不入耳开放音频设备（二）：OWS低音数字音频处理方法

原理：在开放场中，一个出声孔可以描述为一个声源（源强就是面积和速度的乘积），观测点的声压就是这些声源的叠加效果，其中f为频率，xi为振动位移，Si为面积，di为声源到观测点距离，γi跟表面几何形状关联。

很容易发现：
1、 同样的振幅，频率降低一半，声压级要减少12dB，也就是说在开放场下想要达到较大的响度存在天然的物理限制。

2、 由于膜片有正反两个面，他们的体积流刚好相反，可能存在抵消的作用，这让低音重放难度更大，但同时这个也是减少漏音的关键原理。

3、 可以提升低频响度的方法：尽量让正贡献声源离观测点近，让反贡献声源远离观测点，尽量加大源面积，尽量加大源位移，改变反贡献声源的相位（如倒相箱）。

数字音频处理提升开放音频低音性能

针对OWS耳机，在只有一个发声单元的开放音频，增加面积，离耳朵更近，改变相位多是采用物理的声学结构设计来完成，数字信号处理主要的作用是最大限度的达到物理的限制位移。

物理的限制主要来源于两部分：

1、喇叭承受的功率是确定的；

2、功放输出的最大功率是确定的。

方法一：EQ的调整

采用固定的一组EQ来调整耳机，这个是所有耳机中最常见的做法，这里的限制是不应让最后的总增益超过0dBFS。但事实上市面上一些劣质的耳机会犯数字削波失真的错误。

方法二：“动态”EQ调整

不同的音量下采用不同的EQ，比单一的EQ方法有提升，中小音量听音时低音比重更大，但大音量时由于物理的限制，不能提升低频品质。

方法三：动态范围控制/压缩（DRC，Dynamic Range Control/ Compression）

动态范围控制，顾名思义，是将输入音频信号的动态范围映射到指定的动态范围，有模拟和数字控制器，包含压缩限幅等，这里特指压缩相关的方法。音频信号可以进行整体的动态范围控制；也可以划分为若干子带分别进行动态范围控制。DRC广泛用于录音、制作、降噪、广播和现场表演等，并不算是一个新技术。小体积音箱的标配数字音频方法，但由于参数设计需要一定的专业和经验，是早期小体积音箱好坏的重要区分点。DRC做得好，会提升低音体验，做得不好会有声音忽大忽小的问题，更有甚者会有显著的失真或破音。

         
   一般DRC包含分频，扩位，峰值/均值检测，启动和释放平滑增益控制等，常见动态范围压缩的框图如下。

方法四：基于心理声学的特点，伪造出低音感，虚拟低音增强技术
心理声学实验中，存在一种“虚拟音调”的实验现象：人耳在基频缺失的情况下利用谐波组合重建信号音调高低。主要流程如下图，产生谐波主要方法为MaxxBass算法和VB Phase Vocoder。
MaxxBass算法是最早实现的一种低音增强算法。采用非线性乘法器来生成谐波，该方法不可避免会带来互调失真，目前几乎已经不再用实际应用。

VB Phase Vocoder相位声码器，利用短时傅里叶变换在频域进行频率和相位的调整来实现频率转移。一些手机中应用了该算法，OWS耳机暂时还未见到有具体报道。

内容来源：三省声学

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