專利名稱：基于平面波分解的wfs系統(tǒng)主動房間補(bǔ)償方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲場重放領(lǐng)域，特別涉及一種主動房間補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
波場合成(Wave Field Synthesis-ffFS)是一種能夠控制整個聽音區(qū)域內(nèi)波場的空間聲重放技術(shù)，它利用上百個獨立通道所組成的揚(yáng)聲器陣列，在給定的聽音房間中重建出錄音房間的空間感。然而，系統(tǒng)沒有將聽音房間中的反射考慮進(jìn)去，由聽音房間引入的額外反射會破壞原始的空間感，影響WFS系統(tǒng)空間重建的效果。因此，為了消除或消減這種不利影響，需要對整個聽音區(qū)域內(nèi)的房間反射進(jìn)行補(bǔ)償[1_6]?，F(xiàn)有的房間補(bǔ)償主要分為被動和主動兩種，被動補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ抢梦暡牧蟻砦章犚舴块g的反射，這種方法會受到經(jīng)濟(jì)成本和房間設(shè)計的限制，尤其是不能有效地吸收低頻聲波。因此，對于空間聲重放系統(tǒng)而言，被動房間補(bǔ)償本身并不能完全抑制聽音房間的反射。另一方面，主動房間補(bǔ)償方法則需在聽音區(qū)域內(nèi)布置大量的傳聲器來測量波場，并利用控制設(shè)備、放大器和揚(yáng)聲器來產(chǎn)生能夠抵消聽音房間反射的聲波。這些硬件要求與WFS聲重放系統(tǒng)基本一致，即現(xiàn)有的WFS系統(tǒng)的硬件設(shè)備也可用于主動房間補(bǔ)償系統(tǒng)。因此，WFS聲重放系統(tǒng)選擇主動聽音房間補(bǔ)償方法較為適合。傳統(tǒng)的主動房間補(bǔ)償方法的主要缺陷為:只能在測量傳聲器的位置實現(xiàn)對房間反射的補(bǔ)償，其他區(qū)域較與未補(bǔ)償時相比反而更糟[7]。這一缺陷的主要原因是現(xiàn)有的回放系統(tǒng)，如5通道環(huán)繞聲系統(tǒng)，對聽音區(qū)域內(nèi)波場的控制能力有限；另一方面，現(xiàn)有的補(bǔ)償系統(tǒng)所用的測量點數(shù)目較少，對聽音區(qū)域內(nèi)波場的分析能力也有限。換言之，為了克服已有方法的諸多缺陷，理想的主動房間補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)具備對聽音區(qū)域內(nèi)波場充分的分析和控制能力，以獲得所有有關(guān)聽音房間聲學(xué)特性的信息進(jìn)而消除任何不期望的房間反射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出能夠進(jìn)一步解決上述問題的方法和系統(tǒng)。在第一方面，本發(fā)明提供一種基于波場合成WFS系統(tǒng)進(jìn)行房間補(bǔ)償?shù)姆椒?。該方法包?利用圓形傳聲器陣列測量圓環(huán)上的各點的聲壓和振速；利用圓環(huán)上各點的聲壓和振速，計算入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)；將平面波分解的入射部分作為房間的反射波場，構(gòu)建房間脈沖響應(yīng)矩陣；基于房間脈沖響應(yīng)矩陣計算補(bǔ)償濾波器矩陣，以便在由多個揚(yáng)聲器播放之前經(jīng)由補(bǔ)償濾波器矩陣預(yù)濾波。在第二方面，本發(fā)明提供一種基于WFS系統(tǒng)進(jìn)行房間補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng),包括WPS系統(tǒng)，補(bǔ)償濾波器，和M個揚(yáng)聲器，其中N個聲源信號經(jīng)WFS系統(tǒng)進(jìn)行空間聲重放技術(shù)處理后，經(jīng)由補(bǔ)償濾波器矩陣C(Z)預(yù)濾波，然后由M個揚(yáng)聲器進(jìn)行聲重放。在第二方面中，優(yōu)選地，利用圓形傳聲器陣列測量圓環(huán)上的各點的聲壓和振速；利用圓環(huán)上各點的聲壓和振速，計算入射波場的平面波分解系數(shù)；將平面波分解的入射部分作為房間的反射波場，構(gòu)建房間脈沖響應(yīng)矩陣；基于房間脈沖響應(yīng)矩陣計算補(bǔ)償濾波器矩陣。與傳統(tǒng)的多通道補(bǔ)償算法相比，本發(fā)明實施例的補(bǔ)償效果并不局限于某幾個測量點，而是在整個聽首區(qū)域內(nèi)都是有效的。


