1.1混響的作用與基本原理

混響器即是人為地給聲音加上混響的效果。這樣通過(guò)改變場(chǎng)景的混響時(shí)間，可以對(duì)比較“干”的信號(hào)進(jìn)行再加工，增加空間感，提高聲音的豐滿(mǎn)度，同時(shí)可以制造一些特殊的聲音效果，如回聲等，通過(guò)改變混響聲和直達(dá)聲的比例，還可以體現(xiàn)聲音的遠(yuǎn)近感和空間感。

下圖一直觀的解釋了混響的簡(jiǎn)單原理。為了研究的方便，聲學(xué)上把混響分為幾個(gè)部份，規(guī)定了一些習(xí)慣用語(yǔ)?；祉懙牡谝粋€(gè)聲音也就是直達(dá)聲（Direct sound），也就是源聲音，在效果器里叫做 dry out （干聲輸出），隨后的幾個(gè)明顯的相隔比較開(kāi)的聲音叫做“早反射聲”（Early reflectedsounds），它們都是只經(jīng)過(guò)幾次反射就到達(dá)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(guān)系。后面的一堆連綿不絕的聲音叫做 reverberation。圖五中，老師在講臺(tái)上講課，學(xué)生在座位上聽(tīng)到的聲音除了直接到達(dá)的聲音（DIRETO）外，還有R1.R2.R3.R4等等這些反射聲?？梢钥匆?jiàn)不同的反射聲達(dá)到人耳的時(shí)間有著不同的延遲。所有這些聲音的疊加才是人耳聽(tīng)到的最終聲音。然而實(shí)際上，這些反射聲是無(wú)窮盡的，這樣我們似乎就沒(méi)辦法得到混響聲了。

然而如果我們假定源聲音是一個(gè)脈沖，得到結(jié)果如圖二。

圖一

圖二

得到的是一串簡(jiǎn)單的脈沖序列。這個(gè)混響特征是用脈沖得到的，聲學(xué)上我們叫做Impulse Response脈沖反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)IR。經(jīng)過(guò)混響的聲音即可看作源聲音與IR的卷積得到的結(jié)果。

依據(jù)IR的來(lái)源不同，混響效果器，象合成器一樣分為三種類(lèi)型：采樣混響、“算法”混響、模擬合成混響。

1.2 混響分類(lèi)

（一）采樣 IR 混響

Sony ，Yamaha 都出過(guò)采樣混響，價(jià)格不菲。軟件的采樣混響效果器有著名的 SonicFoundry 的 Acoustic Mirror ，還有Samplitude 的 Room Simulator 。 采樣混響的 IR ，全部是真實(shí)采樣得來(lái)的 wave 文件。可以存放于任何存儲(chǔ)器，例如硬盤(pán)、光盤(pán)、軟盤(pán)等等。Sony ，Yamaha 的硬件采樣混響器，里面也帶有容量較大的存儲(chǔ)器。 采樣混響的 IR 都是錄音采樣得來(lái)的，最簡(jiǎn)單的獲取 IR 的方式是：在圖一教師的位置放置一個(gè)音箱，學(xué)生的位置放置一個(gè)話(huà)筒。音箱播放一個(gè)脈沖，話(huà)筒進(jìn)行錄音。錄到的聲音就是 IR ，也就是這個(gè)房間的從講臺(tái)到學(xué)生座位的混響特征曲線(xiàn)。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，例如音樂(lè)廳，舞臺(tái)上安置音箱（當(dāng)然會(huì)是極好的音箱），座位席中安置立體聲話(huà)筒（極好的話(huà)筒）。然后播放一系列測(cè)試信號(hào)，這些信號(hào)以脈沖為主，各種速度的全頻段正弦波連續(xù)掃描為輔，錄得聲音，然后經(jīng)過(guò)一些計(jì)算得到 IR 。用這種采樣方法得到的 IR ，極為真實(shí)。 采樣混響的 IR ，不但廠(chǎng)家可以預(yù)置給你，你自己也可以根據(jù)廠(chǎng)家提供的工具進(jìn)行制作。因此從數(shù)量上來(lái)說(shuō)是無(wú)限的。下圖三就是一個(gè)真實(shí)的采樣混響IR。

