一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法技术

本发明专利技术是一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法首先要获取扬声器阵列的规格然后获得角度θ对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重放，并对重放信号进行测量、处理；最后根据信号输入模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数。该方法能使扬声器阵列根据需要产生多个声束，并由此通过声束的角度得出每组FIR滤波器系数，该FIR滤波器系数用于扬声器阵列的重放，由此增强前方布置的扬声器阵列的环绕声。

【技术实现步骤摘要】
一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法
本专利技术涉及声学领域，尤其是一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法。
技术介绍
尽管多通路环绕声节目源已经非常普遍，但由于播放设备复杂以及使用空间的限制，多通路环绕声并没有在家庭中普遍使用。消费者倾向于使用一种紧凑的重放设备，布置于听音前方即可感受环绕声效果。横向排列的扬声器阵列与广为流行的平板电视有很好的适配性，尽管扬声器阵列在形状和功率上具有优势，但与单个扬声器相比，扬声器阵列具有更强的声音指向性，即指向性单一，一般用于专业用途，还不适合用于重放环绕声。专利申请97195716.9公开了一种用于环绕声环境的音频增强系统和方法，该方法用于一个环绕声环境中的一种音频增强系统利用多声道、多扬声器再现环境产生更加自然和连续的声场。将在录音时产生的用于驱动设置一个听者前后的多个扬声器的多声道音频源信号分离成对，并且进行处理以产生相应的合成音频信号对。每一对合成音频信号至少部分地是从在两个相应的音频源信号中存在的信息中产生的。然后将各个合成音频信号有选择地结合以形成增强的输出信号，从而将每个增强输出信号作为一组音频源信号的函数加以变换。然而，上述的音频增强方法首先需要设置多声道、多扬声器，这对于普通的家庭来说，是难以实现的，其次，对于音频的处理，该方法还需要结合录音进行配置，然后将音频信号分离成对，再有选择地结合，涉及的过程不仅是后续播放，还有前期录音，而在实际的电视音频制作过程中，音频的制作时不可能按照上述方式进行分离成对的，因此上述的音频处理方式难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法可以增强前方布置的扬声器阵列的环绕声，广泛适用于各种规格的扬声器阵列。本专利技术的另一个目地在于提供一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法能使扬声器阵列根据需要产生多个声束，并根据环绕强度的测量确定所产生声束的角度，从而进行环绕声的增强。为达到上述目的，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法包括如下步骤：101、获取扬声器阵列的规格；所述扬声器阵列的规格包括扬声器的单元数和间距。102、获得角度θ对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；其中，M是中高频单元的数量，角度θ是声束的角度，θ的取值范围在0－180°之间；所述M个FIR滤波器系数由最小范数方程决定：其中，W为FIR系数矩阵，H为扬声器阵列在各个方向上的传输函数矩阵，B为阵列的目标指向性矩阵。103、音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重放，并对重放信号进行测量；测量时使用两个相邻布置的传声器，两个传声器的中心连接线指向正前方。这样的传声器共有两组，分别放置于左、右耳的耳廓后面。104、对测量的重放信号进行相减或反相叠加，然后对得到的信号进行平方求和运算，运算结果作为判断环绕声强度的依据；105、判断信号输入模式，并根据该模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数。在扬声器的构成中，扬声器阵列由两个低频单元和M个中高频单元构成，且低频单元和M个中高频单元都是横向排列的扬声器。其中，低频单元位于M个中高频单元的两侧，M个中高频单元位于中间，每个中高频单元之间具有间距d。为了产生某个角度θ的声束，设计M组FIR滤波器，M组滤波器对输入信号进行滤波，从而产生M个通路的信号馈给M个扬声器单元。其中，FIR滤波器的低频截止频率由单元的个数M以及相邻单元的间距d决定，低频截止频率f0由下式所决定：f0＝c/(M-1)*d，其中c为声波在空气中的传播速度，选为344m/s。为了弥补M个单元的低频缺失，设计了低通IIR滤波器对馈给两个低频单元的信号进行滤波处理。IIR低通滤波器的高频截止频率与FIR滤波器的截止频率相同。本专利技术就是为了确定需要哪些角度的声束(在步骤102中，所选定的声束角度θ是在0－180°的范围内选取的，并可根据实际情况进行调整，然后根据声束角度确定FIR系数，再进行处理运算，最后得到环绕强度最大的角度θ，通过此角度θ来确定重发或构建环绕声信号)，设计了能够判断环绕声强度的测量方法和相关的信号处理算法。更进一步，步骤102中，目标指向性矩阵B通常选择12个，与阵列的目标辐射角度对应，目标的角度θ有：θ1＝20°，θ2＝30°，θ3＝40°，θ4＝50°，θ5＝60°,θ6＝70°,θ7＝110°，θ8＝120°，θ9＝130°，θ10＝140°，θ11＝150°，θ12＝160°，因此对应有12组FIR系数，每组包含M个FIR滤波器，12组FIR系数可用于环绕强度判断的测量。角度θ的数量通常是根据具体情况进行选择的，并不局限于12个，而且角度之间的差异也可以根据实际情况进行调整，但是通常要绕开0°、90°及180°这几个角度。为了重放5通路环绕声中的L、R信号，设计了两组增益系数gL:gL1、gL2……gLM，和gR:gR1、gR2……gRM，信号L、R分别用gL和gR处理后各得到M个信号，这些信号用于馈给M个中高频单元，增益系数的函数表达式为：将设计好的增益系数预置于DSP平台中。将白噪声信号分别用各组FIR滤波器进行滤波处理，获得各组M个通路的测试信号，并将测试信号预置于DSP平台中的存储器。所述步骤103中，传声器包括右耳的传声器和左耳的传声器，右耳的传声器组拾取前一半的测试信号，左耳的传声器组拾取后一半的测试信号，其中右耳的传声器和左耳的传声器分别设置前后两个拾取点MIC1、MIC2(这两个拾取点对应于前述的两组传声器)。然后对上述前测量信号进行处理，将MIC2的信号反相与MIC1的信号进行叠加，最后通过数模转换器变为数字信号yR；对左耳传声器组采用相同的方法，得到数字信号yL。为确定左、右两个方向的环绕强度最大值所对应的角度，对时间长度的yR和yL信号进行每间隔一段的时间就进行平方求和运算，左、右各获得多个积分值：这多个中的最大值所对应的角度θi即为右方向环绕强度最大的角度，并选定与此角度对应的一组滤波器系数FIRRS用于重发或构造右环绕信号。这多个中的最大值所对应的角度θi即为左方向环绕强度最大的角度，并选定与此角度对应的一组滤波器系数FIRLS用于重发或构造左环绕信号。然后，根据音源信号的通路模式确定信号处理方式，主要有双通路立体声模式和5通路环绕声模式。当输入信号为双通路立体声模式时，相减信号R-L用测量获得的滤波器系数组FIRRS进行处理，处理后的M个信号馈给M个中高频单元；相减信号L-R用测量获得的滤波器系数组FIRLS进行处理，处理后的M个信号馈给M个中高频单元；相加信号L+R经增益g处理后规格M个中高频单元；L、R信号分别经低通IIR滤波处理后馈给两个低频单元。当输入信号为5通路环绕声模式时，输入信号L、R与增益系数gL、gR相乘，处理后的信号馈给M个中高频单元；输入信号LS、RS分别用测量获得的滤波器系数组FIRLS、FIRRS进行处理，处理后的M个信号馈给M个中高频单元；中置信号C经过增益g后馈给M个中高频单元；L、R信号和LS、RS信号经过IIR低通滤波器LF后馈给低频单元，即图中的OutL和OutR端口；低音效果信号LFE和中置信号C经过滤波器LF后也馈给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于该方法包括如下步骤：101、获取扬声器阵列的规格；所述扬声器阵列的规格包括扬声器的单元数和间距；102、获得角度θ对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；其中，M是中高频单元的数量，角度θ是声束的角度，θ的取值范围在0－180°之间；所述M个FIR滤波器系数由最小范数方程决定：其中，W为FIR系数矩阵，H为扬声器阵列在各个方向上的传输函数矩阵，B为阵列的目标指向性矩阵；103、音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重放，并对重放信号进行测量；104、对测量的重放信号进行相减或反相叠加，然后对得到的信号进行平方求和运算，运算结果作为判断环绕声强度的依据；105、判断信号输入模式，并根据该模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数。