圖1是基于WFS技術(shù)的聲重放系統(tǒng)不意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的WFS系統(tǒng)房間補(bǔ)償框圖；圖3是基于圓形傳聲器陣列計算平面波分解的框圖；圖4是時域多通道解卷積的框圖；圖5是虛擬傳聲器陣列裝置(AKG CK92和AKG CK94)；圖6房間脈沖響應(yīng)測量系統(tǒng)；圖7是750Hz簡諧平面波的重建波場。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明在波場合成和波場分析的理論基礎(chǔ)上為解決聽音房間補(bǔ)償問題提出了新方案。本發(fā)明提出了一種基于平面波分解和多通道逆濾波的主動房間補(bǔ)償算法，利用多通道回放系統(tǒng)在整個聽音區(qū)域內(nèi)消減了聽音房間反射的影響。聽音房間補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诟纳品窍暿噎h(huán)境中回放系統(tǒng)的重建質(zhì)量，理想的聽音房間補(bǔ)償能夠完全消除聽音房間反射聲的影響。理論上，聽音房間的影響可通過測量揚(yáng)聲器到傳聲器之間的脈沖響應(yīng)來描述，而補(bǔ)償可通過對揚(yáng)聲器激勵信號進(jìn)行預(yù)濾波來實現(xiàn)，但是實際上房間的脈沖響應(yīng)大多數(shù)是非最小相位的，一般不能直接用于逆濾波M。隨著回放通道數(shù)和測量點數(shù)的增加，主動房間補(bǔ)償問題進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為對多輸入多輸出系統(tǒng)求逆的問題，利用MINT方法能求出精確解Ul]。然而，房間脈沖響應(yīng)只反映了聽音房間對測量傳聲器所在位置(測量點)波場的影響，這些多點補(bǔ)償算法也只能在測量點處實現(xiàn)很好的補(bǔ)償，而測量點以外的聽音區(qū)域的音質(zhì)往往比未補(bǔ)償時更糟m[12]。概言之，現(xiàn)有的房間補(bǔ)償算法只能在一些離散測量點處補(bǔ)償聽音房間的影響，即對重建波場補(bǔ)償能力有限。波場合成技術(shù)的特點是能控制整個聽音區(qū)域內(nèi)的波場，理論上基于現(xiàn)有的WFS系統(tǒng)進(jìn)行聽音房間補(bǔ)償會取得更好的效果。波場合成的理論框架最初由代爾夫特理工大學(xué)所提出[8]，是一種基于物理實現(xiàn)的方法。波場合成的理論基礎(chǔ)為惠更斯原理，它的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可由基爾霍夫積分給出，即已知包圍無源區(qū)域V的表面S上的聲壓和聲壓梯度，可計算出V中任意一點的聲壓?；鶢柣舴蚍e分表不為:
權(quán)利要求
1.一種基于波場合成WFS系統(tǒng)進(jìn)行房間補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?利用圓形傳聲器陣列測量圓環(huán)上的各點的聲壓和振速；利用圓環(huán)上各點的聲壓和振速，計算入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)；將波長分解的入射波部分作為聽音房間的反射波場，構(gòu)建房間脈沖響應(yīng)矩陣；基于房間脈沖響應(yīng)矩陣計算補(bǔ)償濾波器矩陣，以便在由多個揚(yáng)聲器播放之前經(jīng)由補(bǔ)償濾波器矩陣預(yù)濾波。
2.一種基于WFS系統(tǒng)進(jìn)行房間補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，包括WFS系統(tǒng)，補(bǔ)償濾波器，和M個揚(yáng)聲器，其中N個聲源信號經(jīng)由補(bǔ)償濾波器矩陣C(Z)預(yù)濾波，轉(zhuǎn)化成WFS系統(tǒng)的激勵信號，然后由M個揚(yáng)聲器進(jìn)行聲重放。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，利用圓形傳聲器陣列測量圓環(huán)上的各點的聲壓和振速；利用圓環(huán)上各點的聲壓和振速，計算入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)；利用入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)作為反射波場，構(gòu)建房間脈沖響應(yīng)矩陣；基于房間脈沖響應(yīng)矩陣計算補(bǔ)償濾波器矩陣。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種基于波場合成WFS系統(tǒng)進(jìn)行房間補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)。該方法包括利用圓形傳聲器陣列測量圓環(huán)上的各點的聲壓和振速；利用圓環(huán)上各點的聲壓和振速，計算入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)；利用入射波場在角度方向上的平面波分解系數(shù)作為反射波場，構(gòu)建房間脈沖響應(yīng)矩陣；基于房間脈沖響應(yīng)矩陣計算補(bǔ)償濾波器矩陣，以便在由多個揚(yáng)聲器播放之前經(jīng)由補(bǔ)償濾波器矩陣預(yù)濾波。與傳統(tǒng)的多通道補(bǔ)償算法相比，本發(fā)明實施例的補(bǔ)償效果并不局限于某幾個測量點，而是在整個聽音區(qū)域內(nèi)都是有效的。
文檔編號H04S7/00GK103118323SQ201210584100
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者付強(qiáng), 李娟 , 顏永紅 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所, 上海中科高等研究院, 北京中科信利技術(shù)有限公司