一種基于波場(chǎng)合成和波場(chǎng)分析的聲重放方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法及系統(tǒng)，所述方法包含：分別利用波場(chǎng)分析記錄錄音房間的第一聲場(chǎng)和聽音房間的第二聲場(chǎng)；采用波域變換公式對(duì)測(cè)量到的第一聲場(chǎng)和第二聲場(chǎng)進(jìn)行空域分解，得到第一波域分解后的信號(hào)和第二波域分解后的信號(hào)；將第一波域分解后的信號(hào)傳遞至聲場(chǎng)重建一端，采用波場(chǎng)合成初步重建錄音房間所錄制的聲場(chǎng)；依據(jù)第二波域分解后的信號(hào)采用單通道逆濾波補(bǔ)償聽音房間反射信號(hào)對(duì)初步錄音房間所錄制的聲場(chǎng)的影響，得到最終重建的錄音房間所錄制的聲場(chǎng)。本發(fā)明具有寬闊的聽音區(qū)域并不局限于某幾個(gè)聽音位置，通過波域變換將多輸入多輸出系統(tǒng)解耦合為若干單輸入單輸出系統(tǒng)，進(jìn)而降低了計(jì)算復(fù)雜度。
【專利說明】一種基于波場(chǎng)合成和波場(chǎng)分析的聲重放方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聲場(chǎng)重放領(lǐng)域，特別涉及錄音、重放以及房間補(bǔ)償?shù)姆椒?，具體涉及一種基于波場(chǎng)合成和波場(chǎng)分析的聲重放方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多通道聲重現(xiàn)系統(tǒng)的主要目的是給予聽眾一種最優(yōu)的聽覺感受，因此在設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí)要求重放的聲音盡量逼真，使得聽眾渾然不知聲音是由揚(yáng)聲器陣列重放出來的。對(duì)了達(dá)到這個(gè)目的，只了解音頻信號(hào)的時(shí)域信息顯然是不夠的，空域信息也尤為重要。進(jìn)一步講，自從發(fā)明了立體聲技術(shù)以來，眾所周知為了重建聲像的空間位置至少需要兩個(gè)揚(yáng)聲器。然而，立體聲技術(shù)也是非常有限的，它的最優(yōu)聽音位置只局限于一點(diǎn)“sweet spot”。從這一點(diǎn)出發(fā)，目前科研人員著力于研究利用大量的揚(yáng)聲器能夠重建整個(gè)聲場(chǎng)的重放技術(shù)。其中，最熱門的技術(shù)當(dāng)屬基于惠更斯原理的波場(chǎng)合成(Wave Field Synthesis_WFS)。波場(chǎng)合成于上個(gè)世紀(jì)八十年代由Berkhout最先提出。波場(chǎng)合成的基本原理主要是基于基爾霍夫積分，即已知閉合邊界上的聲壓和聲壓梯度就可以計(jì)算出邊界所包圍區(qū)域的聲壓場(chǎng)，而波場(chǎng)合成的核心思想是利用揚(yáng)聲器陣列來重建聲場(chǎng)。同樣地，波場(chǎng)分析(Wave Field Analysis-ffFA)實(shí)際上是一種基于傳聲器陣列的聲場(chǎng)錄音技術(shù)?，F(xiàn)有方法利用波場(chǎng)分析技術(shù)在錄音房間記錄整個(gè)聲場(chǎng)，進(jìn)而利用波場(chǎng)合成技術(shù)在聽音房間重建出原始聲場(chǎng)。
[0003]基于波場(chǎng)合成與波場(chǎng)分析的聲重放技術(shù)是通過揚(yáng)聲器陣列和傳聲器陣列來實(shí)現(xiàn)的，與傳統(tǒng)的聲重放技術(shù)不同，這是一種基于物理實(shí)現(xiàn)的模擬聲場(chǎng)技術(shù)，目的在于以物理方法還原原始聲場(chǎng)而不依賴于任何心理聲學(xué)的知識(shí)，此外，由于陣列技術(shù)使重建聲場(chǎng)具有廣闊的聽音區(qū)域，而不局限于某一個(gè)位置。
[0004]與傳統(tǒng)的聲重放系統(tǒng)一樣，為了使這些技術(shù)能在實(shí)際情況中應(yīng)用起來，需將自適應(yīng)濾波算法應(yīng)用到WFS/WFA中來，實(shí)際應(yīng)用中自適應(yīng)算法的應(yīng)用實(shí)例為聲回波抵消、主動(dòng)噪聲控制和主動(dòng)房間補(bǔ)償?shù)鹊?。由于輸?輸出通道數(shù)目極多導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度過高，以至于在WFS/WFA系統(tǒng)中直接執(zhí)行這些算法變得不可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，為克服上述問題，本發(fā)明提出了一種基于波場(chǎng)分析、波場(chǎng)合成和波域自適應(yīng)濾波的準(zhǔn)確的聲重放系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，所述方法包含:
[0007]步驟101)分別利用波場(chǎng)分析記錄錄音房間的第一聲場(chǎng)和聽音房間的第二聲場(chǎng)；
[0008]步驟102)采用波域變換公式對(duì)測(cè)量到的第一聲場(chǎng)和第二聲場(chǎng)進(jìn)行空域分解，得到第一波域分解后的信號(hào)和第二波域分解后的信號(hào)；
[0009]步驟103)將第一波域分解后的信號(hào)傳遞至聲場(chǎng)重建一端，采用波場(chǎng)合成初步重建錄音房間所錄制的聲場(chǎng)；[0010]步驟104)依據(jù)第二波域分解后的信號(hào)采用單通道逆濾波補(bǔ)償聽音房間反射信號(hào)對(duì)初步錄音房間所錄制的聲場(chǎng)的影響，得到最終重建的錄音房間所錄制的聲場(chǎng)；
