一种基于波场合成和波场分析的声重放方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于波场合成和分析的声重放方法及系统，所述方法包含：分别利用波场分析记录录音房间的第一声场和听音房间的第二声场；采用波域变换公式对测量到的第一声场和第二声场进行空域分解，得到第一波域分解后的信号和第二波域分解后的信号；将第一波域分解后的信号传递至声场重建一端，采用波场合成初步重建录音房间所录制的声场；依据第二波域分解后的信号采用单通道逆滤波补偿听音房间反射信号对初步录音房间所录制的声场的影响，得到最终重建的录音房间所录制的声场。本发明具有宽阔的听音区域并不局限于某几个听音位置，通过波域变换将多输入多输出系统解耦合为若干单输入单输出系统，进而降低了计算复杂度。
【专利说明】一种基于波场合成和波场分析的声重放方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及声场重放领域，特别涉及录音、重放以及房间补偿的方法，具体涉及一种基于波场合成和波场分析的声重放方法及系统。
【背景技术】
[0002]多通道声重现系统的主要目的是给予听众一种最优的听觉感受，因此在设计这些系统时要求重放的声音尽量逼真，使得听众浑然不知声音是由扬声器阵列重放出来的。对了达到这个目的，只了解音频信号的时域信息显然是不够的，空域信息也尤为重要。进一步讲，自从发明了立体声技术以来，众所周知为了重建声像的空间位置至少需要两个扬声器。然而，立体声技术也是非常有限的，它的最优听音位置只局限于一点“sweet spot”。从这一点出发，目前科研人员着力于研究利用大量的扬声器能够重建整个声场的重放技术。其中，最热门的技术当属基于惠更斯原理的波场合成(Wave Field Synthesis_WFS)。波场合成于上个世纪八十年代由Berkhout最先提出。波场合成的基本原理主要是基于基尔霍夫积分，即已知闭合边界上的声压和声压梯度就可以计算出边界所包围区域的声压场，而波场合成的核心思想是利用扬声器阵列来重建声场。同样地，波场分析(Wave Field Analysis-ffFA)实际上是一种基于传声器阵列的声场录音技术。现有方法利用波场分析技术在录音房间记录整个声场，进而利用波场合成技术在听音房间重建出原始声场。
[0003]基于波场合成与波场分析的声重放技术是通过扬声器阵列和传声器阵列来实现的，与传统的声重放技术不同，这是一种基于物理实现的模拟声场技术，目的在于以物理方法还原原始声场而不依赖于任何心理声学的知识，此外，由于阵列技术使重建声场具有广阔的听音区域，而不局限于某一个位置。
[0004]与传统的声重放系统一样，为了使这些技术能在实际情况中应用起来，需将自适应滤波算法应用到WFS/WFA中来，实际应用中自适应算法的应用实例为声回波抵消、主动噪声控制和主动房间补偿等等。由于输入/输出通道数目极多导致计算复杂度过高，以至于在WFS/WFA系统中直接执行这些算法变得不可行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，为克服上述问题，本发明提出了一种基于波场分析、波场合成和波域自适应滤波的准确的声重放系统。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种基于波场合成和分析的声重放方法，所述方法包含:
[0007]步骤101)分别利用波场分析记录录音房间的第一声场和听音房间的第二声场；
[0008]步骤102)采用波域变换公式对测量到的第一声场和第二声场进行空域分解，得到第一波域分解后的信号和第二波域分解后的信号；
[0009]步骤103)将第一波域分解后的信号传递至声场重建一端，采用波场合成初步重建录音房间所录制的声场；[0010]步骤104)依据第二波域分解后的信号采用单通道逆滤波补偿听音房间反射信号对初步录音房间所录制的声场的影响，得到最终重建的录音房间所录制的声场；
[0011]其中，所述波域变换公式为:
【权利要求】