【技术特征摘要】
1.一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于该方法包括如下步骤：101、获取扬声器阵列的规格；所述扬声器阵列的规格包括扬声器的单元数和间距；102、获得角度θ对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；其中，M是中高频单元的数量，角度θ是声束的角度，θ的取值范围在0－180°之间；所述M个FIR滤波器系数由最小范数方程决定：其中，W为FIR系数矩阵，H为扬声器阵列在各个方向上的传输函数矩阵，B为阵列的目标指向性矩阵；103、音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重放，并对重放信号进行测量；104、对测量的重放信号进行相减或反相叠加，然后对得到的信号进行平方求和运算，运算结果作为判断环绕声强度的依据；105、判断信号输入模式，并根据该模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数；所述方法中，在扬声器的构成中，扬声器阵列由两个低频单元和M个中高频单元构成，且低频单元和M个中高频单元都是横向排列的扬声器；其中，低频单元位于M个中高频单元的两侧，M个中高频单元位于中间，每个中高频单元之间具有间距d；低通IIR滤波器对馈给两个低频单元的信号进行滤波处理，所述IIR低通滤波器的高频截止频率与FIR滤波器的低频截止频率相同。2.如权利要求1所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于所述步骤103中，测量时使用两个相邻布置的传声器，两个传声器的中心连接线指向正前方；这样的传声器共有两组，分别放置于左、右耳的耳廓后面。3.如权利要求1所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于步骤102中，目标指向性矩阵B共有12个，与阵列的目标辐射角度对应，目标的角度θ有：θ1＝20°，θ2＝30°，θ3＝40°，θ4＝50°，θ5＝60°，θ6＝70°，θ7＝110°，θ8＝120°，θ9＝130°，θ10＝140°，θ11＝150°，θ12＝160°，因此对应有12组FIR系数，每组包含M个FIR滤波器，12组FIR系数可用于环绕强度判断的测量。4.如权利要求3所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于为了重放5通路环绕声中的L、R信号，设计了两组增益系数gL:gL1、gL2……gLM，和gR:gR1、gR2……gRM，信号L、R分别用gL和gR处理后各得到M个信号，这些信号用于馈给M个中高频单元，增益系数的函数表达式为：将设计好的增益系数预置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄坤朋，陈瑞祥，
申请(专利权)人：国光电器股份有限公司，广州市国光电子科技有限公司，广东美加音响发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44