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目前多媒体产品市场绝大多数小型扬声器因受到单元尺寸等物理条件限制存在低频还原能力差的问题。虚拟低音技术(VirtualBass)指的是针对扬声器低频截止频率高于信号低频截止频率,信号的低频段无法被扬声器重放的问题,利用心理声学中的虚拟音调模型,将低频段能量搬移至倍频处,利用谐波重建低音听感的信号处理技术。本论文探讨了虚拟低音技术的算法实现与改进。
传统的虚拟低音实现是通过非线性器件实现的。此类算法实现简单、运行效率高,但存在互调失真的问题。MaxxBass虚拟低音增强系统是此类算法的典型代表。另一方面,相对于利用非线性器件构造谐波信号的虚拟低音增强算法,基于短时谱分析的二维时频处理方法在算法灵活性和畸变控制等诸多地方有着明显的优势。基于相位声码器的虚拟低音增强算法VBPhaseVocoder有效消除了互调失真,但同时引入了PhaseVocoder方法典型的“Phasyness”信号畸变。
论文深入研究了MaxxBass和VBPhaseVocoder两种虚拟低音增强算法,对比分析了两种算法的理论基础、算法原理、结构设计和实现细节;在VBPhaseVocoder的基础上,提出了改进的谐波相位构造方法以消除合成相位失真带来的信号畸变,同时在改进算法中引入峰值匹配机制并结合MaxxBass算法优化了谐波能量控制策略,进一步提出了改进的基于相位声码器的虚拟低音增强算法EVBPhaseVocoder,并给出了改进算法的参数讨论和有效性分析。
本文最后针对MaxxBass、VBPhaseVocoder、EVBPhaseVocoder三种算法设计了主客观对比实验。实验结果证明,EVBPhaseVocoder算法在低音效果还原尤其是畸变控制方面相对于VBPhaseVocoder算法和MaxxBass算法均有提高。
如何进一步结合心理声学模型优化算法输出,并将算法有效应用于低频截止频率更高的扬声器系统,值得进一步地研究。