专利名称：减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法
技术领域：
本发明涉及一种减小扬声器阵列中输出信号之间产生相互干涉的方法，具体地说是一种减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法。
背景技术：
扩声系统的设计是一个复杂的过程。其设计的一条重要原则就是如果能采用单个扬声器就不要采用扬声器阵列。之所以这么做的原因是因为采用扬声器阵列时，由于各个扬声器发出的声音是高度相关的，从而会在空间的一些点发生相位干涉即梳妆滤波失真。但对于一些大空间的扩声系统设计，由于声源输出功率有限，采用单个扬声器并不足以使声音覆盖整个空间，此时就不得不采用扬声器阵列，而梳妆滤波失真也就不可避免的出现了。
目前，常用减小梳妆滤波器失真的方法主要有两种。第一种是采用时间校准技术，使得每个扬声器到达特定观察点的时间一致，采用这种采用时间校准技术只是使各个扬声器到一个特定观察点的时间一致。这种方法的缺点是只能消除该特定观察点周围一段区域的梳妆滤波失真，对于其它区域，梳妆滤波失真不会减少甚至有些区域增大了梳妆滤波失真。第二种就是增大各个扬声器到达观察点增益差值，使得产生梳妆滤波失真时峰谷差值小到不被人耳感知，常用的方法是用指向性的扬声器，使得每个扬声器有效辐射区域互不重叠。此方法的缺点是无论如何调整，总会存在辐射交叉的区域，在这些区域梳妆滤波失真就不可避免。
发明内容
本发明的目的是提供一种减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，该方法利用人耳对声音信号相位不敏感的原理，采用时变全通滤波器，随机化扬声器阵列中每个扬声器输入信号的相位，从而减小扬声器输出信号之间的相关性，进而减小由于相关产生干涉而带来的梳妆滤波失真。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，其特征在于它包括下列步骤A)将第k时刻的原始信号s(k)经过一个减小输入信号低频相关性的滤波器组，得到M个信号x0(k)...xM-1(k)，其中M为扬声器阵列中扬声器的个数；B)将步骤A)得到的信号x0(k)...xM-1(k)再经过一个与上述减小输入信号低频相关性的滤波器组相对应的减小输入信号高频相关性的滤波器组，得到M个扬声器阵列的输入信号y0(k)...yM-1(k)。
本发明中，减小输入信号低频相关性的滤波器组和与之相对应的减小输入信号高频相关性的滤波器组均由M个时变全通滤波器组成。
与现有技术相比，本发明利用人耳对声音信号相位不敏感的原理，采用时变全通滤波器，随机化扬声器阵列中每个扬声器输入信号的相位，从而减小扬声器输出信号之间的相关性，进而减小由于相关产生干涉而带来的梳妆滤波失真。本发明减小梳妆滤波器失真的效果明显。
四
图1是本发明的结构框图；图2(a)是未加本发明时观察点的幅度谱；图2(b)是采用本发明时观察点的幅度谱。
五具体实施例方式
下面结合实施例参照附图对本发明进行详细说明如图1所示，一种本发明所述的减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，它包括下列步骤A)将第k时刻的原始信号s(k)经过一个减小输入信号低频相关性的滤波器组1，得到M个信号x0(k)...xM-1(k)，其中M为扬声器阵列中扬声器3的个数；B)将第一步得到的信号x0(k)…xM-1(k)再经过一个减小输入信号高频相关性的滤波器组2，得到M个扬声器阵列的输入信号y0(k)…yM-1(k)。其中减小输入信号高频相关性的滤波器组2与上述减小输入信号低频相关性的滤波器组1相适配。
本发明中减小输入信号低频相关性的滤波器组1由M个不同的时变全通滤波器实现。最简单的全通滤波器可以用一个参数αi(k)来表示，其中k表示是αi(k)是时变的，下标i对应不同的扬声器且(0≤i≤M-1)。时变全通滤波器的频率响应如下Ai(ω,k)=e-jω-αi(k)1-αi(k)e-jω]]>从上式可以看出该滤波器具有以下几个特征1、对于任意的ω和k，|Ai(ω，k)|＝1。这表示该滤波器在任何时间对输入信号所有频率成分的幅值都不改变。
