一种多声道系统效果增强方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于声学领域，尤其涉及一种多声道系统效果增强方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着三维电视和三维电影技术的发展，三维音频技术成为了多媒体领域的一个研 究热点。在三维音频技术中，Ambisonics(高保真度立体声响复制）是一种重要的物理声 场重建技术。19世纪70年代英国牛津大学的Michael Gerzon首次提出Ambisonics技术， 该技术使用球谐函数表示和重建声场。与其他三维声场重建方法如波场合成（Wave Field Synthesis，WFS)，基于向量的幅度平移技术（Vector Based Amplitude Panning，VBAP)，头 相关传输函数（Head-Related Transfer Function，HRTF)相比，Ambisonics 技术是一种较 为实用的和逐渐逼近声全息的方法。
[0003] 在Ambisonics系统中，声场重建效果与Ambisonics的阶数是密切相关的。扬声 器数目I与Ambisonics的阶数M之间的关系为彡（M+1) 2。阶数越高，重建声场的效果 越好，但是需要更多的扬声器，将会导致扬声器摆放更加麻烦，不利于实际使用。例如，8个 扬声器摆放成正六面体结构时，可以用于Ambisonics系统重建声场，但是由于扬声器数目 较少，此种摆放使用传统Ambisonics编码方法进行声场重建的误差较大。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种多声道系统效果增强技术方案。
[0005] 本发明技术方案提供一种多声道系统效果增强方法，包括以下步骤，
[0006] 步骤1，设P个扬声器Spol、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上， 原始声源为平面波，原始声源信号记为S。，原始声源入射方向为（％,%)，_表示平面波入 射方向与Z轴之间的夹角，Θ。表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角， 球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器 Spnl、Spn2、…、SpnQ，利用 P+Q 个扬声器 Spol、Spo2、··'SpoP'SpnKSpnS、"'SpnQ 合 成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spol、Spo2、…、SpoP、Spnl、Spn2、"^SpnQ分别的初 始分配信号，包括以下子步骤，
[0007] 步骤101，获得P个扬声器Spol、Spo2、…、SpoP的位置信息；
[0008] 步骤102,将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正 Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spnl、Spn2、…、 SpnQ，获得Spnl、Spn2、…、SpnQ的位置信息；
[0009] 步骤 103,计算确定 P+Q 个扬声器 Spol、Spo2、…、SpoP、Spnl、Spn2、…、SpnQ 分 别的初始分配信号S1, S2，…SP+(j，令扬声器的个数I = P+Q，计算公式如下：
[0010]
[0011] S1=B1SwI = IJ^uI
[0012] 其中：
[0013] Pnlnil ( ·)为缔合勒让德函数；
[0014] e为数学常数；
[0015] i为虚部单位；
[0016] k为波数，
，f为声音信号频率；
[0017] c为声音在空气中的传播速度；
[0018] Rn(kR) = -ikRelkRi nhn(kR)，hn( ·)为 η 阶第二类球汉克尔函数；
[0019] S1为扬声器分配信号系数；
[0020] %表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；
[0021] Θ。表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；
[0022] 於表示观测点所在位置与原点0之间连线与Z轴之间的夹角；
[0023] Θ表示观测点所在位置与原点〇之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；
[0024] M 为 Ambisonics 的阶数，I ^ (Μ+1)2;
[0025] R表示扬声器组构成球面的半径；
[0026] I表不扬声器的个数；
[0027] S1S I 个扬声器 Spol、Spo2、"'SpoPjpnUSpr^h "'SpnQ 初始分配信号 S 丨，S2,… S1;
[0028] 步骤2,将Q个新的扬声器Spnl、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点 处的扬声器Spol、Spo2、…、SpoP，分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最 近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘， 得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spnl、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spol、Spo2、…、SpoP后，Spol、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分 配给对应扬声器Spow的信号之和，j = 1，2,…Q，w = 1，2, "·Ρ ;
[0029] 步骤3,计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spol、Spo2、…、SpoP的最终信号， 删除扬声器Spnl、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将步骤1中扬声器Spoj相应初始分配信号 加上步骤2中扬声器Spoj分配所得信号，得到扬声器Spoj的最终分配信号，j = 1，2,…P。
[0030] 而且，步骤2中，分配方式为，
[0031] 将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声 器，设这U个扬声器记为dl，d2，…dU，其中dl，d2，…dUe {Spol、Spo2、."、SpoP}，计 算得到分配系数wn, w_j2，…，w#，Spnj与对应分配系数wn, w_j2,…，w#相乘，得到正Q面体的 U个顶点处的扬声器dl，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spnl、Spn2、"^Spn Q 的信号分配给Spol、Spo2、…、SpoP后，Spol、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分 配给对应扬声器Spow的信号之和，j = 1，2,…Q，w = 1，2, "·Ρ ;
