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為什麽我用50元的耳機那種耳麥結合麥克瘋KTV軟件唱歌,就是沒我在KTV用電容麥話筒唱歌好聽?

人造混響原理

在這樣壹個房間裏,教師的聲音經過多次反射,假如有5條聲音反射線到達學生耳朵,

以上只列舉出了 5 條聲音反射路線,實際上是幾千幾萬條到無數條。為了講解方便,我們就說這 5 條。

教師每講壹句話,學生實際上就聽到了 6 句:第壹句是直接傳到了學生的耳朵裏,沒有經過反射,後面 5 句是經過各種反射線路到達學生耳朵的聲音。這 6 句話時間隔得非常近,圖中聲音到達有時間表,註意時間單位是毫秒(1 毫秒等於 0.001 秒)。

由於這些反射聲到達的時間間隔太近了,所以學生就聽不出來是 6 句話,而是 1 句帶有混響感覺的話。

學生聽到的聲音是這 6 個聲音的疊加。

這只是為了講解方便,真實情況是幾千幾萬個聲音的疊加。

混響效果器就是這樣工作,把聲音進行很多很多次的重復疊加,就得到了混響效果。

有了這樣壹個東西,以後計算起來就方便了,無論教師說什麽話,只要把教師的聲音,進行某種計算,就可以得到 6 個聲音疊加的效果。

那麽,這個“某種”計算,到底是什麽計算呢?在數學中這個叫做“卷積”計算,英文是“convolution”,就是把教師的聲音,根據上面那張 6 個脈沖的圖,進行疊加計算。

這種計算是不分先後的,妳既可以認為是把教師的聲音,根據那個脈沖圖(聲波),進行疊加計算;也可以認為是把那個脈沖聲波,根據教師的聲音(把教師的聲音考慮成由無數個脈沖組成的聲波),進行疊加計算。

這個脈沖圖,也就是這個含有 6 個脈沖的聲波,就是這個房間的從教師講臺到學生座位的混響特征。在聲學上,由於這個混響特征是由脈沖得到的,所以就很形象把它稱作“脈沖反應”—— impulse response ,簡稱 IR 。

混響效果器的工作原理,就是拿源聲音,與 impulse response 做卷積計算。

上面的那個具有 6 個脈沖的 IR ,在現實中是不可能有的。現實中的 IR 往往具有幾百、幾千、幾萬個脈沖。

由於各種類型的房間的 IR 都有壹些***同的特點,因此聲學上又作了壹些規定。

首先規定 IR 的第壹個脈沖叫做“直達聲”,因為這個脈沖是未經過反射的直接從聲音源到達人耳的聲音;

其次規定 IR 的後面幾條明顯的脈沖叫做“早反射”early reflections,這幾個聲音都是聲音源經過壹次或者兩三次反射後到達人耳的,由於反射次數少,聲音線路不長,所以具有較強的能量和較短的延遲。

最後規定 IR 的後面無數條脈沖叫做“遲反射”late reflactions,這些聲音都是聲音源經過無數次反射後才到達人耳,反射次數多,聲音線路長,所以具有較弱的能量和較長的延遲。但是它們數量極多,有如滔滔江水連綿不絕。

混響(三)效果器裏的 IR

上壹節說道,混響效果器就是用 IR 與聲音源進行卷積計算。那麽,有人就會問了,混響效果器裏有 IR 嗎?每個效果器的 IR 都是壹樣的嗎?這個 IR 是放在哪裏的?以什麽形式存在?如果不壹樣,這些 IR 是怎麽得來的?

前面說了,混響就是 IR 與聲音源進行卷積計算,所以混響效果器裏當然就有 IR 。

眾所周知,不同的效果器的混響效果是不同的,所以 IR 肯定不壹樣。

IR 放在哪裏?以什麽形式存在?這些 IR 是怎麽得來的?下面要具體說說了。

混響效果器,象合成器壹樣分為三種類型:采樣混響、“算法”混響、模擬合成混響。

(壹)采樣 IR 混響

Sony ,Yamaha 都出過采樣混響,價格不菲。軟件的采樣混響效果器有著名的 Sonic Foundry 的 Acoustic Mirror ,還有 Samplitude 的 Room Simulator 。

采樣混響的 IR ,全部是真實采樣得來 wave 文件。可以存放於任何存儲器,例如硬盤、光盤、軟盤等等。Sony ,Yamaha 的硬件采樣混響器,裏面也帶有容量較大的存儲器。

采樣混響的 IR 都是錄音采樣得來,最簡單的獲取 IR 的方式是:在下圖中教師的位置放置壹個音箱,學生的位置放置壹個話筒。音箱播放壹個脈沖,話筒進行錄音。錄到的聲音就是 IR ,也就是這個房間的從講臺到學生座位的混響特征曲線。

目前 Sony 、Samplitude 等所采用的具體方式是:

在想要獲得混響特征的地方,例如下面這個著名的音樂廳,舞臺上安置音箱(當然會是極好的音箱),座位席中安置立體聲話筒(極好的話筒)。然後播放壹系列測試信號,這些信號以脈沖為主,各種速度的全頻段正弦波連續掃描為輔,錄得聲音,然後經過壹些計算得到 IR 。