圖三

（二）“算法”混響

這是最常見(jiàn)的混響效果器。目前大多數(shù)的數(shù)字混響效果器以及軟件混響都是此類(lèi)。這類(lèi)效果器的本質(zhì)是跟采樣混響一樣的，只是采樣混響的 IR 可以自由更換，而“算法”混響其實(shí)也帶有 IR ，但這些個(gè) IR是廠(chǎng)家固定好的，是一組組簡(jiǎn)易的脈沖序列，通過(guò)對(duì)這些脈沖序列進(jìn)行調(diào)制和編輯控制，從而得到最終的混響效果。例如Waves 的 Renaissance Reberberator 帶有幾十個(gè)簡(jiǎn)易的脈沖序列 ，這些脈沖序列都產(chǎn)品自帶的，不能更改。很多廠(chǎng)家把這些的脈沖序列稱(chēng)之為“算法”，它們其實(shí)可以算作一種簡(jiǎn)化過(guò)后的IR 。 許多硬件混響器也是如此，例如 Lexicon 和TC 的，原理都一樣。而采樣混響內(nèi)帶有可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器，可以自由更換 IR 。 這類(lèi)混響器雖然不帶有真實(shí) IR ，但是卻提供了很多方法可以讓你對(duì)它自帶的原始的脈沖序列進(jìn)行修改，例如可以讓你拉長(zhǎng)或者縮短這組脈沖序列（也就是拉大或者縮短脈沖之間的距離），這樣可以模擬墻壁漫反射的效果，還提供了濾波器和 EQ ，前反射時(shí)間，等等，很多控制。這些實(shí)際上都是對(duì)原始 IR 進(jìn)行修改，以達(dá)到控制混響效果的目的。因此雖然它不帶有真實(shí) IR ，但通過(guò)對(duì) IR 進(jìn)行編輯，可以獲得無(wú)數(shù)種混響效果。 為了容量上的考慮，“算法”混響所帶有的原始脈沖序列都作了很大的簡(jiǎn)化，不會(huì)象采樣混響的 IR 里那樣無(wú)數(shù)個(gè)脈沖有如滔滔江水連綿不絕。下圖四是“算法”混響經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后最終得到的 IR 。將之與上面采樣 IR 對(duì)比一下就可以知道區(qū)別了。

圖四

（三）模擬合成 IR 混響

這類(lèi)混響效果器并不帶有IR 曲線(xiàn)，而是用模擬合成方法“臨時(shí)”生成 IR 。 幾乎所有的非數(shù)字混響器都是這一類(lèi)（包括所有的傳統(tǒng)電子管混響效果器、調(diào)音臺(tái)上的非數(shù)字混響等），還有少數(shù)軟件混響效果器也是，例如 Spin Audio 的 RoomVerb M2 ，Samplitude 的 Track Reverb 等等。 它會(huì)根據(jù)你提出的要求，比如空間大小，墻壁的吸音程度，等等，用它自己的計(jì)算方法（例如 Spin Audio 的“虛擬房間聲學(xué)建模技術(shù)”），生成一個(gè) IR ，并且有許多方法對(duì)IR 進(jìn)行編輯控制，例如濾波，EQ 等。因此雖然 SpinAudio 的 RoomVerb M2 不帶有任何 IR ，卻也能模擬出無(wú)數(shù)種混響效果。 

1.3混響的特征參數(shù)

下面以Waves的“文藝復(fù)興混響器”來(lái)說(shuō)明混響器的特征參數(shù)，如圖五所示：

                                圖五

大多數(shù)的混響效果器會(huì)有一些參數(shù)選項(xiàng)給你調(diào)節(jié)，現(xiàn)在就來(lái)講講這些參數(shù)具體是什么意思。

