一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于误差模型的多区域声重放方法，包括：布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，所述明区是需要产生某独立音源的区域，暗区是所有不需要产生某独立音源的区域；对扬声器频响误差进行概率分布建模；根据误差分布模型，分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达式和明区中的频率响应一致性约束表达式；按照频率响应一致性约束的时域声能量对比控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。相比于常规方法，本发明方法可以有效降低扬声器频响误差引入的对比度性能下降的影响，提升装置的鲁棒性和可靠性。
【专利说明】一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及声学领域，特别涉及一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着科技的飞速发展和生活水平的提高，汽车在人们的生活中也占据着 越来越重要的位置，用户也越来越重视车内的声环境。如今车内经常会充满各式各样的声 音，诸如音乐声、导航语音、电话声、警告声等。通常车内不同的人想听不同的声音，例如驾 驶员想听导航语音和警告声，坐在后排座位的乘客可能想听音乐声。在一些家庭影院应用 中也存在不同区域的用户想听不同声音的问题，或者由于听力阈值不一样，不同的用户希 望能听到不同音量的声音。在博物馆等展览区域，展品之间的声音不能相互干扰，即在不同 的展览品面前只能出现跟此展品相关的声音，从而提高用户体验感。同样，餐厅也需要在 不同的区域产生不同的背景音乐，满足客户不同的爱好。在上述场景中，现有的音响系统无 法在不同的区域内产生独立的音源，不能满足用户需求。虽然通过佩戴耳机可以解决各个 区域声音相互干扰的问题，但是长时间佩戴耳机不仅会使用户产生疲劳感也会损伤用户听 力。
[0003] 多区域声重放系统通过调节扬声器阵列输入信号的幅度和相位，在多个区域内各 自产生独立的音源，为各用户打造个性化聆听空间，避免了佩戴耳机带来的疲劳感。多区域 声重放系统中常用的一种控制方法是声能量对比度控制方法。声能量对比度控制方法主要 分为两大类：频域设计和时域设计。现有技术中的频域声能量对比度控制方法无法保证时 域冲激响应滤波器信号的因果性，因此在非控制频率点上的对比度性能会下降。现有技术 中的时域声能量对比度控制方法直接在时域中设计，避免了时域冲激响应滤波器信号的非 因果性问题，因此可以解决频域声能量对比控制方法在非控制频率点对比度性能下降的问 题。但是现有技术中的时域声能量对比度控制方法并不考虑扬声器频响存在的误差，这与 实际相差甚远。
[0004] 现有技术中的时域声能量对比度控制方法所存在的问题会降低多区域声重放系 统的对比度性能，扩大各区域声场之间的相互干扰，无法为各用户营造个性化的私人聆听 空间，并降低了实际系统量产的可能性。针对现有声能量对比度控制方法中存在的由扬声 器频响误差引入的对比度性能下降问题，需要寻找更为简便有效的方法来克服由扬声器频 响误差引入的对比度性能下降问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的声能量对比度控制方法所存在的由扬声器 频响误差引入的对比度性能下降问题，从而提供一种能够改善扬声器频响存在误差情况下 的对比度性能的时域声能量对比度控制方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种基于误差模型的多区域声场重现方法，包 括：
[0007] 步骤1):布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，明区是需要产生某独 立音源的区域，暗区是所有不需要产生某独立音源的区域；
[0008] 步骤2):建立扬声器频响误差分布模型；；
[0009] 步骤3):根据步骤2)的误差分布模型和所述扬声器阵列，得到明区和暗区在存在 扬声器频响误差情况下的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式；
[0010] 步骤4):根据步骤3)的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式，按 照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤 波器信号。
[0011] 优选地，在所述的步骤1)中，所布放的扬声器阵列为线性阵列或圆形阵列或随机 阵列。
[0012] 优选地，在所述的步骤1)中，所述明区或暗区的区域形状是方形或圆形或线型。
[0013] 优选地，在所述的步骤2)中，所述的误差概率分布建模可以通过测量获得也可通 过模型预测获得。
[0014] 优选地，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的测量方法包括：
[0015] (1)测量一组扬声器在频率f?处的频响，分别获取扬声器频响的幅度分布和相位 分布；
[0016] (2)根据实际测量的分布进行分布曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。
[0017] 优选地，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的预测方法包括：
[0018] (1)用声学仪器对步骤1)中的扬声器阵列的测量获得TS参数，所述的TS参数包 括音圈直流电阻、音圈电感、机械阻、力顺、振动质量、空气辐射阻、空气辐射抗、等效辐射面 积、电磁力感应系数；
[0019] (2)采用蒙特卡罗方法通过对TS参数抽样，仿真扬声器的频响，获取扬声器的频 响的幅度和相位分布；
[0020] (3)根据获得的扬声器频响的幅度和相位分布进行曲线拟合，获取扬声器频响误 差分布模型。
[0021] 优选地，所述步骤3)包括：
[0022] 步骤3-1):假定第1个扬声器在频率《处的频响误差为：
【权利要求】
