专利名称：基于平面波分解的wfs系统主动房间补偿方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及声场重放领域，特别涉及一种主动房间补偿方法。
背景技术：
波场合成(Wave Field Synthesis-ffFS)是一种能够控制整个听音区域内波场的空间声重放技术，它利用上百个独立通道所组成的扬声器阵列，在给定的听音房间中重建出录音房间的空间感。然而，系统没有将听音房间中的反射考虑进去，由听音房间引入的额外反射会破坏原始的空间感，影响WFS系统空间重建的效果。因此，为了消除或消减这种不利影响，需要对整个听音区域内的房间反射进行补偿[1_6]。现有的房间补偿主要分为被动和主动两种，被动补偿的方法是利用吸声材料来吸收听音房间的反射，这种方法会受到经济成本和房间设计的限制，尤其是不能有效地吸收低频声波。因此，对于空间声重放系统而言，被动房间补偿本身并不能完全抑制听音房间的反射。另一方面，主动房间补偿方法则需在听音区域内布置大量的传声器来测量波场，并利用控制设备、放大器和扬声器来产生能够抵消听音房间反射的声波。这些硬件要求与WFS声重放系统基本一致，即现有的WFS系统的硬件设备也可用于主动房间补偿系统。因此，WFS声重放系统选择主动听音房间补偿方法较为适合。传统的主动房间补偿方法的主要缺陷为:只能在测量传声器的位置实现对房间反射的补偿，其他区域较与未补偿时相比反而更糟[7]。这一缺陷的主要原因是现有的回放系统，如5通道环绕声系统，对听音区域内波场的控制能力有限；另一方面，现有的补偿系统所用的测量点数目较少，对听音区域内波场的分析能力也有限。换言之，为了克服已有方法的诸多缺陷，理想的主动房间补偿系统应具备对听音区域内波场充分的分析和控制能力，以获得所有有关听音房间声学特性的信息进而消除任何不期望的房间反射。
发明内容
本发明的目的在于提出能够进一步解决上述问题的方法和系统。在第一方面，本发明提供一种基于波场合成WFS系统进行房间补偿的方法。该方法包括:利用圆形传声器阵列测量圆环上的各点的声压和振速；利用圆环上各点的声压和振速，计算入射波场在角度方向上的平面波分解系数；将平面波分解的入射部分作为房间的反射波场，构建房间脉冲响应矩阵；基于房间脉冲响应矩阵计算补偿滤波器矩阵，以便在由多个扬声器播放之前经由补偿滤波器矩阵预滤波。在第二方面，本发明提供一种基于WFS系统进行房间补偿的系统,包括WPS系统，补偿滤波器，和M个扬声器，其中N个声源信号经WFS系统进行空间声重放技术处理后，经由补偿滤波器矩阵C(Z)预滤波，然后由M个扬声器进行声重放。在第二方面中，优选地，利用圆形传声器阵列测量圆环上的各点的声压和振速；利用圆环上各点的声压和振速，计算入射波场的平面波分解系数；将平面波分解的入射部分作为房间的反射波场，构建房间脉冲响应矩阵；基于房间脉冲响应矩阵计算补偿滤波器矩阵。与传统的多通道补偿算法相比，本发明实施例的补偿效果并不局限于某几个测量点，而是在整个听首区域内都是有效的。
图1是基于WFS技术的声重放系统不意图；图2是根据本发明实施例的WFS系统房间补偿框图；图3是基于圆形传声器阵列计算平面波分解的框图；图4是时域多通道解卷积的框图；图5是虚拟传声器阵列装置(AKG CK92和AKG CK94)；图6房间脉冲响应测量系统；图7是750Hz简谐平面波的重建波场。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细的说明。本发明在波场合成和波场分析的理论基础上为解决听音房间补偿问题提出了新方案。本发明提出了一种基于平面波分解和多通道逆滤波的主动房间补偿算法，利用多通道回放系统在整个听音区域内消减了听音房间反射的影响。听音房间补偿的目的在于改善非消声室环境中回放系统的重建质量，理想的听音房间补偿能够完全消除听音房间反射声的影响。理论上，听音房间的影响可通过测量扬声器到传声器之间的脉冲响应来描述，而补偿可通过对扬声器激励信号进行预滤波来实现，但是实际上房间的脉冲响应大多数是非最小相位的，一般不能直接用于逆滤波M。随着回放通道数和测量点数的增加，主动房间补偿问题进一步转化成为对多输入多输出系统求逆的问题，利用MINT方法能求出精确解Ul]。然而，房间脉冲响应只反映了听音房间对测量传声器所在位置(测量点)波场的影响，这些多点补偿算法也只能在测量点处实现很好的补偿，而测量点以外的听音区域的音质往往比未补偿时更糟m[12]。概言之，现有的房间补偿算法只能在一些离散测量点处补偿听音房间的影响，即对重建波场补偿能力有限。波场合成技术的特点是能控制整个听音区域内的波场，理论上基于现有的WFS系统进行听音房间补偿会取得更好的效果。波场合成的理论框架最初由代尔夫特理工大学所提出[8]，是一种基于物理实现的方法。波场合成的理论基础为惠更斯原理，它的数学基础可由基尔霍夫积分给出，即已知包围无源区域V的表面S上的声压和声压梯度，可计算出V中任意一点的声压。基尔霍夫积分表不为:
权利要求
1.一种基于波场合成WFS系统进行房间补偿的方法，包括:利用圆形传声器阵列测量圆环上的各点的声压和振速；利用圆环上各点的声压和振速，计算入射波场在角度方向上的平面波分解系数；将波长分解的入射波部分作为听音房间的反射波场，构建房间脉冲响应矩阵；基于房间脉冲响应矩阵计算补偿滤波器矩阵，以便在由多个扬声器播放之前经由补偿滤波器矩阵预滤波。
2.一种基于WFS系统进行房间补偿的系统，包括WFS系统，补偿滤波器，和M个扬声器，其中N个声源信号经由补偿滤波器矩阵C(Z)预滤波，转化成WFS系统的激励信号，然后由M个扬声器进行声重放。
3.如权利要求2所述的系统，其中，利用圆形传声器阵列测量圆环上的各点的声压和振速；利用圆环上各点的声压和振速，计算入射波场在角度方向上的平面波分解系数；利用入射波场在角度方向上的平面波分解系数作为反射波场，构建房间脉冲响应矩阵；基于房间脉冲响应矩阵计算补偿滤波器矩阵。
全文摘要
本发明实施例提供一种基于波场合成WFS系统进行房间补偿的方法和系统。该方法包括利用圆形传声器阵列测量圆环上的各点的声压和振速；利用圆环上各点的声压和振速，计算入射波场在角度方向上的平面波分解系数；利用入射波场在角度方向上的平面波分解系数作为反射波场，构建房间脉冲响应矩阵；基于房间脉冲响应矩阵计算补偿滤波器矩阵，以便在由多个扬声器播放之前经由补偿滤波器矩阵预滤波。与传统的多通道补偿算法相比，本发明实施例的补偿效果并不局限于某几个测量点，而是在整个听音区域内都是有效的。
文档编号H04S7/00GK103118323SQ201210584100
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者付强, 李娟 , 颜永红 申请人:中国科学院声学研究所, 上海中科高等研究院, 北京中科信利技术有限公司