音频均衡器EQ

概述

EQ（Equaliser）为音频均衡器，通过对声音某一个或多个频段进行增益或者衰减，其他频段保持不变从而达到调整音色的目的。音频均衡器在各个音乐 app 中，各个 RTC 厂商中都可以设置。以声网的 RTC 的 demo 为例，图中红色的部分就是音频均衡器。：

首先我们来了解一下各个频段对人声的影响。人耳可分辨的声音频率大约是在 20Hz~20kHz，因此调音台中的四段均衡器把其分为的 4 个频段，根据德国柏林音乐研究所资料介绍，它们是：

• HF（高频）：6kHz-16kHz，影响音色的表现力、解析力。

• MID HF（中高频）：600Hz-6kHz，影响音色的明亮度、清晰度。

• MID LF（中低频）：200Hz-600Hz，影响音色和力茺和结实度。

• LF（低频）：20Hz-200Hz，影响音色的混厚度和丰满度。

EQ 的设计原理不复杂，但是如何调节各个波段的增益保持声音动听这是一大难点。EQ 通常使用滤波器来对各个频段滤波来实现。通常我们会把 EQ 设置为 10 个频段，每个频段有中间频率，截止频率，起始频率。在书籍《Audio Effects》有如下表，其中左边代表倍频，右边代表 1/3 倍频：

根据以上的介绍，我们知道 EQ 中最重要的参数包括：

1）进行增益的中心频率：f0

2) 当前频段要进行的增益：G Gain 增益可以为正为负

3）设定进行增益或衰减频段宽度的参数：Q Quantize，Q 越小，频段越宽；反之，频段越窄。

滤波器

滤波器常见的有低通、高通、带通滤波器。这些滤波器都有一个共同的点，理想情况下，在滤波器截止频率范围以外，增益基本为 0。而 EQ 需要对声音某一个或多个频段进行增益或者衰减，其他频段保持不变从而达到调整音色的目的。因此，理想情况下，滤波器截止频率范围以外，增益基本为 1。因此，EQ 中使用的滤波器为 lowself，highself，peak 滤波器。下面详细介绍下这 3 种滤波器。

lowself 滤波器是低通滤波器的一个变形版本，需设置截止频率外增益为 1。因此，lowshelf 滤波器可以认为是低通滤波器在截止频率外并联一个直通信号。

lowself 滤波器的增益曲线为：

一阶 lowself 滤波器的传输函数表示为：

其中 A(z)是一个一阶全通滤波器。

highself 滤波器与 lowself 的设计是一样的。只需要将 Z 变化为 1/Z 即可。

highself 滤波器的增益曲线为：

peak 滤波器是带通滤波器的变形。

滤波器的增益曲线为：

一阶 peak 滤波器设计为

其中 A2(z)为一个二阶全通滤波器

对于 EQ 各个频段使用滤波器时，第一个频段需要使用 lowshelf filter，最后一个频段使用 highshelf filter，其余频段使用 peak filter