CN1236649C - 回响音效处理器 - Google Patents
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Abstract
一种回响音效处理器，适用于根据特定虚拟场景而产生特定音效，虚拟场景具有特定空间大小、声音反射效果以及衰减程度的场景特性，包括下列元件：自然序列产生器用以根据场景特性而提供对应项数的自然数列；数列调整装置根据场景特性而调整自然数列各项的增益以及间隔，并输出音频信号；滤波处理器根据场景特性而过滤上述音频信号特定频带的信号，并将处理过的信号区分为高音频信号以及低音频信号；高频回响音效产生器以及低频回响音效产生器则分别将高音频信号及低音频信号转换为高频回响信号以及低频回响信号；输出装置结合高频回响信号以及低频回响信号并输出上述特定音效。
Description
技术领域
本发明有关于一种回响音效处理器，特别是有关于一种模拟虚拟环境中的虚拟音效的回响音效处理器。
背景技术
虚拟音效(包括电脑游戏、虚拟实境***、或电子音乐***等)创造一虚拟世界，使得于其中的虚拟听者能够听到符合当时情境的音效。为了产生虚拟世界中符合实际的声音，虚拟音效必须模拟虚拟环境中的音源所直接发出的声音。在电脑游戏当中，必须模拟出玩家于虚拟环境中特定位置所听到的音效。
在虚拟音效中，回响音效(reverberation)为一重要的环境因素，其反映出声音于此环境中被物体反射的效果。回响音效的特性具有可测量的标准，例如回响时间，其代表声音从被反射至衰减至听不见所需的时间。
图1显示声音历经反射以及回响后的强度变化图。如图1所示，首先到达听者的信号为主音(direct)，其并未受到周围物体的反射。接着，一连串分离的反射信号(reflections)陆续传到听者耳中。最后，此一连串的反射信号经过多次的反射之后，逐渐结合以及重叠而形成回响音效，而上述回响音效的强度取决于模拟区域的大小以及听者所在的位置。
目前有许多有关产生回响音效的研究，然而，其相关电路皆相当复杂，不符合成本要求。
发明内容
因此，本发明主要目的在于提供一种回响音效处理器，能够模拟出与图1所示的音量分布接近的回响音效。
为获致上述的目的，本发明提出一种回响音效处理器适用于根据特定虚拟场景而产生特定音效，虚拟场景具有特定空间大小、声音反射效果以及衰减程度的场景特性，包括下列元件：自然序列产生器用以根据场景特性而提供对应项数的自然数列；数列调整装置根据场景特性而调整自然数列各项的增益以及间隔，并输出音频信号；滤波处理器根据场景特性而过波上述音频信号特定频带的信号，并将处理过的信号区分为高音频信号以及低音频信号；高频回响音效产生器以及低频回响音效产生器则分别将高音频信号及低音频信号转换为高频回响信号以及低频回响信号；输出装置结合高频回响信号以及低频回响信号并输出上述特定音效。
附图说明
图1显示声音历经反射以及回响后的强度变化图。
图2显示根据本发明实施例所述的回响音效处理器的方块图。
图3显示高频回响音效产生器以及低频回响音效产生器的结构图。
具体实施方式
根据本发明实施例所述的回响音效处理器，其应用于电脑游戏、虚拟实境***、或电子音乐***等领域，根据所欲模拟场景的特定参数，包括空间大小、声音反射效果、传递声音介质等特性值而产生所欲表现的回响音效。
参阅图2，图2显示根据本发明实施例所述的回响音效处理器的方块图。自然序列产生器20根据场景特性而提供对应项数的自然数列(Fibonaccisequence)。自然数列的值为[1，1，2，3，5，8，13……]，其公式为：
Fn+2＝Fn+Fn+1 且F0＝1 F1＝1
由于自然数列符合自然界中声音结合的趋势，因此利用自然数列表示于自然界中反射声音的音量强弱，相当符合实际的情形。一般而言，若声音越强者，则自然序列产生器20提供较多项的自然数列，若声音越弱者，则提供较少项的自然数列。另外，自然数列的项数也受到模拟场景的大小影响，例如越狭窄的空间，由于反射后的音效较强，因此必须提供较多的项数；而在较广大的空间中，由于反射的音响较不明显，因此较少的项数才能表现广大空间的特性。而所提供的自然数列将继续衍生其他音响，其动作将在以下说明。
由于不同场景将会产生不同音质的回响音效，因此数列调整装置22根据每个模拟场景特性而调整上述自然数列各项的增益(gain)以及间隔(time scale)。举例来说，自然数列各项的增益取决于模拟场景声音反射物的材质。若为坚硬光滑的物体，代表声音反射的效果较佳，则数列调整装置22加强此项的音量，亦即将原项的值乘上较大的增益值以提高音量；若为柔软粗糙的物体，代表声音反射的效果较差，则数列调整装置22降低此项的音量，亦即将原项的值乘上较小的增益值以降低音量。
另外，各项所间隔的时间同样受到各模拟场景的大小影响，若较广阔的空间，声音反射至收听者需要较长的时间，因此各项的间隔较大；若较窄小的空间，声音马上反射至收听者，因此各项的间隔较小也较密集。经过数列调整装置22调整之后，即产生具有虚拟回响音效雏形的音频信号。