1. 一种基于误差模型的多区域声重放方法，包括以下步骤： 步骤1):布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，明区是需要产生一独立音 源的区域，暗区是所有不需要产生一独立音源的区域； 步骤2):建立扬声器频响误差分布模型； 步骤3):根据步骤2)的误差分布模型和所述扬声器阵列，得到明区和暗区在存在扬声 器频响误差情况下的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式； 步骤4):根据步骤3)的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式，按照频 率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器 信号。
2. 根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述的 步骤1)中，所布放的扬声器阵列为线性阵列或圆形阵列或随机阵列。
3. 根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述的 步骤1)中，所述明区或暗区的区域形状是方形或圆形或线型。
4. 根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述步 骤2)中，所述的扬声器频响误差分布模型通过测量获得或者通过模型预测获得。
5. 根据权利要求4所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤 2)中的扬声器频响误差分布模型的建立方法包括： (1) 测量一组扬声器在频率f处的频响，分别获取扬声器频响的幅度分布和相位分布； (2) 根据实际测量的分布进行分布曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。
6. 根据权利要求4所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤 2) 中的扬声器频响误差分布模型的建立方法包括： (1) 用声学仪器对步骤1)中的扬声器的测量获得TS参数，所述的TS参数包括音圈直 流电阻、音圈电感、机械阻、力顺、振动质量、空气辐射阻、空气辐射抗、等效辐射面积、电磁 力感应系数； (2) 采用蒙特卡罗方法通过对TS参数抽样，仿真扬声器的频响，获取扬声器的频响的 幅度和相位分布； (3) 根据获得的扬声器频响的幅度和相位分布进行曲线拟合，获取扬声器频响误差分 布模型。
7. 根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤 3) 包括： 步骤3-1):假定第I= 1…L个扬声器在频率ω处的频响误差A1(Co),其表达式为：Α,(ω) = al{w)e^m<a} 其中，&1(ω)和Cj5l(Co)分别是频响误差的幅度和相位，都为随机变量，L为扬声器个 数，则扬声器阵列到明区第k=Ρ··ΚΒ个控制点的频响冗,.(幼，其表达式为：
其中，Kb为明区的控制点个数；〇为矩阵的Hadamard积，w是各个通道的时域冲激响 应滤波器系数组成的向量，其表达式为 W = [W1(O)，…，W1(M-I)，…，wL(O)，…，wL(M-I)]τ 其中M为每个通道的滤波器阶数，sBk(c〇)的表达式为： sBk(?) = [rBk(0)，...，rBk(M+I-2)][l，e-JtV..，e-W)]T rBk (η) = [hBlk (η)，…，hBlk (n-M+1)，…，hBLk (η)，…，hBLk (n-M+1)]τ 其中将扬声器第I通道到明区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的 FIR滤波器，hBlk(η)为系数。A的表达式为：
因此扬声器阵列辐射到明区的时域平均声能量4为：
因为4是随机变量，则明区的期望平均声能量ERb }为：
其中Ε{}是取随机变量的期望值，E{ΑΑΗ}包含了误差概率分布模型参数，由步骤2)提 供。 步骤3-2):扬声器阵列到暗区第k= 个控制点的频响瓦)Α(?)为：
其中Kd为明区的控制点个数，sDk(?)的表达式为：sDk(?) = [rDk(0)，...，rDk(M+I-2)][l，e-JtV..，e-W)]T rDk (η) = [hDlk (η)，…，hDlk (n-M+1)，…，hDLk (η)，…，hDLk (n-M+1)]τ 其中将扬声器第I通道到暗区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的 FIR滤波器，hDlk(n)为系数。因此暗区的期望平均声能量为：
步骤3-3):选定参考频率ωρ定义明区的频率响应一致性约束RV，该频率响应一致性 约束的表达式为：
其中沉{}是取元素的实数部分，Ω是所有约束频率点的集合，Q的表达式为：
8. 根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述的步 骤4)包括： 步骤4-1):按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，列出其优化问题 为：
步骤4-2):对步骤4-1)所得到的优化问题求出其解：
其中PmaxH是求解矩阵对应最大特征值的单位特征向量，U为单位矩阵，δ为鲁棒性参 数，α为权重参数；参数δ和α都取正数； 步骤4-3):将步骤4-2)所得到的向量w按每隔M个元素进行切割，得到各个通道的时 域冲激响应滤波器信号。
9.一种基于误差模型的多区域声重放装置，其特征在于，包括： 扬声器阵列布放模块，用于布放扬声器阵列，并设定明区和暗区的控制点，其中，所述 的明区是指是需要产生某独立音源的区域，所述的暗区是指所有不需要产生某独立音源的 区域； 扬声器频响误差获取模块，用于对频响误差进行概率分布建模； 期望平均声能量表达式获取模块，用于分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达 式； 频率响应一致性约束表达式获取模块，用于选定参考频率，列出明区中的频率响应一 致性约束表达式； 时域冲激响应滤波器信号计算模块，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比控制 准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。
【文档编号】H04R1/20GK104469595SQ201410597657
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】蔡野锋 申请人:苏州上声电子有限公司