.G, (7)
[0056] 其中：
[0057]
[0060] 其中d为逆系统阶数，e为白噪声长度。
[0061] 目标即是解出逆系统的冲激响应G，在此式中，问题已转化为解超定方程了，可以 采用最小二乘法求解。
[0062] 步骤3 :基于Ambisonics的三维环绕声算法
[0063] 根据平面声波可以在球坐标系中用球谐函数无限展开的原理，振幅为s的平面波 寫％传播到内部没有声源的有限空间n的波动方程也可以写为：
[0064]
[0070] 由于，具有特定的与声源方位相关的空间指向特性，因此可认为，平面 波S的空间信息可被爲3空间采样并保留下来，这个过程也被称为Ambisonic系统的 编码过程。也被称为原始Ambisonic信号。当然，在实施过程中不可能进行无限阶球谐 函数取样，只能到M阶截断。此时3维情况下，对平面波S进行M阶采样后共有（M+1)2个原 始Ambisonic信号。而2维情况下，对平面波S进行M阶采样后共2M+1个原始Ambisonic 信号。
[0071] 根据球谐函数重构声场的理论，用Ambisonic系统对声场进行重构时，根据重发 扬声器的数量和方位，将由编码环节得到的原始Ambisonic信号以不同的比例作线性混 合，然后输送给对应的扬声器重发，最终达到在扬声器阵列中心位置处重建源声场的目的。 确定各原始Ambisonic信号的混合比例的过程就是Ambisonic系统的解码过程。假设方位 角为? ％〕的第j个扬声器的重发信号为t,，则按照Ambisonic系统重构声场的原理，二 维情况时t,应满足以下方程式：
[0072]
[0073] 简化表达
[0074] Y? =A(16)
[0075] g可以用以下方法解出
[0076]t=pinv(g) ?A= (YT ?Y) 1 ?YT ?A(17)
[0077] 当然，扬声器数量越多，重发效果越好，因此二维情况时，重发扬声器的数量推荐 采用k彡2M+2.
[0078] 步骤4:卷积计算输出
[0079] 步骤3求出了个通道理想的音频输出信号，但此信号经扬声器播放时，必然受到 信道及房间环境的影响，为均衡此影响，把此信号卷积上步骤2求出的逆函数g(n)，即可得 到输出到各扬声器的音频信号，
[0080] tliyi) - ^ i= (18)
[0081] 客观评测实验
[0082] 本发明采用听音位置复现的声场与理想声场的相似程度来评价所采用的方法，根 据声场的球谐函数分解原理得到空间任意一点的声压的分解公式为
[0083]
(8)
[0084] 虚拟声源最直接的效果即虚拟声源与预设方位相差多少，而虚拟声源的方位则体 现在球谐函数的各阶系数上，因此本发明主要用复现的声场与理想声场各自的球谐函 数系数的相似度来作为一个客观评价指标。
[0085] 参与评价的系统有三种，1.理想情况下的声场；2.未加均衡处理情况下的声场； 3.采用本发明方法均衡处理后的声场。其各自球谐函数的系数为：
[0086] 1?理想情况下的声场
[0087]
(1 句
[0088] 2.未加均衡处理情况下的声场，因为扬声器幅频特性不一致，到达中心点距离不 一致，传播路径不同，导致扬声器信号到达听者位置时，相当于经过了一个滤波器，此滤波 器既是步骤1中测得的传递函数。因而，计算各扬声器的球谐函数分解系数也要乘以滤波 器系数
[0089]
(19)
[0090] 3.采用本发明方法均衡处理后的声场，相当于在上系统2基础上再乘以步骤3求 出的逆系统的传递函数，
[0091]
120}
[0092] 系统评价环境如图4所示，共用11个扬声器。
[0093] 采用二维空间三维球谐函数分解，分别按式（14, 19, 20)计算三个系统的各阶球 谐函数分解系数，结果如图5所示，图中显示，均衡后的系统空间参数分布更贴近理想系 统，优于理想系统。为了评价球谐系数，本发明采用复现的声场与理想声场各自的球谐函数 系数的相关系数来作为一个客观评价指标，其具体定义为：
[0094] 设三种评价的系统（1.理想系统；2.未加均衡处系统；3.采用本发明方法均衡处 理后的系统）各自球谐函数转为向量为，
[0095]
(21)
[0098] 1 ?理想系统
[0099] rl(f) =A1 ?AVCA^lA1!) (23)
[0100] 2.未加均衡系统，
[0101] r2 (f) =A2 (f) ?A1/(IA11 * |A2 (f) |) (24)
[0102] 3.采用本发明方法均衡处理后的系统
[0103] r3 (f) =A3 (f) ?A1/ (|A11 * |A3 (f) |) (25)
[0104] 图6为三种系统的相关系数图，左图为理想系统的相关系数rl，中图未均衡系统 的相关系数r2,右图为均衡后系统的相关系数r3。从图中可以看出，均衡后系统的空间系 数相关图优于未均衡系统。
