浅谈音频特效

Tamratom

浅谈音频特效
音频特效(一)
       各种mp3或mp4播放器都有音频特效功能，可以实现几种主流的音频特效，如：3D效果，也就是立体环绕效果，大厅效果，就是充分利用回声，控制好时间来实现各种室内效果。音频特效种类很多，有各种各样的实现模型。对其深入研究既可以进相关的知识，如音频知识，数字信号处理知识得到更深入的学习，又可以将自己研究的各种音频特效应该到实现产品中。
      前段时间完成一音频特效，项目主要是在一DSP评估板子上实现一些基本的音频特效。在这期间，对音频特效当前整体现状有了一个较为全面的，同时也在这板子上实现了好几种的音频特效播放效果。这次就与大家一起共享一篇关于延时效果（Delay Effects）：回旋（Flanging）、合唱（Chorusing）、回声（Echo）文章，相关链接忘是那了。
    －　概述
　　时间延时效果可以产生回旋，回声，合唱，延时，立体声模拟（stereo simulation）等许多种效果。有些设备为每一种效果设定了一种独立的效果算法，而另外一些则只是提供了很简单的时间延时效果，然后对其进行改变来实现各种不同的效果。相位（phrasing）、回旋和合唱是由很短的延时时间而产生的，因此你不会觉得它们与延时效果有过多的相似之处。虽然如此，延时效果毕竟还是这些效果中最最基本的。
－　工作原理
　　时间延时效果是将输入信号录制到数字化的内存中，然后经过一段短暂的时间之后再将其读出来。将输出信号的一部分反馈回输入端，使之再进入到延时的循环中去，于是得到一种重复的回声效果。调制（modulation）参数，这是一种在某一特定范围内进行延时时间变化的参数，它用来制造一种很活泼的变化效果--延时时间在最大值和最小值之间不断地来回变化。
－　重要的参数
　　初始延时（initial delay）参数：设定了延时的时间。在回声效果中，这个参数决定了直接声与第一声回声之间的时间间隔。在回旋和合唱效果中，调制参数控制了初始的延时时间。有一些设备允许你将延时时间与MIDI乐曲的节奏进行同步。另外一些则是一种tap功能，即使用开关和按键来设定延时时间。
　　平衡（balance）、混音（mix）和混合（blend）参数：这个参数调整了直接声与延时声音之间的平衡关系。如果你将一个合唱算法设定为100%的湿度（即全部通过效果器），那么你将听不到任何合唱效果，其原因是合唱效果是通过一个细微的音高偏置来产生的，而这种细微的音高偏置是由"干"信号（即不通过效果器）和经过延时调制的信号共同生成的。可使声音更加丰满的合唱效果算法使用了若干个延时，因此你将在平衡为100%时，依然可以听到效果声。
　　反馈（feedback）、再循环（recirculation）或是再发生（regeneration）参数：这个参数决定了从输出端返回到输入端信号量值的多少。在回声效果中，最小的反馈量提供了一种单一的回声；而较大的反馈量值则增大了回声的效果。在回旋效果中，增大反馈量会使效果变得尖利，这与增大滤波器的共振参数十分类似。
　　扫描范围（sweep range）、调制量（modulation）或是深度（depth）参数：决定了使用多少调制量（有时也称之为低频振荡或是扫描）来使得延时时间产生变化。例如，一个延时效果具有2：1的扫描范围，那么就可以扫描超过2：1的时间间隔（例如5毫秒到10毫秒，或是100毫秒到200毫秒）。一个较宽的扫描时间对于生动的回旋效果来说是最最重要的了；合唱和回声效果则不需要过多的扫描范围。在使用较长的延时时间的效果时，应在合唱中增加一点调制，但是太多的调制量将会导致不和谐的效果。许多回声效果（长延时）算法都是基于现在的效果器硬件设备来建立的，它们没有调制参数。
　　调制类型（modulation type）参数：调制通常用于周期性的波形，例如三角波或是方波，但是一些设备包括了随机波形和包络（可以用于调制输入信号的动态范围）。
　　调制率（modulation rate）参数：设定了可调制低频振荡器的速度。典型的速率范围是从0.1 Hz（即每10秒钟一个循环）到20 Hz。作为最标准的合唱效果，通常是使用2 Hz或是更低的频率；较高的速率则用于一些不大常用的效果。在回旋和合唱效果中，调制导致了被调制信号的音高变得比较单调，并且将其返回到原始的声音（音高比较尖锐）中，不断地进行循环。
－　令人烦恼的特性
　　延时时间是从设备中读出的，尤其是在有些老式的设备中，数据并不总是100%的正确。当然，通过MIDI来改变延时时间，当设备正在处理一个信号时，其结果总是出现问题。
－　要点
　　为了增加颤音，可以设置一个较短的初始延时（例如5毫秒等），监听延时时间，并且用一个5到14 Hz的三角波或是正弦波来调制延时。
　　·为了创造出"梳状滤波器"效果，可以将一个直接声的信号与一个通过了短暂且未经调制的延时效果的信号进行混音。试着将初始延时时间设定为1到10 毫秒，最小的反馈量，不进行调制，将直接声和经过处理的声音进行等量的混合。然后打开反馈以提高滤波特性。
　　·为了进行从单声道到立体声的转换，你应该设置立体声的合唱深度参数为最大值，并且将比率参数设为最小值（或是关掉）。当调制比率参数设置得较高时，将会导致立体声展开效果缺乏动感。
　　·为了给特定的节奏（例如一个八分或是四分音符）校准回声的反复时间，下面的公式将为你把每分钟的小节数（节奏）转化为每四分音符多少毫秒（回声时间）：
60000/（每分钟的小节数）= 延时时间（单位为毫秒）
   一、微软PlayFX音效技术

