Audio_Lab

 
5.1聲道音響播放系統之多頻帶空間效果模擬器
Multi-band Room Effect Emulator for 5.1 channel sound system
系 統 簡 介

最早的多聲道撥放系統格式是針對電影院的撥放於1950s由杜比實驗室所提出。其與一般的Stereo(2或3聲道撥放系統)的主要差異在於Surround Sound增設。其主要是為了增加聽者聆聽的臨場感,產生包圍性以及空間的效果,而不在於定位。現今不論在軟體或者硬體上有許多的聲道分離技術,其中有些都是利用簡單的濾波器(低通/高通/帶通濾波器)來達成聲道的分離,但是這樣的方式非常的粗略並不精確。為了要得到比較正確的分離方式,在本論文中我們參考Dolby Surround 解碼的觀念,而主要專注於空間響應的模擬。根據杜比實驗室Surround sound的定義,我們藉由空間響應模擬器產生不同品質的audio 訊號,然後將這樣的傳統stereo訊號用一modified Dolby Surround decoder進一步的擴展成5.1聲道撥放。我們更進一步的要求聲音品質的變化,所以我們引進不同空間大小有不同脈衝響應的概念,以及利用一個多帶等化器來產生不同感覺的聆聽效果於多聲道的撥放系統。如此便可以得到一個豐富且附有臨場感的聆聽經驗。

而我們所提出的Multi-bandd Room Effect Emulator主要是由兩個Blocks所構成的。第一個為Reverberator,他的架構主要分成三個部分 :

1. Directional : 原音訊號。

2. Early Reflections : 用FIR model。

3. Late Reflections : 用10個平行排列的comb filters加上4個串聯的Allpass filters所建構。

如下圖:

Output訊號會再經過一個二轉六的架構,讓原本兩聲道的stereo輸出,變成5.1聲道的多聲道出書。二轉六聲道的架構流程如下:

實驗室環境 :

實驗的環境為916實驗室,為一個一般化的聆聽室,牆面貼有吸音壁布(吸音率約0.5)讓聲音有一定程度的反射及迴響,如此可以讓聲音聽起來較悅耳豐富,而這就是所謂的Reverberation,否則聲音聽起來乾燥生硬,這也就是為什麼音樂廳的設計總是讓反射都落在觀眾席的方向。

實驗室硬體設備 :





圖一
. 實驗設備

圖一所示,實驗室設備是以
PC電腦當作平台,並安裝一USB介面的音訊裝置,使得電腦的音訊輸出可以有5.1聲道的撥放能力,也就是能夠提供6個聲道的I/O以供使用者在每個聲道播放前安插特訂演算法以達到實驗的目的,外部裝置是以一組6聲道的喇叭安裝於USB Audio device來達成6聲道系統的播放。圖二USB Audio 裝置的實體圖(PC必須提供USB介面)

Audio device的驅動程式windows 2000以上的版本都有提供,所以裝置只要裝上去便可以Plug and Play。安裝之後就像一般音效卡的操作一樣,可以在螢幕右下角的喇叭圖示中調整音量。此裝置在一般情況下依然為兩聲道輸出,只有在播放DVD (本身就存有六聲道的編碼)以及執行2-To-6的程式時才有可能有六聲道的輸出。

圖二. USB Audio 裝置(As-100).

軟體需求:

1. 作業系統需求為Windows 2000 或以上的版本。

2. Microsoft Visual C++

3. MATLAB

4. CoolEdit 2000

 

模擬器流程圖 :

 

原始訊號會先經過10個bands的等化器,將音樂調整程使用者想要的質感。調整的方式為改變每一個band的weighting。

下圖為等化器訊號流程 :

 

 

再者,訊號會通過迴響器Reverberator來更進一步的製造空間效果。下圖為Reverberator的訊號流程圖。

 

 

最後我們會結合這兩個block,形成一個Multi-band Room Effect Emulator,並結合六聲道的播放系統成為一個完整的二轉六聲道空間效果模擬器。

實驗結果展示
實驗步驟:

1. 首先我們先針對Reverberator來作變化。對於空間大小S分別輸入0.2(小空間)0.4(中空間) 0.6(大空間) 0.8(超大空間)四個特徵值來作輸出的結果。

2. 其次針對EQ等化器的10種特定模式以及其他部分參數都不改變的情況下來做輸出結果。例如Full_Bass, Full_Treble的輸出。

3. 比較其他軟體或硬體實現在迴響方面所做出的輸出結果,其中包含了Acoustica軟體公司, CoolEdit2000, 65536階FIR在DSP上實現的結果。

實驗結果:

實驗結果分成三組,第一組為空間大小的比較,第二組為EQ中各種Modes的輸出,第三組為其他軟體對於Reverb方面的效果輸出。