用這種采樣方法得到的 IR ,極為真實。

采樣混響的 IR ,不但廠家可以預置給妳,妳自己也可以根據廠家提供的工具進行制作。因此從數量上來說是無限的。

采樣混響還可以對其他任何混響效果器的效果進行完全復制。

混響(四)混響特征和各種參數

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為了研究的方便,聲學上把混響分為幾個部份,規定了壹些習慣用語。混響的第壹個聲音也就是直達聲(Direct sound),也就是源聲音,在效果器裏叫做 dry out (幹聲輸出),隨後的幾個明顯的相隔比較開的聲音叫做“早反射聲”(Early reflected sounds),它們都是只經過幾次反射就到達了的聲音,聲音比較大,比較明顯,它們特別能夠反映空間中的源聲音、耳朵及墻壁之間的距離關系。後面的壹堆連綿不絕的聲音叫做 reverberation 。

大多數的混響效果器會有壹些參數選項給妳調節,現在就來講講這些參數具體是什麽意思。

(壹)衰減時間(Decay time)

也就是整個混響的總長度。不同的環境會有不同的長度,有以下幾個特點:

空間越大,decay 越長,反之越短。 空間越空曠,decay 越長,反之越短 。空間中家具或別的物體(比如柱子之類)越少,decay 越長;反之越短 。空間表面越光滑平整,decay 越長,反之越短。

因此,大廳的混響比辦公室的混響長;無家具的房間的混響比有家具的房間長;荒山山谷的混響比森林山谷的混響長;水泥墻壁的空間的混響比布制墻壁的空間的混響長 ……

壹般很多人喜歡把混響時間設得很長。其實真正的壹些劇院、音樂廳的混響時間並沒有我們想象得那麽長。例如波士頓音樂廳的混響時間是 1.8 秒,紐約卡內基音樂廳是 1.7 秒,維也納音樂廳是 2.05 秒。

這裏給壹個混響時間計算公式,大家可以用來算算某房間的混響時間 打開頁面

(二)前反射的延遲時間(Predelay)

就是直達聲與前反射聲的時間距離。有以下幾個特點:

空間越大,Predelay 越長;反之越短 空間越寬廣,Predelay 越長;反之越短

因此,大廳的 Predelay 比辦公室的長;而隧道的空間雖然大,但是它很窄,所以 Predelay 就很短。

想要表現很寬大空曠的空間,就把 Predelay 設大壹點。

(三)wet out

也就是混響效果聲的大小。有以下幾個特點:

wet out 與空間大小無關,而只與空間內雜物的多少以及墻壁及物體的材質有關 墻壁及室內物體的表面材質越松軟,wet out 越小;反之越大 空間內物體越多,wet out 越小;反之越大 墻壁越不光滑,wet out 越小,反之越大 墻壁上越多坑坑凹凹,wet out 越小,反之越大

因此,擠滿了人的車廂的混響就比空車要小得多;放滿了家具的房間的混響就比空房間要小;有地毯的房間的混響比無地毯的小;森林山谷的混響比荒山山谷的混響要小

(四)高低頻截止(low cut / high cut)

這個參數在有些效果器裏是以 EQ 的形式來表現的,例如 Waves 的 RVerb 。

這項內容實際上跟現實情況沒有太直接的聯系,它只是為了我們做混響處理時聲音好聽而設計的。不過它也能表現高頻聲音在傳播中損失比較厲害的現象。後面我們有具體的解釋。

壹般在做處理的時候,為了混響聲的清晰和溫暖,都會把低頻和高頻去掉壹部份。只有在表現壹些諸如“宇宙聲”等科幻環境時,才把高低頻保留。

另外有些效果器也把這個叫做“color”(色彩)。例如 TC 的效果器就是 color 。color 也就是“冷”和“暖”的感覺,高頻就是冷,低頻就是暖。所以這些效果器用顏色來表示高低頻截止,暖色(紅)表示混響聲偏向低頻,冷色(藍)表示混響聲偏向高頻。上面給大家看的 Waves 的 RVerb 的 EQ ,它分別用橙色和藍綠色來做那兩個點,也是出於此目的。

補充:

高低頻截止實際上在現實中是不存在的,現實中的普遍現象是:低頻聲音的混響無論是聲音大小還是衰減時間,都要比高頻聲音大。這是因為不同頻率的聲音由於波長不同,因此繞過障礙的能力不同,高頻聲音波長短,不容易繞過障礙,低頻聲音波長長,容易繞過障礙。加上它們在空氣中傳播時的衰弱程度不同(頻率越高越容易衰弱),被墻壁吸收的程度不同(頻率越高越容易損失),所以不同頻率的聲音的混響時間和大小是不相同的。在真實世界中,在大多數中小空間裏,越低的聲音具有越長的混響時間,越高的聲音具有越短的混響時間,而不可能做到反過來。如何做到降低低頻混響是任何壹個錄音棚頭疼的難題。唯獨有壹種情況,是低頻混響小於高頻混響的,那就是很大的空間,並且裏面布滿了由硬質材料制成的障礙和表面,比如采用硬塑料凳子和水泥墻壁地板的室內體育館。

我們從某音樂廳的真實 IR 的頻譜中可以很清楚地看到這個規律。

因此,有的混響效果器還會有不同頻率的聲音的衰弱程度的設置項目。但是也有很多效果器卻沒有這項內容。

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