    微软PlayFX音效技术包含3D环绕（3D Headphone）、至纯低音（Pure Bass）、音量均衡(Auto Volume)技术，让听众沉浸在3D的音乐世界，享受充满动感震撼的体验以及音量协调一致的听觉感受。通过这一音效瞬间提升了这款新品的音质表现，也给消费者带来了全新的音乐感受。

首先我们需要从理论上了解一下PlayFX音效技术。利用在人类感知领域的丰富知识，微软开发出了融合最佳聆听体验功能的PlayFX技术。其结果是实现了一整套凭借容易部署的信号处理算法即可让效率与音质完美结合的音频技术。以下是PlayFX技术套件初步提供的功能：

● 音量均衡(AutoVolume)通过在音乐播放列表过程中，提供感觉始终如一的音量水平，创造一种愉快、连贯的聆听体验。

● 至纯低音(Pure Bass)是为了改善以其它方式听起来平淡无力的低音效果而特别设计的。专有的Pure Bass算法提供听者希望通过优质喇叭所获得的清晰、有力的低端频率。

● 3D环绕扬声器提供一种身临其境的音频体验，身处家庭媒体室，就仿佛坐在现场音乐会的前排座位上。为多声道家庭影院环境特别设计的 3D 扬声器汲取了双声道立体声音乐的主要优点，并将其拓展至中置、后置和侧置扬声器中，从而打造出一个逼真的仿如音乐厅的环境。

● 3D环绕耳机通过耳机和耳塞提供一个完整的三维音场。

● 室内校准(Room Calibration)对家庭扬声器的音频体验进行优化，以针对所坐的任何位置进行调整。用户选择房间中的一个点；通过几项快速的测量，室内校准功能就能对扬声器的摆放以及室内的音效进行补偿，从而准确地平衡聆听位置上每一个扬声器的频率响应、音量和延时。

● 低音管理 (Bass Management)是为家庭影院环境而设计。低音管理功能可让听者控制由哪些扬声器播放低频内容。
就目前我们所拿到的产品来看，微软PlayFX音效最初在MP3上的应用主要体现为：3D环绕、至纯低音和音量均衡，而室内校准和低音管理则主要应用于家庭影院设备，在便携媒体播放器上暂时没有应用。

     (本人试过带这种特效的播放器，有些效果并没有宣传中说的那么好，当打开某种特效时，还会影响原音质)

     二、SRS音效（珠海矩力和sigmtal 解码芯片都采用这种特效）

   　一 SRS 的出身

　　SRS是Sound  Retrieval System的缩写，意思是音响还原电路，能重现真实的现场立体感。是美国SRS实验室的最新音响科技专利，SRS的主功方向是双声道环绕，SRS（ ）是它的注册标志。

　　SRS技术的发明人是阿诺德，克雷曼（Arnold Klayman）。他是个音响爱好者，在从事心理声学研究时，发现了人类听觉系统对三维空间的声源的定位总是从而产生了SRS技术的雏形。可以做一个实验，在前额处磨擦手指，然后慢慢地反手指移向头的一侧，使手指与前额和耳朵等距离，您会注意到音量的升高、且中、高频更强一些。实验中，磨擦手指相当于产生一个稳定的音量，您的耳朵相同声的听觉以及对大脑的批示是不同的，这了取决于声音来自前方还是侧面，从侧面来的声音比较响，这是由于耳庭造成的。