（1）衰減時(shí)間（Decay time）

也就是整個(gè)混響的總長(zhǎng)度。不同的環(huán)境會(huì)有不同的長(zhǎng)度，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：空間越大，decay 越長(zhǎng)；反之越短。空間越空曠，decay 越長(zhǎng)；反之越短?？臻g中家具或別的物體（比如柱子之類(lèi)）越少，decay 越長(zhǎng)；反之越短?？臻g表面越光滑平整，decay 越長(zhǎng)，反之越短。因此，大廳的混響比辦公室的混響長(zhǎng)；無(wú)家具的房間的混響比有家具的房間長(zhǎng)；荒山山谷的混響比森林山谷的混響長(zhǎng)；水泥墻壁的空間的混響比布制墻壁的空間的混響長(zhǎng) …… 一般很多人喜歡把混響時(shí)間設(shè)得很長(zhǎng)。其實(shí)真正的一些劇院、音樂(lè)廳的混響時(shí)間并沒(méi)有我們想象得那么長(zhǎng)。例如波士頓音樂(lè)廳的混響時(shí)間是 1.8 秒，紐約卡內(nèi)基音樂(lè)廳是 1.7 秒，維也納音樂(lè)廳是 2.05 秒。

（2）前反射的延遲時(shí)間（Predelay）

 就是直達(dá)聲與前反射聲的時(shí)間距離。有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 空間越大，Predelay 越長(zhǎng)；反之越短?？臻g越寬廣，Predelay 越長(zhǎng)；反之越短。因此，大廳的 Predelay 比辦公室的長(zhǎng)；而隧道的空間雖然大，但是它很窄，所以 Predelay就很短。 想要表現(xiàn)很寬大空曠的空間，就把 Predelay 設(shè)大一點(diǎn)。

（3）wet out

也就是混響效果聲的大小。有以下幾個(gè)特點(diǎn)： wet out 與空間大小無(wú)關(guān)，而只與空間內(nèi)雜物的多少以及墻壁及物體的材質(zhì)有關(guān)。 墻壁及室內(nèi)物體的表面材質(zhì)越松軟，wet out 越??；反之越大 空間內(nèi)物體越多，wet out 越??；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，wetout 越小，反之越大 因此，擠滿(mǎn)了人的車(chē)廂的混響就比空車(chē)要小得多；放滿(mǎn)了家具的房間的混響就比空房間要??；有地毯的房間的混響比無(wú)地毯的?。簧稚焦鹊幕祉懕然纳缴焦鹊幕祉懸?。

（4）高低頻截止（low cut / high cut）

這個(gè)參數(shù)在有些效果器里是以 EQ 的形式來(lái)表現(xiàn)的，例如 Waves 的 RVerb 。這項(xiàng)內(nèi)容實(shí)際上跟現(xiàn)實(shí)情況沒(méi)有太直接的聯(lián)系，它只是為了我們做混響處理時(shí)聲音好聽(tīng)而設(shè)計(jì)的。不過(guò)它也能表現(xiàn)高頻聲音在傳播中損失比較厲害的現(xiàn)象。一般在做處理的時(shí)候，為了混響聲的清晰和溫暖，都會(huì)把低頻和高頻去掉一部份。只有在表現(xiàn)一些諸如“宇宙聲”等科幻環(huán)境時(shí)，才把高低頻保留。 另外有些效果器也把這個(gè)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(jué)，高頻就是冷，低頻就是暖。所以這些效果器用顏色來(lái)表示高低頻截止，暖色（紅）表示混響聲偏向低頻，冷色（藍(lán)）表示混響聲偏向高頻。補(bǔ)充：高低頻截止實(shí)際上在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，現(xiàn)實(shí)中的普遍現(xiàn)象是：低頻聲音的混響無(wú)論是聲音大小還是衰減時(shí)間，都要比高頻聲音大。這是因?yàn)椴煌l率的聲音由于波長(zhǎng)不同，因此繞過(guò)障礙的能力不同，高頻聲音波長(zhǎng)短，不容易繞過(guò)障礙，低頻聲音波長(zhǎng)長(zhǎng)，容易繞過(guò)障礙。加上它們?cè)诳諝庵袀鞑r(shí)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(shí)間和大小是不相同的。在真實(shí)世界中，在大多數(shù)中小空間里，越低的聲音具有越長(zhǎng)的混響時(shí)間，越高的聲音具有越短的混響時(shí)間，而不可能做到反過(guò)來(lái)。如何做到降低低頻混響是任何一個(gè)錄音棚頭疼的難題。唯獨(dú)有一種情況，是低頻混響小于高頻混響的，那就是很大的空間，并且里面布滿(mǎn)了由硬質(zhì)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(nèi)體育館。

