如何通过数字音频处理提升低音性能?

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摘要

分享通过EQ的调整、“动态”EQ调整、动态范围控制/压缩(DRC)及基于心理声学的特点,伪造出低音感,虚拟低音增强技术的四种数字音频处理的方式来提升开放声场中OWS(不入耳开放式)耳机和音箱的低音性能。

在开放声场中,针对OWS(不入耳开放式)耳机(也可以类比到音箱),在只有一个发声单元的开放音频,增加面积,离耳朵更近,改变相位多是采用物理的声学结构设计来完成,数字信号处理主要的作用是最大限度的达到物理的限制位移。

物理的限制主要来源于两部分:01.喇叭承受的功率是确定的;02.功放输出的最大功率是确定的。

方法一:EQ的调整

采用固定的一组EQ来调整耳机/音箱,这个是所有耳机/音箱调音中最常见的做法,这里的限制是不应让最后的总增益超过0dBFS。但事实上市面上一些劣质的耳机/音箱会犯数字削波失真的错误。

方法二:“动态”EQ调整

不同的音量下采用不同的EQ,比单一的EQ方法有提升,中小音量听音时低音比重更大,但大音量时由于物理的限制,不能提升低频品质。

方法三:动态范围控制/压缩(DRC,Dynamic Range Control/ Compression)

动态范围控制,顾名思义,是将输入音频信号的动态范围映射到指定的动态范围,有模拟和数字控制器,包含压缩限幅等,这里特指压缩相关的方法。音频信号可以进行整体的动态范围控制;也可以划分为若干子带分别进行动态范围控制。DRC广泛用于录音、制作、降噪、广播和现场表演等,并不算是一个新技术。小体积音箱的标配数字音频方法,但由于参数设计需要一定的专业和经验,是早期小体积音箱好坏的重要区分点。DRC做得好,会提升低音体验,做得不好会有声音忽大忽小的问题,更有甚者会有显著的失真或破音。

如何通过数字音频处理提升低音性能?

具有增益补偿和硬或软拐点的静态压缩特性图

一般DRC包含分频,扩位,峰值/均值检测,启动和释放平滑增益控制等,常见动态范围压缩的框图如下。

如何通过数字音频处理提升低音性能?

方法四:基于心理声学的特点,伪造出低音感,虚拟低音增强技术

心理声学实验中,存在一种“虚拟音调”的实验现象:人耳在基频缺失的情况下利用谐波组合重建信号音调高低。主要流程如下图,产生谐波主要方法为MaxxBass算法和VB Phase Vocoder。

如何通过数字音频处理提升低音性能?

MaxxBass算法是最早实现的一种低音增强算法。采用非线性乘法器来生成谐波,该方法不可避免会带来互调失真,目前几乎已经不再用实际应用。

VB Phase Vocoder相位声码器,利用短时傅里叶变换在频域进行频率和相位的调整来实现频率转移。一些手机中应用了该算法,OWS耳机暂时还未见到有具体报道。

文章来源: 三省声学 微信公众号,摘自 不入耳开放音频设备(二):OWS低音数字音频处理方法

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