　　当声音从前方来时，耳庭将很多频率元素从耳道反射出去，而侧面来的声音其反射与之不同。这样从侧面来的声音强度大，到达的时间短，耳朵就将这些信息传到大脑，这被称为与脑相关的传播功能。由于这种传播取决于声音的音量和方向，所以声波在传播中始终是变化的，提供给您大脑也必须是变化的细节，使您知道正在听什么，从什么方向听到的。

　　传统的双声道立体声不能营造三维环绕声场，并不是因为只用两个音箱，而是因为双声道录音时的麦克风没有人耳的耳庭，所以通过麦克风录音时对侧面的声音总不能像人耳那样，无论用多少麦克风也无济于事。SRS系统则考虑到这些持续变化的传播功能，使听者听到的与原始演奏效果更接近。

　　二 基本原理

　　RS根据立体声信号中能体现监场感的环绕声（反射声与混响声）分别记录在左、右声道中，将R、L两个信号相加产生一个总信号（R+L），然后再将两个信号互减产生两个差分信号（R-L）和（L-R），经SRS处理后的总信号、差分信号及周围的环境信息（反射音场和混响声场），提供给人耳系统。对于麦克风和常规的立体声音响来说，由于“L-R”和“R-L”的差分信号麦克风“听”不到，立体声音响系统也不能复制，所以重放时没有空间感。SRS对差分信号和总信号进行处理，最终的声音符合人的听觉系统并使空间信息得以恢复。从而通过对真实演奏环境的恢复，增强了立体声像，使人从主观上感觉到声像的空间方位和分布。

　　三 应用

　　SRS对于现场录制的节目（音乐会、电影）经处理后有非常惊人的效果。如果播放的节目源中本身就没有给人的现场感的环境声，如采用多声道前期录音和后期合成制作的CD片，或是电脑合成音、效果就不像现场音乐会那么明显了。SRS可以播放普通立体声节目源，也可以播放杜比环绕声编码节目，还可处理将单声道信号源，用立体声功放和两个音箱营造具有空间感的三维环绕立体声场。

　　SRS的音箱摆放和聆听位置没有限制，即使两个音箱摆得很近，或在房间任意走动，都可以听到空间感很强的三维环绕声场。SRS可与现有的各种立体声音响组合成一套具有三维环绕声的音响。实践表明档次越高的音响，越能体现SRS的风采。我认为，一对几百元的较好的有源一体化间音箱配上SRS即可成为一套性价比很高的SRS家庭影院音响系统，绝对符合个人消费原则。

　　SRS目前已获美国专利保护，在国外已获得17国专利权，还有45项专利正在世界范围内审理。已有的授权公司有SONY、RCA、NEC等。

　　SRS 5250S由SRS LABS开发并许可，为执行SRS声音复制系统的三维音效处理器，由美国斯分尼克斯（SEPONX）公司生产。

　　前市场上已经有一些号称具有SRS功能的处理器，购买时首先应注意有无SRS实验室的注册商标，其次，是否有SRS特有的中置调整Center 和空间控制Space控制电位器。

　　实际使用SRS 5250S时，要将它接在音源与功放之间，如果功放前面有频率均衡器或音调电路，SRS 5250S应接在频率均衡器前面。


　　四 与杜比解码环绕声系统比较

　　我们来谈一下SRS环绕声系统的杜比解码环绕声系统（Dolby Prologic）进行比较试听的结果：使用相同的两个音箱，并用开关对 SRS和杜比进行多次切换，在使用SRS时专业人员常常检查后置音箱是否在工作，其实SRS就是前方主音箱在工作。SRS放声清晰度比杜比逻辑高，环绕声为一连续的三维声场，充满整个空间；而杜比环绕声则来自五个音箱，听者感觉到的是一平面二维声场。

　　若将SRS置于杜比前面，使原来平面化的二维声场变化为具有空间感的连续性的三维声场，使人感觉到具有真实的监场感。SRS环绕声使人从主观上感觉各声源分布在整个三维空间音箱不再是声源的点，各声源之间的掩蔽效应比传统的声源仅来自几个“点”的多声道系统要弱得多，所以SRS清晰度高于多声道环绕。常规的立体声放音，背景噪声从两个音箱（两个点）重放出来，噪声集中在两个点上，而SRS系统放音时噪声分布在整个空间，与普通立体声系统的集中噪声相比，SRS的背景噪声对声音的信号干扰作用就显得很小了，所以SRS从声还原、放音清晰度和降低噪声方面均优于立体声放音。