2、滤波器只改变输入信号的相位。
3、对输入信号相位的改变是由时变参数在αi(k)决定的。
为了使全通滤波器稳定，αi(k)的绝对值必须小于1，αi(k)随时间变化的规则如下
Setαi(k+1)＝αi(k)+ri(k)Setαi(k+1)＝-0.9ifαi(k+1)＜-0.9Setαi(k+1)＝0ifαi(k+1)＞0其中ri(k)为在[-R R]均匀分布的随机变量。R规定了αi(k)每次变化的最大值。增大R能减小扬声器各个声源输入信号的相关性，有利于减小梳妆滤波失真。但太大的R会使人耳察觉到声音音质的变化。xi(k)是由原始信号s(k)经过时变全通滤波器Ai(ω，k)得到的。
本发明中减小输入信号高频相关性的滤波器组2也由M个不同的时变全通滤波器实现。最简单的全通滤波器可以用一个参数βi(k)来表示，其中k表示是βi(k)是时变的，下标i对应不同的扬声器且(0≤i≤M-1)。时变全通滤波器的频率响应如下Bi(ω,k)=e-jω-βi(k)1-βi(k)e-jω]]>βi(k)随时间变化的规则如下Setβi(k+1)＝βi(k)+ti(k)Setβi(k+1)＝0ifβi(k+1)＜0Setβi(k+1)＝0.9ifβi(k+1)＞0.9其中ti(k)为在[-R R]均匀分布的随机变量。从βi(k)随时间变化的规则如可以看出，与减小输入信号低频相关性的滤波器组不同的是βi(k)在区间
中变化而αi(k)在区间[-0.9 0]中变化。扬声器输入信号yi(k)是由信号xi(k)经过时变全通滤波器Bi(ω，k)得到的。
下面采用两个扬声器的系统来验证本发明的有效性。原始信号源采用白噪声，采样频率为8k，时变全通滤波器参数R＝0.02，采用DMOS(ITU-Trecommendation P.800)测试表明R＝0.02时，该方法对输出信号音质是不影响的。测量两扬声器辐射重叠区的干涉频谱。该实验是在消声室里完成的，两扬声器的位置分别为(0m 0m)和(-3.3m -1.2m)，在直接把原始信号反馈给时扬声器时，观察点(-1.5m 1.5m)的频谱如图2(a)所示，可以看出在该点梳妆滤波失真很明显。图2(b)是采用本发明观察点的频谱，可以看出，梳妆滤波失真大大的减小了。
权利要求
1.一种减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，其特征在于它包括下列步骤A)将第k时刻的原始信号s(k)经过一个减小输入信号低频相关性的滤波器组(1)，得到M个信号x0(k)...xM-1(k)，其中M为扬声器阵列中扬声器(3)的个数；B)将第一步得到的信号x0(k)...xM-1(k)再经过一个与上述减小输入信号低频相关性的滤波器组(1)相对应的减小输入信号高频相关性的滤波器组(2)，得到M个扬声器阵列的输入信号y0(k)...yM-1(k)。
2.根据权利要求1所述的减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，其特征在于所述减小输入信号低频相关性的滤波器组(1)由M个时变全通滤波器组成。
3.根据权利要求1所述的减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，其特征在于所述减小输入信号高频相关性的滤波器组(2)由M个时变全通滤波器组成。
全文摘要
本发明公开了一种减小扬声器阵列中梳状滤波失真的方法，首先将某一时刻的原始信号经过一个减小输入信号低频相关性的滤波器组，得到M个信号；然后将得到的上述M个信号再经过一个减小输入信号高频相关性的滤波器组，得到M个扬声器阵列的输入信号，其中M为扬声器阵列中扬声器的个数。与现有技术相比，本发明采用时变全通滤波器，随机化扬声器阵列中每个扬声器输入信号的相位，减小由于相关产生干涉而带来的梳妆滤波失真，效果明显。它特别适用于空间较大的扩声场所中，具有极大的实用价值和显著的效果。
文档编号H04R3/00GK1770927SQ20051009433
公开日2006年5月10日 申请日期2005年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者吴鸣, 陈卫松, 邱小军, 赵其昌 申请人:南京大学