[0105] 空间增益图可以说明了所实现系统空间方位的分辨率和混淆度，本发明采用空间 指向图来进一步评价所实现系统的性能。三种系统的空间指向图计算公式如下，
[0106] 1.理想系统
[0107]
(26)
[0108] 2.未加均衡处理情况下的声场，
[0109]
[0110] 3.采用本发明方法均衡处理后的声场
[0111]
[0112] num这里取 3。
[0113] 空间指向里选则水平角为0°，20°情况，计算结果如图7所示，上图为水平角10 度，下图为水平角20度，左图为理想系统，中图为未均衡系统，右图为均衡后系统。从图中 可以看出，均衡后的系统指向图优于未均衡系统。
[0114] 综上，我们采用了三种对空间参数的评价标准，均衡后的系统均优于未经处理的 实际系统，本发明方法有效。本发明基于各通道扬声器到听音者的传递函数，基于一定的优 化准则法估计其逆函数，利用此逆函数均衡听音环境及信道对各通道声音在幅值和相位上 的影响，客观实验结果表明了本发明的有效性。
【主权项】
1. 一种三维环绕声重放系统的扬声器环境自适应校准方法，其步骤为： 1) 测量三维环绕声重放系统的听音环境内每一通道扬声器到听音位置的传递函数 hi(η)； 2) 计算每一传递函数Iii (η)的逆函数8; (η); 3) 测量激励信号源的虚拟方位（θ，δ )以及各通道扬声器的摆放位置（Θ P δ J，依据 三维环绕声算法计算各通道扬声器的理想输出信号ti; 4) 将各通道扬声器的理想输出信号h与相应通道的逆函数g Jn)进行卷积计算，得到 各通道扬声器的实际输出信号，其中，i = 1~M，M为扬声器总数，η代表时间。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述传递函数的激励信号为MLS序列。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述传递函数hi (η)的方法为： 31) 生成N阶长度为L = 2Ν 1的MLS序列χ(η); 32) 根据输入序列X (η)，测量得到系统的输出信号yi (η); 33) 计算序列χ (η)与信号yi (η)的互相关，并除以序列长度L得到本次测量的传递函 数 h' Jn); 34) 重复步骤31)~33)，将多次测量的传递函数h' Jn)取平均值，得到所述传递函 数 Ii1 (η)。4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述MLS序列的长度L大于听音环境的 混响时间。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式计算所述逆函数 gi (η);其中，δ (η)为单位冲击函数，n = O时，该函数值为1，其他均为0。6. 如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，采用最小二乘算法计算 出所述逆函数gl (η)，其方法为：首先引入一随机白噪声序列w(n)，得到一 输出序列.然后根据f (n) = w (n-T)对输出序列进行展开并转换为一矩阵F = B1G1;其中，T为系统延迟，逆系统阶数，e为白噪声阶数，Λ,(") = ;然后采用最小二乘法对矩阵F进行求 解，得到所述逆函数gl (η)。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扬声器的数量k多2Μ+2,其中，M为三 维环绕声重放系统编码过程中球谐函数展开的截断阶数。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述传递函数的激励信号为Golay码。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述传递函数的激励信号为扫频信号。
【专利摘要】本发明公开了一种三维环绕声重放系统的扬声器环境自适应校准方法。本方法为：1)测量三维环绕声重放系统的听音环境内每一通道扬声器到听音位置的传递函数hi(n)；2)计算每一传递函数hi(n)的逆函数gi(n)；3)测量激励信号源的虚拟方位(θ,δ)以及各通道扬声器的摆放位置(θi，δi)，依据三维环绕声算法计算各通道扬声器的理想输出信号ti；4)将各通道扬声器的理想输出信号ti与相应通道的逆函数gi(n)进行卷积计算，得到各通道扬声器的实际输出信号tˊi，其中，i＝1…M，M为扬声器总数，n代表时间。此方法可均衡由扬声器性能、非球面均匀分布、传输信道的不一致性。
【IPC分类】H04S5/00, H04S7/00
【公开号】CN105072557
【申请号】CN201510490058
【发明人】曲天书, 吴玺宏, 黄智超
【申请人】北京大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月11日