    (注，这一种国际音频特效还有相关的软件，大家可以下，但试用版的只能实现几种效果，且有时间限制)

    三：BEE音效

   我们了解到BBE技术起源于1985年，而现在，BBE技术经过数代的发展，已经从最初应用于功放上面的专利技术而发展到从AV视听、随身听、广播、CD 以及现在的数码音频技术等领域。

　　由于BBE Sound公司一直对于BBE技术有着非常严格的质量控制，简单的说，虽然BBE技术的授权费用非常低廉，但想要得到BBE的授权并不是那么简单。在合作公司向BBE Sound提出申请后，BBE Sound首先就会派人对合作公司进行调查，在公司实力得到认可后，才会得到BBE的授权，而在使用了BBE技术的产品设计过程中，BBE Sound公司就会参于关于音效部分的设计，在最终的音质得到认可后，产品才可以加注 BBE Sound的商标。也正在这种严谨的运作方式，让BBE商标成为音响界象征高超品质的识别标志。不过遗憾的是，由于对于中国关于知识产权方面的不信任，BBE Sound目前还不对中国的企业进行直接的算法授权。因此，目前中国的企业大多都是通过购买第三方国家的芯片得到BBE Sound的间接授权。

　　BBE技术对于音质带来的改善，主要表现在整个的音域似乎一下子比原音宽广了很多，高低音的层次也变得非常清晰，这种感受与传统的EQ所带来的效果明显不同。那BBE到底使用哪种方法来提高音质的呢？

　　需要说明的是通常说的BBE技术只是一个统称，实际上，BBE技术在面向不同应用的时候有不同的分枝，而BBE是最基础的一项，根据应用不同，还包含：

　　BBE - 最基本算法，所有其它分支都是建立在BBE的基础之上的
　　BBE Mach3Bass - 低音提升算法,适用范围比较广泛
　　BBE ViVA - BBE的3D效果，适用于立体声电视、便携单体声音响等
　　BBE MP - 压缩补偿算法，适用于MP3、MD等使用有损压缩音乐格式的产品
　　BBE Optima - 简化的BBE相关算法,去除了调节项的BBE算法
　　BBE K3/K1 - 压缩/限制/自动增益控制,适用于专业节目录制
　　BBE T2/T2R/T2C/T2M - BBE电话技术，综合使用BBE MP及BBE K3技术来实现高质量的电话通话效果

用于MP3的BBE技术主要有：

　　BBE Mach3Bass：是建立在BBE之上，用于提升低频能力的算法，它不同于一般的EQ方式的简单提升，由于通过一定的误差修正，因此它在提升低频的同时，并不会让有感觉到其它频率，特别是中频(人声)的衰减。

　　BBE MP：这一算法对于像我们这些经常播放MP3的人来说非常重要，因为它的诞生就是为了弥补这类有损压缩(包括MP3、MD、OGG、WMA 等)所带来的损失。通常，这类压缩算法会丢弃音乐中信号强度比较弱的部分，因为按照听觉理论上来说，那一部分的音频是人耳听不到的。但在实际中，那一部分声音里可能会包含一些画龙点睛的细节。因此加入了这部分补偿以后的音乐，会让人感觉到更加细腻,经过BBE-MP处理的音乐包含有更多的细节。

　　就实际的听音效果而言，BBE技术实现的音效在中频部分几乎没有什么损失，而SRS在这方面处理的并不完美，但是在临场感上SRS强于BBE。

　　由于BBE的入场资格要求的非常严格，因此我们很难在普及型的设备中见到BBE的踪影，目前只有iAudio的几款MP3播放器带有BBE音效，因此可以看出现在数码产品也开始注意到BBE的魅力。相信随着BBE的知名度的提高，会有越来越多的带有BBE音效的MP3出现。

　　优点：BBE效果使声音效果更清澈、通透，而且长时间听不容易烦躁，声音很耐听。

　　BBE MP特别针对mp3等有损压缩类型文件的声音回放，进行频率再生，对于码率较高的文件，可以接近MD的效果。BBE M3B的重音，弹性很好，耳朵不容易痛。BBE 3D的环绕效果与SRS、Xtreme 3D很相似。其实几乎所有的3D音效都是比较接近的。之间差别不大。

　　缺点：BBE M3B的重音下潜不是很深。

　　总体评价：BBE的各种音效更适合听流行，较轻的摇滚。声音清澈、耐听。