变声器的原理分类实现及应用

变声器的原理、分类、实现及应用

2009130309 徐佩

变声器的原理：变声器是通过改变输入声音频率，进而改变声音的音色、音调，使输出声音在感官上与原声音不同。变声器是借助对声音音色和音调的双重复合改变，

实现输出声音的改变的。通过自己发音，共振峰频率的改变是基本重采样实

现的，从重采样原理知道，这也同时引发了基频的变化，为保证基频变化和

共振频率变化的独立、互不相关，在基频移动是必须考虑抵消重采样带来的

偏移，理论上只要基频检测足够精确，确保可以保证基频改变和共振峰频率

改变间的互不相关，通过搬移和改变基频、语速，实现变声。

变声器的分类：根据变声器材质不同，变声器分为变声器硬件和变声器软件。变声器硬件，即通过硬件实现变声的工具变声原理。无论是硬件变声器，还是软件变声

器，其原理都是，通过改变输入声音频率，进而改变声音的音色、音调，

使输出声音在感官上与原声音不同。我们每个人的声音不同，源于我们

的每个人的音色和音调不同，我们所说的男中音、男高音，就是音调的

不同，而即便音调一致，我们依然能区分出两个不同人的声音，或不同

乐器的声音，这就是音色的不同。变声器，正是借助对声音音色和音调

的双重复合改变，实现输出声音的改变。其功能要点如下：

1.无限制式多格式录音：可以对来自麦克风、系统等众多设备的声音进

行实时的录制，支持多设备选择性录音，录音不需要临时文件，并可一

次性保存为WAV/WMA/MP3等众多流行格式。在录音过程中还允许对声音

进行男女变声处理！

2.音乐重混音录制功能：允许您选择一首歌曲（音频或视频），然后对

其进行各种特效处理，比如保持原唱的同时进行节奏快慢处理，或者进

行男女声变换处理。在混录过程中也允许您随时调节各特效参数，就像

一个专业混音师那样！通过这些混录功能，您可以制作出和原音乐风格

不同的轻快歌曲或类似迪斯科类型的快速歌曲，也可以是更轻柔的背景

歌曲！然后您新创作的歌曲将可以保存为新的音频文件。

3.文件混音功能：支持对一首歌曲（音频或视频）进行裁剪并对结尾部分施

加淡出效果，或增大原音乐音量，同时还允许将其和其他音乐进行混音处理，

并允许保存为WAV/WMA/MP3等众多流行格式。

变声器的实现：插值以后重新抽样。基本过程是这样的：已知当前帧帧长FL （采样）点，采样频率Fs ，目标变换帧频率Fs’ ，则目标变换帧帧长FL’=FL*Fs’/Fs 。

记R ate = Fs’/Fs ，那么FL’=FL * Rate ，其中Rate 为基频变化率。变换

开始时，先求得FL 和FL’ 的最小公倍数AL ，再将原音频帧插值为AL

点，最后将插值后的语音段重新抽样，得到长FL’ 点的变声后的数据。

专用变音集成电路

1、特点：宽电压范围3.0-5.0V＊无需外部存储器＊低功耗＊使用可变电阻

或者开关来调整声音效果＊可选择高音低音放大音机器人声音可以应用于玩

具变声，电话系统或其他声音领域＊有静音功能

2、概述：RTS0072B是一种单片CMOS大规模集成电路设计的语音转换ＩＣ，

它可以将声音移调或转变成另外一个声音，通过将输入的正常速率的声音信

号进行非正常速度的编码转换，这是通过输入音频信号抽样后转换成数字信

号，并重组数信号以产生不同的声音。

3、管脚图和内部功能图：

Ra:麦克风调节控制,(40K – 20K) VR2: 音量控制 Rb: 最小音量設

定(22-120Ω) 上图为增加了LM386放大的应用电路,下图为三极管放大的应

用电路

变声器的应用：变声器是通过改变输入音频的音色、音调，并将变声后的音频输出的工具。

语音转换是指改变一个说话人的语音个性特征，使之具有另外一个说话人的

语音个性特征。语音转换拥有很广泛的应用空间，例如：

1、在文语转换系统中应用。

2、可以在电影配音中应用。

3、语音转换的思想可以用于恢复受损语音，帮助声道受损的说话人

的语音提高可懂度。

4、可用于在保密通信中进行语音个性化的伪装。

5、作为语音识别的前端预处理，减少说话人差异的影响。语音的个性特征可

以分为以下三类：

●音段特征：描述的是语音的音色特征。特征参数主要包括基音频率、

共振峰位置、共振峰带宽、基音频率、能量等。

●超音段特征：描述的是语音的韵律特征。特征参数主要包括因素的时

长、基音频率的变化（音调）、能量等。

●语言特征：包括习惯用语、方言、口音等。基音是指发浊音时声带振

动所引起的周期性，而基音周期是指声带振动频率的倒数。基音周期是语音信号最重要的参数之一，它描述了语音激励源的一个重要特征。不同的人以及同一个人在不同的年龄时期有不同的基音周期。人唱歌时，其基音频率范围大约是：童声高音频率范围为 260-880Hz ，低音频率范围为 196-700Hz ，女声高音频率范围为 220-1.1KHz, 低音频率范围为200-700Hz ，男声高音频率范围为160-523Hz 低音频率范围为80-358Hz 。此外，基音的变化模式称为声调，它携带着非常重要的具有辨意作用的信息。本文先就如何实时地通过基音频率的变化来实现语声变声，进行讨论，一个并在 Matlab平台上仿真并验证了算法。然后对处理后的语音添加场景效果等，在 DSP 上实现了一个集变声与特效处理一体的实时话音变换设备。