基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法及系统

本发明属于空间多区域声场重放，尤其涉及基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着智能化音频技术的发展，人们对在公共开放空间中的个性化声重放的需求越来越多，如在运载设备中汽车的个性化音区、博物馆和画廊中的语音导览等等共享空间提供个性化、沉浸式的娱乐和休闲体验。空间多区域声场重放技术是通过扬声器阵列在同一空间中实现多个不同的听音区，将声音信息传播到听音者所在的区域，同时抑制声音信息在同一空间其他听音区的传播。

3、近年来常用的多区域声场重放技术是声对比控制方法，该方法通过使听音区(明区)和声抑制区(暗区)的声能量之比最大化，以实现的空间声场多区域重放。

4、发明人发现，该方法在实际的使用中受到空间声传递函数测量的数量和成本限制，只能简化为最大化目标区域内有限测量点的声能量，进而降低声场多区域重放的效果。此外，该方法属于能量控制方法，只考虑了明区和暗区的声能量，没有考虑对相位进行控制，这会导致明区声场信息的丢失，不能精确的重放出明区期望的声信息，如声的传播方向，这会破坏听音者的沉浸式体验感。听音区不能精确的重放出期望的声学信息会减低装载空间多区域声场重放系统的设备用户沉浸式体验感，进而导致装载空间多区域声场重放系统的设备销售减少，造成经济损失。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法及系统，其同时具有暗区区域能量约束的功能，利用模态域的方法表示扬声器声传递函数，然后建立约束暗区区域能量下精确重放明区声场的多区域重放模型，通过重放模型获取扬声器合适的驱动权重以精确重放声场，提高装载空间多区域声场重放系统设备沉浸式体验。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，包括如下步骤：

4、获取扬声器阵列中每一个扬声器到目标区域的声传递函数；

5、利用模态域将每一个扬声器到目标区域的声传递函数用模态系数表示；

6、利用暗区的模态系数表示暗区的区域能量，建立约束暗区区域能量下重放明区声场的多区域重放模型；

7、利用拉格朗日乘子的方法求解多区声场重放模型中的驱动权重，并送入扬声器阵列，以实现空间多区域声场的重放。

8、本发明的第二个方面提供基于区域能量约束的空间多区域声场重放系统，包括：

9、扬声器声传递函数采集模块，其用于获取扬声器阵列中每一个扬声器到目标区域的声传递函数；

10、多区域重放建模模块，其用于利用模态域将每一个扬声器到目标区域的声传递函数用模态系数表示；利用暗区的模态系数表示暗区的区域能量，建立约束暗区区域能量下重放明区声场的多区域重放模型；

11、扬声器驱动权重求解模块，其用于利用拉格朗日乘子的方法求解多区声场重放模型中的驱动权重，并送入扬声器阵列，以实现空间多区域声场的重放。

12、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

13、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法中的步骤。

14、本发明的第四个方面提供一种计算机设备。

15、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法中的步骤。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明通过利用模态域的方法表示扬声器声传递函数，然后建立约束暗区区域能量下精确重放明区声场的多区域重放模型，通过重放模型获取扬声器合适的驱动权重以精确重放声场，提高装载空间多区域声场重放系统设备沉浸式体验的有益效果，解决了常用的声对比控制方法不能精确重放明区声场的问题。

18、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，获取扬声器阵列中每一个扬声器到目标区域的声传递函数时，利用一个半径与明区或暗区区域半径大小相同的圆环传声器阵列来采集扬声器阵列中每一个扬声器的声传递函数，该圆环传声器阵列包含的m个传声器均匀布置在圆环上。

3.如权利要求2所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，对于第l个扬声器的声传递函数采集时，用单位输入强度的扫频信号驱动第l个扬声器发声，利用圆环传声器阵列采集明区或暗区的声压，m个传声器采集到的明区声压向量可以表示为其中下标b表示明区，表示明区中位于处的第m个传声器采集的声压，k＝2πf/c为波数，f为频率，c为声在空气中的传播速度；m个传声器采集到的暗区声压向量可以表示为表示暗区中位于处的第m个传声器采集的声压，其中下标d表示暗区。

4.如权利要求1所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，所述利用模态域将每一个扬声器到目标区域的声传递函数用模态系数表示为：

5.如权利要求1所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，所述利用暗区的模态系数表示暗区的区域能量，包括：

6.如权利要求1所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，所述约束暗区区域能量下重放明区声场的多区域重放模型为：

7.如权利要求1所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法，其特征在于，所述利用拉格朗日乘子的方法求解多区声场重放模型中的驱动权重，具体包括，引入两个拉格朗日乘子λ1和λ2表示多区域重放模型的代价函数，其中，拉格朗日乘子λ1是对暗区区域能量在代价函数中约束，拉格朗日乘子λ2是对扬声器阵列输入能量的约束。

8.基于区域能量约束的空间多区域声场重放系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法中的步骤。

技术总结
本发明属于空间多区域声场重放技术领域，提供了基于区域能量约束的空间多区域声场重放方法及系统，其方案为：采用一个圆环传声器阵列在重放目标区域中完成扬声器声传递函数采集，并利用模态域的方法将声传递函数用模态系数表示；利用获取的暗区模态系数表示暗区的区域能量，建立约束暗区区域能量下精确重放明区声场的多区域重放模型；利用拉格朗日乘子的方法求解扬声器合适的驱动权重，以实现多区域的声场重放。提高装载空间多区域声场重放系统设备沉浸式体验的有益效果。解决了常用的声对比控制方法不能精确重放明区声场的问题。

技术研发人员：文新,吴海军,范祎龙,蒋伟康
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16