基於平面波分解的wfs系統主動房間補償方法和系統的製作方法
2023-06-21 18:12:51
專利名稱：基於平面波分解的wfs系統主動房間補償方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及聲場重放領域，特別涉及一種主動房間補償方法。
背景技術：
波場合成(Wave Field Synthesis-ffFS)是一種能夠控制整個聽音區域內波場的空間聲重放技術，它利用上百個獨立通道所組成的揚聲器陣列，在給定的聽音房間中重建出錄音房間的空間感。然而，系統沒有將聽音房間中的反射考慮進去，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，需要對整個聽音區域內的房間反射進行補償[1_6]。現有的房間補償主要分為被動和主動兩種，被動補償的方法是利用吸聲材料來吸收聽音房間的反射，這種方法會受到經濟成本和房間設計的限制，尤其是不能有效地吸收低頻聲波。因此，對於空間聲重放系統而言，被動房間補償本身並不能完全抑制聽音房間的反射。另一方面，主動房間補償方法則需在聽音區域內布置大量的傳聲器來測量波場，並利用控制設備、放大器和揚聲器來產生能夠抵消聽音房間反射的聲波。這些硬體要求與WFS聲重放系統基本一致，即現有的WFS系統的硬體設備也可用於主動房間補償系統。因此，WFS聲重放系統選擇主動聽音房間補償方法較為適合。傳統的主動房間補償方法的主要缺陷為:只能在測量傳聲器的位置實現對房間反射的補償，其他區域較與未補償時相比反而更糟[7]。這一缺陷的主要原因是現有的回放系統，如5通道環繞聲系統，對聽音區域內波場的控制能力有限；另一方面，現有的補償系統所用的測量點數目較少，對聽音區域內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，理想的主動房間補償系統應具備對聽音區域內波場充分的分析和控制能力，以獲得所有有關聽音房間聲學特性的信息進而消除任何不期望的房間反射。
發明內容
本發明的目的在於提出能夠進一步解決上述問題的方法和系統。在第一方面，本發明提供一種基于波場合成WFS系統進行房間補償的方法。該方法包括:利用圓形傳聲器陣列測量圓環上的各點的聲壓和振速；利用圓環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係數；將平面波分解的入射部分作為房間的反射波場，構建房間脈衝響應矩陣；基於房間脈衝響應矩陣計算補償濾波器矩陣，以便在由多個揚聲器播放之前經由補償濾波器矩陣預濾波。在第二方面，本發明提供一種基於WFS系統進行房間補償的系統,包括WPS系統，補償濾波器，和M個揚聲器，其中N個聲源信號經WFS系統進行空間聲重放技術處理後，經由補償濾波器矩陣C(Z)預濾波，然後由M個揚聲器進行聲重放。在第二方面中，優選地，利用圓形傳聲器陣列測量圓環上的各點的聲壓和振速；利用圓環上各點的聲壓和振速，計算入射波場的平面波分解係數；將平面波分解的入射部分作為房間的反射波場，構建房間脈衝響應矩陣；基於房間脈衝響應矩陣計算補償濾波器矩陣。與傳統的多通道補償算法相比，本發明實施例的補償效果並不局限於某幾個測量點，而是在整個聽首區域內都是有效的。
圖1是基於WFS技術的聲重放系統不意圖；圖2是根據本發明實施例的WFS系統房間補償框圖；圖3是基於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房間脈衝響應測量系統；圖7是750Hz簡諧平面波的重建波場。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施例做進一步詳細的說明。本發明在波場合成和波場分析的理論基礎上為解決聽音房間補償問題提出了新方案。本發明提出了一種基於平面波分解和多通道逆濾波的主動房間補償算法，利用多通道回放系統在整個聽音區域內消減了聽音房間反射的影響。聽音房間補償的目的在於改善非消聲室環境中回放系統的重建質量，理想的聽音房間補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聲器到傳聲器之間的脈衝響應來描述，而補償可通過對揚聲器激勵信號進行預濾波來實現，但是實際上房間的脈衝響應大多數是非最小相位的，一般不能直接用於逆濾波M。隨著回放通道數和測量點數的增加，主動房間補償問題進一步轉化成為對多輸入多輸出系統求逆的問題，利用MINT方法能求出精確解Ul]。然而，房間脈衝響應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，這些多點補償算法也只能在測量點處實現很好的補償，而測量點以外的聽音區域的音質往往比未補償時更糟m[12]。概言之，現有的房間補償算法只能在一些離散測量點處補償聽音房間的影響，即對重建波場補償能力有限。波場合成技術的特點是能控制整個聽音區域內的波場，理論上基於現有的WFS系統進行聽音房間補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所提出[8]，是一種基於物理實現的方法。波場合成的理論基礎為惠更斯原理，它的數學基礎可由基爾霍夫積分給出，即已知包圍無源區域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。基爾霍夫積分表不為:
權利要求
1.一種基于波場合成WFS系統進行房間補償的方法，包括:利用圓形傳聲器陣列測量圓環上的各點的聲壓和振速；利用圓環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係數；將波長分解的入射波部分作為聽音房間的反射波場，構建房間脈衝響應矩陣；基於房間脈衝響應矩陣計算補償濾波器矩陣，以便在由多個揚聲器播放之前經由補償濾波器矩陣預濾波。
2.一種基於WFS系統進行房間補償的系統，包括WFS系統，補償濾波器，和M個揚聲器，其中N個聲源信號經由補償濾波器矩陣C(Z)預濾波，轉化成WFS系統的激勵信號，然後由M個揚聲器進行聲重放。
3.如權利要求2所述的系統，其中，利用圓形傳聲器陣列測量圓環上的各點的聲壓和振速；利用圓環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係數；利用入射波場在角度方向上的平面波分解係數作為反射波場，構建房間脈衝響應矩陣；基於房間脈衝響應矩陣計算補償濾波器矩陣。
全文摘要
本發明實施例提供一種基于波場合成WFS系統進行房間補償的方法和系統。該方法包括利用圓形傳聲器陣列測量圓環上的各點的聲壓和振速；利用圓環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係數；利用入射波場在角度方向上的平面波分解係數作為反射波場，構建房間脈衝響應矩陣；基於房間脈衝響應矩陣計算補償濾波器矩陣，以便在由多個揚聲器播放之前經由補償濾波器矩陣預濾波。與傳統的多通道補償算法相比，本發明實施例的補償效果並不局限於某幾個測量點，而是在整個聽音區域內都是有效的。
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 優先權日2012年12月28日
發明者付強, 李娟 , 顏永紅 申請人:中國科學院聲學研究所, 上海中科高等研究院, 北京中科信利技術有限公司