再者，在声音由空气介质传递的过程中，会受到空气介质状态的影响而有不同的衰减特性。因此滤波处理器24根据特定的场景而过滤上述音频信号特定频带的信号。举例而言，若为潮湿的环境下，属于高频的信号会较低频信号衰减较多，故滤波处理器24利用其内部的低通滤波器(low passfilter)滤除部分的高频信号以模拟实际状况。另外，由于接续要执行的处理程序为将处理过的信号送至音效产生器以得到最后的模拟回响音效。然而，因为高低频信号具有不同的回响音效特性，因此滤波处理器24先行将处理过的信号区分为高音频信号以及低音频信号。
接着，滤波处理器24所输出的高音频信号以及低音频信号分别输入至高频回响音效产生器26以及低频回响音效产生器28。图3显示高频回响音效产生器26以及低频回响音效产生器28的结构图。高频回响音效产生器26以及低频回响音效产生器28的结构相同，由滤波处理器24所输出的音频信号经过延迟器(32A-32D)做适当的延迟后即产生回响信号，并传送至输出装置30，然而输出的回响信号会再回授至矩阵乘法器35A及35B，再加入对角矩阵33(diagonal matrix)IX及常数矩阵34(constant matrix)所提供的参数，将使得输出的回响信号更符合真实。而因为高低频的反射特性不同，因此矩阵乘法器35A及35B中有不同的参数，上述参数可利用欲模拟环境的空间大小，反射效果，以及反射衰减程度来设定。
最后，所产生高频回响信号以及低频回响信号输入至输出装置30，输出装置30可为音效卡、喇叭，或音源器等可输出根据本发明所述的回响音效处理器产生的回响音效至操作者耳中，以达到模拟实境的音效。
综上所述，根据本发明实施例所述的回响音效处理器能够籍由具有声音叠加特性的自然数列形式的音频信号并根据软件所提供特定虚拟场景的空间大小、声音反射效果以及衰减程度的场景特性，即可产生相当逼真的模拟回响音效。由于本案的结构简单，并能产生符合实际状况的音效，故解决了传统技术电路架构过于繁复的问题。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当权利要求书界定者为准。
Claims (15)
1.一种回响音效处理器，适用于根据特定虚拟场景而产生特定音效，上述虚拟场景具有特定空间大小、声音反射效果以及衰减程度的场景特性，其特征在于包括：
一自然序列产生器，用以根据上述场景特性而提供对应项数的自然数列；
一数列调整装置，用以根据上述场景特性而调整上述自然数列各项的增益以及时间间隔，而输出一音频信号；
滤波处理器，用以根据上述场景特性而过滤上述音频信号特定频带的信号，并将处理过的信号区分为高音频信号以及低音频信号；
一高频回响音效产生器，用以将上述高音频信号转换为高频回响信号；
一低频回响音效产生器，用以将上述低音频信号转换为低频回响信号；及
一输出装置，用以结合上述高频回响信号以及低频回响信号而输出上述特定音效。
2.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述自然数列各项的间隔受到上述虚拟场景的空间大小所影响。
3.如权利要求2所述的回响音效处理器，其特征在于：所述虚拟场景的空间越大，则上述自然数列各项的间隔越大。
4.如权利要求2所述的回响音效处理器，其特征在于：所述虚拟场景的空间越小，则上述自然数列各项的间隔越小。
5.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述自然数列各项的增益受到上述虚拟场景的声音反射效果所影响。
6.如权利要求5所述的回响音效处理器，其特征在于：所述虚拟场景的声音反射效果越好，则上述自然数列各项的增益越大。
7.如权利要求5所述的回响音效处理器，其特征在于：所述虚拟场景的声音反射效果越差，则上述自然数列各项的增益越小。
8.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述滤波处理器根据所述虚拟场景的声音衰减程度而过滤上述音频信号特定频带的信号。
9.如权利要求8所述的回响音效处理器，其特征在于：所述滤波处理器包括低通滤波器，用以滤除特定频率以上的高频信号。
10.如权利要求8所述的回响音效处理器，其特征在于：所述虚拟场景的高频声音衰减程度越大，则被所述滤波处理器所滤除的高频成分越多。
11.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述高频回响音效产生器根据所述虚拟场景的预设参数而将所述高音频信号转换为所述高频回响信号。
12.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述低频回响音效产生器根据所述虚拟场景的预设参数而将所述低音频信号转换为所述低频回响信号。
13.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述输出装置为音效卡。
14.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述输出装置为喇叭。
15.如权利要求1所述的回响音效处理器，其特征在于：所述输出装置为音源器。
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