音频信号混响器设计说明

摘要

混响器作为音频系统中十分重要的一部分，备受录音师们的青睐。它不仅能修饰和修补声音，还可以模拟出真实环境的效果。混响可以增加声音的美感，其应用十分广泛。本文主要介绍了混响的原理和混响器的技术指标，及混响器的发展方向。并建立出混响模型及利用MATLAB进行音频信号的混响处理。还介绍了音频信号的格式以及与MATLAB相关的音频信号格式等。编写出延时混响程序，利用这些程序对歌曲进行混响处理。通过试听，混响的效果较好。

关键词信号处理，MATLAB，延时，混响

ABSTRACT

Reverb as a very important part of audio system, much sound engineer of all ages. It not only can be modified and patch sounds, you can also simulate the real environment effects. Reverb can increase the beauty of the sound, which is widely used. This paper introduces the principle and reverb technical indicators, and the development direction of reverb. And the establishment of a reverberation model and the audio signal using MATLAB reverb processing. Also describes the format of the audio signal is an audio signal associated with the MATLAB format. Write delay reverb program, and take advantage of these programs and listen to the song reverb effect.

Keywords Signal Processing，MATLAB，delay，Reverberation

目录

摘要······························I ABSTRACT·····························II

1 绪论 (1)

1.1课题背景 (1)

1.1.1 混响器简介 (1)

1.1.2 数字混响器的工作原理 (1)

1.1.3 混响器的发展现状 (1)

1.2语音信号处理 (2)

1.2.1 信号的定义 (2)

1.2.2 语音信号处理的发展 (3)

1.2.3 MATLAB在数字语音信号处理中的应用 (3)

1.3设计理念 (4)

2 混响的原理 (6)

2.1全通滤波混响模型 (6)

2.2延时 (6)

2.3混响 (7)

2.4声激励 (8)

2.5相位的调节 (9)

2.6整体缩混输出 (9)

2.7多重混响处理 (10)

2.8频率均衡 (10)

3 音频信号与MATALB (13)

3.1音频信号的格式 (13)

3.2MATLAB能读取的音频格式 (14)

4 设计步骤和编程 (16)

4.1用MATLAB读取一段音频信号 (16)

4.2对音频信号进行混响 (16)

4.3播放混响后的音频信号 (16)

4.4全通结构的混响器 (16)

5 实验步骤 (18)

6 结论 (21)

参考文献 (22)

附录 (23)

致 (25)

1 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 混响器简介

混响器是音频系统中普遍使用的周边设备，它可以改变室的混响时间，对较“干”的信号进行再加工，以增加空间感，提高音响系统的丰满度。也可以人为地制造一些特殊效果，如山谷、山洞的回声效果等。板式混响器可以说是人工混响器的鼻祖，体积很大而且笨重，只能固定在一个地方使用，安装时要采取隔声措施和防振措施后才能使用。随着计算机科学的高速发展，以及数字音频技术的发展，出现了数字混响器，数字混响器逐渐取代了古老的板式混响器，并且应用更广泛。数字混响器采用数字信号处理技术重现混响效果，提供了比模拟混响器更灵活多变、适应各种需要的效果模式。

常用的混响器有机械式（如弹簧混响器、钢板混响器、箔式混响器等）混响器、磁混响器和模拟电子混响器、数字混响器等四种。后两者具有频率围宽，混响特性好，信噪比高，调节围大，调整方便等优点，因此被广泛应用于电子扩声系统中。

1.1.2 数字混响器的工作原理

数字式混响器的工作原理是：先将信号经过A/D转换，把音频信号变为数字信号存储在移位寄存器（MOS）和随机延迟存储器（RAM）的存储单元中，经编码后的数字信号由计算机对其进行运算、处理，最后经过D/A转换，以获得所需的各种混响声和自然效果声。采用数字式混响器对信号的电平、位置、延迟时间以及混响信息均可自由控制、无频率畸变和染色失真现象，所以能够获得更为自然的混响效果，以及自然界根本无法得到的特殊音响效果，故又称之为效果器。

1.1.3 混响器的发展现状

长久以来，混响器作为音频制作、声学应用等各种应用层面的有力因素，为其提供了源源不竭的活力。混响器可以增加声音的空间感，其利用声音反射相对较小的特点来添加空间感，从而使声音更加悦耳。它是一个神奇的声音加工工具，

是所有音频制作相关行业的从业者再熟悉不过的工具了，也是现代流行音乐录音制作、影视歌曲制作中不可或缺的有力工具。对于数字混响器的研究应用，美国莱斯康的PCM 480L、960L。丹麦TC电子混响的Reverb 6000、Reverb 4000等硬件混响装置凭借其优良的算法和出色的声音效果，多年以来仍然是世界上主要的工作室、各大录音棚、电影混音棚里使用最为广泛的混响制作工具。随着科技的不断发展，包括混响操作等问题，数字DSP技术已经可以很好地把计算任务交给专用的DSP芯片来解决，而且已经被TC电子和SSL等音频设备知名厂商大力推广，大大减少了不能做多任务运算的电脑的CPU芯片的负担，从而保证了更加稳定的数字音频工作站（DAW）的运行，因为厂家生产的DSP效果卡等也都有自己的特殊功能，这些DSP效果混响卡继承了很多真正的硬件混响的特点。此外，这些产品可以对VST、AU、RTAS等插件格式的主流音频工作站进行无缝，所以这些产品被许多录音师和工程师追捧。近年来，随着不断提高的CPU的速度，出现了64位运算和多核中央处理器的计算机，以前过大混响计算量不能一次达到，而卓越的CPU 的出现很好地解决了这一问题，并且有一个很好的发展前景。

如此强大的音频信号混响器无论是在公共商业演出还是家庭娱乐中，均发挥着重要作用，它能让我们拥有丰厚，饱满的声音体验，极提高了我们的生活质量和精神追求。随着数字技术的发展，当今的数字混响器具有灵活多变等特点，可为我们提供各种需求，根据中国商务部的调查分析，未来五年，混响器产业所带来的效益将以每年百分之二十左右增长。并且用户对产品的期望也越来越高，所以有越来越多的企业开始着力开发更好更完美的混响器产品。不只是在混响器，现在已有混响室等设计理念，并且会有更多的设计理念出来。然而当今的混响器市场主要被国外企业占据，但国市场巨大，这就为我们的产品设计提供了广阔的市场空间。

1.2 语音信号处理

1.2.1 信号的定义

信号是传递信息的函数。离散时间信号可以用图形来表示。根据不同的信号的特性，信号可以表示成一个或几个函数的自变量。例如，图像信号就是空间位置（二元变量）的亮度函数。一维变量可以是时间，也可以是其他的参量，习惯上将一维变量看成是时间。信号可以分为以下几种：

（1）离散时间信号：时间为离散变量的信号，即独立变量时间被量化了。而幅度仍是连续变化的。