（5）衰減形狀（Decay Shape）

 有的混響器里提供了這個(gè)參數(shù)，用來(lái)控制混響的衰減形狀。如下圖六所示是幾種常見(jiàn)衰減形狀：

                             圖六

上圖中第一個(gè)是我們最常用的線(xiàn)性衰減，第二個(gè)和第三個(gè)是EXP型衰減，其中第三個(gè)可以成為門(mén)式混響（Gate Reverb），第四和第五個(gè)是Reverse型衰減，通常用來(lái)制造一些特殊聲音效果。

（6）散射度（Diffusion）

一般也稱(chēng)作Early Reflections Diffusion(早反射的散射度)。這些早反射是比較明顯的反射聲，它們之間的相互接近程度就是散射度。一般來(lái)說(shuō)，墻壁越不光滑，反射聲越多，相互之間越接近，散射度越大，混響聲連成一片；墻壁越不光滑，反射聲越小，相互之間分得越開(kāi)，散射度越小，混響聲聽(tīng)起來(lái)比較接近回聲，比較清晰。

然而對(duì)于用戶(hù)來(lái)講，這些參數(shù)既繁多又難以確定，調(diào)節(jié)得不好反而不如不加混響。這時(shí)最好的選擇是套用軟件中得預(yù)置參數(shù)，比如“Large Hall”就可以實(shí)現(xiàn)大廳的混響效果。對(duì)于UItrafunkfxReverbR3效果器，可以給出下面一組參數(shù)：Input 0.0 Low cut 145 Highcut 4.5 Predelay 160 Room size 100 Diffusiin 100 Bass Multiplier 2.6 Crossover116 Decay Time 1.8 High Damping 2.2 Dry 1.0 E.R. -3.5 Reverb -7

這里筆者認(rèn)為在音效處理要求不高的時(shí)候Gold Wave軟件以其小巧玲瓏和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，有著很大的借鑒意義。其做出的混響效果基本令人滿(mǎn)意，最重要的是它只有三個(gè)最重要的參數(shù)需要調(diào)節(jié)。然而其不足之處在于添加的可選場(chǎng)景混響效果較少。

1.4 混響算法

混響的算法實(shí)現(xiàn)通常通過(guò)聽(tīng)覺(jué)逼近方式實(shí)現(xiàn)，這種方式產(chǎn)生與人耳聽(tīng)覺(jué)無(wú)差異的混響效果，著重重建混響的重點(diǎn)部分。最著名的混響算法是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Schroeder提出的，他提出的混響算法包含兩個(gè)IIR濾波器：梳狀濾波器和全通濾波器。其中梳狀濾波器是一個(gè)帶后向反饋的延時(shí)電路，而全通濾波器則是一個(gè)帶前向反饋支路的梳狀濾波器。原理圖如下：

圖七

通過(guò)并聯(lián)的梳狀濾波器模擬延時(shí)較大的回聲，串聯(lián)的全通濾波器模擬延時(shí)較小的回聲。然而這種方法的缺點(diǎn)則是它模擬的混響中回聲密度不夠，對(duì)此可以通過(guò)增加濾波器個(gè)數(shù)等方法進(jìn)行改進(jìn)。

1.5混響的實(shí)現(xiàn)代碼

參考