[0011]其中，所述波域變換公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，所述方法包含: 步驟101)分別利用波場(chǎng)分析記錄錄音房間的第一聲場(chǎng)和聽音房間的第二聲場(chǎng)； 步驟102)采用波域變換公式對(duì)測(cè)量到的第一聲場(chǎng)和第二聲場(chǎng)進(jìn)行空域分解，得到第一波域分解后的信號(hào)和第二波域分解后的信號(hào)； 步驟103)將第一波域分解后的信號(hào)傳遞至聲場(chǎng)重建一端，采用波場(chǎng)合成初步重建錄音房間所錄制的聲場(chǎng)； 步驟104)依據(jù)第二波域分解后的信號(hào)采用單通道逆濾波補(bǔ)償聽音房間反射信號(hào)對(duì)初步重建的錄音房間所錄制的聲場(chǎng)的影響，得到最終重建的錄音房間所錄制的聲場(chǎng)； 其中，所述波域變換公式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，其特征在于，所述步驟101)進(jìn)一步包含: 步驟101-1)采用錄音房間錄音區(qū)域的圓環(huán)陣列測(cè)量環(huán)繞聽音區(qū)域的閉合曲線上聲壓和聲壓梯度得到第一聲場(chǎng)； 步驟101-2)采用聽音房間重建區(qū)域的圓環(huán)陣列測(cè)量環(huán)繞聽音區(qū)域的閉合曲線上聲壓和聲壓梯度得到第二聲場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，其特征在于，步驟103)所述波場(chǎng)合成進(jìn)一步包含: 步驟201)用于將第一波域分解后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為平面波域信號(hào)，具體為依據(jù)圓環(huán)陣列采集的聲壓和振速計(jì)算圓諧分解系數(shù)，再依據(jù)圓諧分解系數(shù)獲得平面波分解系數(shù)獲得平面波域信號(hào)； 步驟202)將平面波域信號(hào)轉(zhuǎn)化為激勵(lì)信號(hào)； 步驟203)將激勵(lì)信號(hào)作用于揚(yáng)聲器陣列進(jìn)行播放。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，其特征在于，所述步驟104)進(jìn)一步包含: 步驟104-1)利用單通道自適應(yīng)逆濾波對(duì)第一聲場(chǎng)重建的初步錄音所錄制的聲場(chǎng)進(jìn)行單通道逆濾波，從而抵消聽音房間對(duì)依據(jù)第一聲場(chǎng)初步重建的聲場(chǎng)的影響，得到優(yōu)化的重建波域信號(hào)； 步驟104-2)將優(yōu)化重建的波域信號(hào)轉(zhuǎn)化為揚(yáng)聲器的激勵(lì)信號(hào)利用揚(yáng)聲器陣列進(jìn)行重新播放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放方法，其特征在于，采用延遲補(bǔ)償filtered-X濾波器結(jié)構(gòu)對(duì)波域變換所得到的單通道信號(hào)進(jìn)行逆濾波。
6.一種基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含位于錄音房間錄音區(qū)域的第一傳聲器陣列，及位于聽音房間重建區(qū)域的揚(yáng)聲器陣列，其特征在于，所述系統(tǒng)包含: 位于所述重建區(qū)域揚(yáng)聲器陣列內(nèi)部的第二傳聲器陣列，該傳聲器陣列用于測(cè)量聽音房間的聲場(chǎng)得到第二聲場(chǎng)信息； 第二波場(chǎng)分析模塊，用于分析聽音房間的整個(gè)聲場(chǎng)情況； 第二波域分解模塊，用于將第二波場(chǎng)分析模塊得到的整個(gè)聲場(chǎng)進(jìn)行波域分解，得到第二波域分解信號(hào)，將傳聲器陣列測(cè)量得到的聲場(chǎng)進(jìn)行解耦合； 主動(dòng)補(bǔ)償模塊，用于采用延遲補(bǔ)償filtered-X濾波器對(duì)第二波域變換后所得到的單通道信號(hào)進(jìn)行逆濾波，并將逆濾波結(jié)果輸入波場(chǎng)合成模塊； 所述第一傳聲器陣列用于測(cè)量錄音房間的聲場(chǎng)得到第一聲場(chǎng)信息； 第一波場(chǎng)分析模塊，用于分析錄音房間中聲場(chǎng)的變化； 第一波域分解模塊，用于將錄音房間所測(cè)量到的波場(chǎng)信號(hào)分解為波域信號(hào)之后傳輸?shù)铰犚舴块g來重放； 和 波場(chǎng)合成模塊，用于基于第一波域分解信號(hào)分解后的信號(hào)采用波場(chǎng)合成方法重建錄音房間所錄制的聲場(chǎng)，并用主動(dòng)補(bǔ)償模塊輸出的逆濾波信號(hào)調(diào)整重建聲場(chǎng)信號(hào)，得到最終準(zhǔn)確重建的錄音房間所錄制的聲場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放系統(tǒng),其特征在于，所述第一傳聲器陣列和第二傳聲器陣列為圓形傳聲器陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于波場(chǎng)合成和分析的聲重放系統(tǒng),其特征在于,所述第一傳聲器陣列和第二傳聲器陣均進(jìn)一步包含:聲壓傳聲器和聲壓梯度傳聲器，且所述聲壓傳聲器與聲壓梯度傳聲器放置于圓環(huán)的等角位置，同時(shí)聲壓梯度傳聲器的主軸應(yīng)與圓環(huán)徑向方向的法向量相重合。
【文檔編號(hào)】H04R5/00GK103945308SQ201310024909
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】付強(qiáng), 李娟 , 顏永紅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所, 北京中科信利技術(shù)有限公司