[0032] 计算分配系数Wjl, w_j2,…，Wju的公式如下：
[0033]
[0034]
[0037]
[0035] Wjl, wj2, ···, Wju^ 0[0036] 其中，
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] k为波数，左耳球坐标，r' 左耳球坐标；
[0043] ? = (ΑΡ?)对应Spnj的坐标，P表示ξ与原点0之间距离，#表示ξ与原 点〇之间连线与Z轴之间的夹角，Θ '表示ξ与原点〇之间连线在XOY平面的射影与X 轴之间的夹角；Ilvi=(AdA), V= 1，2，···υ表示扬声器dl，d2，…du，其中dl，d2，… due {Spol、Spo2、"'SpoP}，P表示ξ(ν)与原点0之间距离，#v)表示ξ (ν)与原点0之 间连线与Z轴之间的夹角，表示ξ w与原点〇之间连线在XOY平面的射影与X轴之间 的夹角。
[0044] 而且，Q为4或6或8或12或20。
[0045] 而且，步骤2中，U为3或4或5。
[0046] 本发明还相应提供一种多声道系统效果增强系统，包括以下模块，
[0047] 初始分配模块，用于设P个扬声器Spol、Spo2、"sSpoP呈正Q面体结构摆放在同 一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S。，原始声源入射方向为（)表示 平面波入射方向与Z轴之间的夹角，Θ。表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间 的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放 扬声器 Spnl、Spn2、…、SpnQ，利用 P+Q 个扬声器 Spol、Spo2、"'SpoPhSpnUSpr^ …、 SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spol、Spo2、…、SpoP、Spnl、Spn2、"'SpnQ分 别的初始分配信号，包括以下子模块，
[0048] 原始扬声器位置提取子模块，用于获得P个扬声器Spol、Spo2、"^Sp0P的位置信 息；扩展扬声器位置提取子模块，用于将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心 相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬 声器Spnl、Spn2、…、SpnQ，获得Spnl、Spn2、…、SpnQ的位置信息；
[0049] 初始分配计算子模块，用于计算确定P+Q个扬声器Spol、Spo2、…、SpoP、SpnU Spn2、*"、SpnQ分别的初始分配信号S 1, S2，…SP+(j，令扬声器的个数I = P+Q，计算公式如下：
[0050]
[0051]
[0052] 其中：
[0053] Pnlnil (·)为缔合勒让德函数；
[0054] e为数学常数；
[0055] i为虚部单位；
[0056] k为波数，
，f为声音信号频率；
[0057] c为声音在空气中的传播速度；
[0058] Rn(kR) = -ikRelkRi nhn(kR)，hn( ·)为 η 阶第二类球汉克尔函数；
[0059] S1为扬声器分配信号系数；
[0060] % :表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；
[0061] Θ。表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；
[0062] 穸表示观测点所在位置与原点0之间连线与Z轴之间的夹角；
[0063] Θ表示观测点所在位置与原点〇之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；
[0064] M 为 Ambisonics 的阶数，I ^ (Μ+1)2;
[0065] R表示扬声器组构成球面的半径；
[0066] I表不扬声器的个数；
[0067] S1S I 个扬声器 Spol、Spo2、"'SpoPjpnUSpr^h "'SpnQ 初始分配信号 S 丨，S2,… S1;
[0068] 扩展分配模块，用于将Q个新的扬声器Spnl、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q 面体P个顶点处的扬声器Spol、Spo2、…、SpoP，
[0069] 分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶 点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spn j与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶 点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spnl、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spol、 Spo2、…、SpoP后，Spol、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow 的信号之和，j = 1，2,…Q，w = 1，2, *··Ρ ;
[0070] 最终分配模块，用于计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spol、Spo2、…、SpoP 的最终信号，删除扬声器Spnl、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将初始分配模块中扬声器Spoj 相应初始分配信号加上扩展分配模块中扬声器Spoj分配所得信号，得到扬声器Spoj的最 终分配信号，j = 1，2,…P。
[0071] 而且，扩展分配模块中，分配方式为，
[0072] 将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声 器，设这U个扬声器记为dl，d2，…dU，其中dl，d2，…dUe {Spol、Spo2、."、SpoP}，计 算得到分配系数wn, w_j2，…，w#，Spnj与对应分配系数wn, w_j2,…，w#相乘，得到正Q面体的 U个顶点处的扬声器dl，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn