是指人耳對所聽到的聲音大小強(qiáng)弱的主觀感受，它和聲壓是不同的。聲波傳播時，空氣媒質(zhì)各部分產(chǎn)生壓縮與膨脹的周期性變化，這變化部分的壓強(qiáng)與靜態(tài)壓強(qiáng)的差值稱為聲壓。聲壓是一個客觀的量。而現(xiàn)在的電子設(shè)備中，所有的音量大小的調(diào)整，其實(shí)質(zhì)都是調(diào)整電流的大小，電流大小的改變也就意味著音頻信號的幅度被縮放了。?

而根據(jù)等響曲線的特性對音頻信號進(jìn)行補(bǔ)償這項(xiàng)技術(shù)在等響曲線誕生后不久就被提出。在1959年，M.H.Estkowski就發(fā)表了一篇名為“Tone?compensated?loudness?control”的論文。在這篇論文中，他根據(jù)等響曲線的特性，設(shè)計了響度控制電路，用來補(bǔ)償當(dāng)音量有所調(diào)整時低頻段與高頻的失真。在這之后，就在功放上出現(xiàn)了loudness的功能。loudness功能其實(shí)就是在功放中內(nèi)置了一個等響度控制電路。但是，這一技術(shù)是對模擬信號進(jìn)行處理，而模擬信號處理是難以做到高精度的，它受環(huán)境的影響大，可靠性較差，而且不靈活。?

在2000年，一位新加坡南洋理工大學(xué)的學(xué)者Woon?S.?Gan提出了使用計算機(jī)對聲音信號進(jìn)行處理，拋棄了響度控制電路這一模擬處理方式。但是，他的研究對象是有源噪聲控制（Active?noise?control）技術(shù)，他提到如果以等響曲線為參考，有源噪聲控制技術(shù)會更加符合人的主觀感受。?

2007年，國內(nèi)的學(xué)者也提出了類似的觀點(diǎn)，姜順明和陳南在他們的《基于響度控制的封閉腔有源噪聲控制》這篇論文中也提到，如果引入等響曲線為參考，有源噪聲控制技術(shù)將更加合理。?

在國內(nèi)外的研究中，自適應(yīng)噪聲控制、自適應(yīng)噪聲均衡這些概念已經(jīng)被提出，也是利用等響曲線作為參考，從而獲得更加符合人耳主觀感受的效果。但是，他們的研究對象是有源噪聲，這和音樂播放是不同的。總而言之，目前的音量控制技術(shù)不適應(yīng)人耳的主觀感受，它會帶來音質(zhì)變差，音色改變等問題。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于等響曲線的根據(jù)音量調(diào)整自動還原聲音信號音色的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。?

目前的音量調(diào)整忽略了人耳的主觀感受。目前的調(diào)整實(shí)際上是縮放了音頻信號的幅度，每個頻率上的聲壓級的變化都是相等的。這不符合人耳的主觀感受。所以這就是造成音量與音質(zhì)成為矛盾的重要原因之一。?

因此，當(dāng)對聲音信號調(diào)節(jié)增益時，如果根據(jù)等響曲線的特性對失真的頻率做一些補(bǔ)償，那么可以使得音質(zhì)與原始信號的音質(zhì)一致。?

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：?

1．一種基于等響曲線的根據(jù)音量調(diào)整自動還原聲音信號音色的方法，其特征在于通過對等響曲線的量化分析，結(jié)合在調(diào)整音量時產(chǎn)生的增益變化量△S，自動地對信號做出補(bǔ)償，達(dá)到還原音質(zhì)的目的；具體操作步驟如下：

(1)?在控制音量時，產(chǎn)生的增益變化量△S作用在聲音文件的時域信號S上，得到了增益后的時域信號S’；將這個時域信號S’進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域信號S_f?；

(2)?用數(shù)字濾波器對該頻域信號S_f進(jìn)行濾波，將它分為若干段頻域信號；

(3)?對等響曲線進(jìn)行量化分析，得出在不同增益變化量△S的情況下，各個頻率段的補(bǔ)償系數(shù)；

(4)?結(jié)合補(bǔ)償系數(shù)，得到各段頻域信號的補(bǔ)償信號；

(5)?最后通過補(bǔ)償信號對時域信號S’完成補(bǔ)償，得到最終的輸出信號S_c。

上述增益變化量△S是一個與原有信號相乘，放大或縮小原有信號的系數(shù)。?

上述數(shù)字濾波器選用的是FIR帶通濾波器。?

上述補(bǔ)償信號是各段頻域信號與各自的補(bǔ)償系數(shù)的乘積。?

上述補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)最終是通過將補(bǔ)償信號的時域信號與時域信號S’相加完成。?

上述補(bǔ)償?shù)牧渴峭ㄟ^對等響曲線的量化分析得出的。其分析步驟如下：?

(1)?一條等響曲線上的每一個點(diǎn)h，都是由頻率f和聲壓級S決定的，可以得到：h?=?G?(?f，S?)這樣的關(guān)系，h代表等響曲線上的某一個點(diǎn)，f代表頻率，S代表聲壓級，G是他們之間的對應(yīng)關(guān)系；