1.一种基于波场合成和分析的声重放方法，所述方法包含: 步骤101)分别利用波场分析记录录音房间的第一声场和听音房间的第二声场； 步骤102)采用波域变换公式对测量到的第一声场和第二声场进行空域分解，得到第一波域分解后的信号和第二波域分解后的信号； 步骤103)将第一波域分解后的信号传递至声场重建一端，采用波场合成初步重建录音房间所录制的声场； 步骤104)依据第二波域分解后的信号采用单通道逆滤波补偿听音房间反射信号对初步重建的录音房间所录制的声场的影响，得到最终重建的录音房间所录制的声场； 其中，所述波域变换公式为:
2.根据权利要求1所述的基于波场合成和分析的声重放方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)采用录音房间录音区域的圆环阵列测量环绕听音区域的闭合曲线上声压和声压梯度得到第一声场； 步骤101-2)采用听音房间重建区域的圆环阵列测量环绕听音区域的闭合曲线上声压和声压梯度得到第二声场。
3.根据权利要求1所述的基于波场合成和分析的声重放方法，其特征在于，步骤103)所述波场合成进一步包含: 步骤201)用于将第一波域分解后的信号转化为平面波域信号，具体为依据圆环阵列采集的声压和振速计算圆谐分解系数，再依据圆谐分解系数获得平面波分解系数获得平面波域信号； 步骤202)将平面波域信号转化为激励信号； 步骤203)将激励信号作用于扬声器阵列进行播放。
4.根据权利要求1所述的基于波场合成和分析的声重放方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含: 步骤104-1)利用单通道自适应逆滤波对第一声场重建的初步录音所录制的声场进行单通道逆滤波，从而抵消听音房间对依据第一声场初步重建的声场的影响，得到优化的重建波域信号； 步骤104-2)将优化重建的波域信号转化为扬声器的激励信号利用扬声器阵列进行重新播放。
5.根据权利要求4所述的基于波场合成和分析的声重放方法，其特征在于，采用延迟补偿filtered-X滤波器结构对波域变换所得到的单通道信号进行逆滤波。
6.一种基于波场合成和分析的声重放系统，该系统包含位于录音房间录音区域的第一传声器阵列，及位于听音房间重建区域的扬声器阵列，其特征在于，所述系统包含: 位于所述重建区域扬声器阵列内部的第二传声器阵列，该传声器阵列用于测量听音房间的声场得到第二声场信息； 第二波场分析模块，用于分析听音房间的整个声场情况； 第二波域分解模块，用于将第二波场分析模块得到的整个声场进行波域分解，得到第二波域分解信号，将传声器阵列测量得到的声场进行解耦合； 主动补偿模块，用于采用延迟补偿filtered-X滤波器对第二波域变换后所得到的单通道信号进行逆滤波，并将逆滤波结果输入波场合成模块； 所述第一传声器阵列用于测量录音房间的声场得到第一声场信息； 第一波场分析模块，用于分析录音房间中声场的变化； 第一波域分解模块，用于将录音房间所测量到的波场信号分解为波域信号之后传输到听音房间来重放； 和 波场合成模块，用于基于第一波域分解信号分解后的信号采用波场合成方法重建录音房间所录制的声场，并用主动补偿模块输出的逆滤波信号调整重建声场信号，得到最终准确重建的录音房间所录制的声场。
7.根据权利要求6所述的基于波场合成和分析的声重放系统,其特征在于，所述第一传声器阵列和第二传声器阵列为圆形传声器阵列。
8.根据权利要求7所述的基于波场合成和分析的声重放系统,其特征在于,所述第一传声器阵列和第二传声器阵均进一步包含:声压传声器和声压梯度传声器，且所述声压传声器与声压梯度传声器放置于圆环的等角位置，同时声压梯度传声器的主轴应与圆环径向方向的法向量相重合。
【文档编号】H04R5/00GK103945308SQ201310024909
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2013年1月23日
【发明者】付强, 李娟 , 颜永红 申请人:中国科学院声学研究所, 北京中科信利技术有限公司