数字音乐均衡器

很多音乐播放软件都有均衡器，例如千千静听的数字均衡器效果如下：

这是一个10段均衡器。

 

均衡器实际上就是一组带通滤波器。对于学过数字信号处理的人，要设计这样一组滤波器并不是什么难事情。

这里我做了一个简单的均衡器，这个均衡器只有3段，即对低频，中频和高频进行调整。

 

1. 均衡器相关结构定义如下：

 1 typedef struct 2 { 3   // Filter #1 (Low band) 4  5   double  lf;       // Frequency 6   double  f1p0;     // Poles ... 7   double  f1p1;      8   double  f1p2; 9   double  f1p3;10 11   // Filter #2 (High band)12 13   double  hf;       // Frequency14   double  f2p0;     // Poles ...15   double  f2p1;16   double  f2p2;17   double  f2p3;18 19   // Sample history buffer20 21   double  sdm1;     // Sample data minus 122   double  sdm2;     //                   223   double  sdm3;     //                   324 25   // Gain Controls26 27   double  lg;       // low  gain28   double  mg;       // mid  gain29   double  hg;       // high gain30   31 } EQSTATE;  

2. 初始化均衡器的状态

 1 void init_3band_state(EQSTATE* es, int lowfreq, int highfreq, int sample_rate) 2 { 3   // Clear state  4  5   memset(es,0,sizeof(EQSTATE)); 6  7   // Set Low/Mid/High gains to unity 8  9   es->lg = 1.0;10   es->mg = 1.0;11   es->hg = 1.0;12 13   // Calculate filter cutoff frequencies14 15   es->lf = 2 * sin(M_PI * ((double)lowfreq / (double)sample_rate)); 16   es->hf = 2 * sin(M_PI * ((double)highfreq / (double)sample_rate));17 }

3. 执行滤波的过程

 1 double do_3band(EQSTATE* es, double sample) 2 { 3   // Locals 4  5   double  l,m,h;      // Low / Mid / High - Sample Values 6  7   // Filter #1 (lowpass) 8  9   es->f1p0  += (es->lf * (sample   - es->f1p0)) + vsa;10   es->f1p1  += (es->lf * (es->f1p0 - es->f1p1));11   es->f1p2  += (es->lf * (es->f1p1 - es->f1p2));12   es->f1p3  += (es->lf * (es->f1p2 - es->f1p3));13 14   l          = es->f1p3;15 16   // Filter #2 (highpass)17   18   es->f2p0  += (es->hf * (sample   - es->f2p0)) + vsa;19   es->f2p1  += (es->hf * (es->f2p0 - es->f2p1));20   es->f2p2  += (es->hf * (es->f2p1 - es->f2p2));21   es->f2p3  += (es->hf * (es->f2p2 - es->f2p3));22 23   h          = es->sdm3 - es->f2p3;24 25   // Calculate midrange (signal - (low + high))26 27   m          = es->sdm3 - (h + l);28 29   // Scale, Combine and store30 31   l         *= es->lg;32   m         *= es->mg;33   h         *= es->hg;34 35   // Shuffle history buffer 36 37   es->sdm3   = es->sdm2;38   es->sdm2   = es->sdm1;39   es->sdm1   = sample;                40 41   // Return result42 43   return(l + m + h);44 }

其中，变量 vsa 是一个很小很小的常数,也可以不加。

4. 使用上述代码。

4.1 定义一个均衡器的全局变量：

      

EQSTATE eq;

4.2 初始化均衡器，假定采样率为48k：

set_3band_state(eq,880,5000,48000);

这样，你的均衡器的频段如下：

low band = 0Hz to 880Hz
mid band = 880Hz to 5000Hz
high band = 5000Hz to 24000Hz

4.3 设定提升参数：

1 eq.lg = 1.5; // Boost bass by 50%2 eq.mg = 0.75; // Cut mid by 25%3 eq.hg = 1.0; // Leave high band alone 

4.4 对每一个PCM样本，执行计算过程：

out_sample = do_3band(eq,in_sample);

 

上述代码仅仅是个很简单的均衡器。

在本人的项目当中，实现了更加精确高效的可商用均衡器，包括支持常用的采样率，更多高达31段的数字均衡器，并且可方便移植到任何嵌入式设备上的完整解决方案。