基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法及系统，包括：利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列通过三维声场重现单元处理后输出的声学信号；利用声学信号实时估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将间距反馈至三维声场重现处理单元；三维声场重现处理单元根据该间距按预设串音消除方法调整，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销后再输出相应的声学信号。本发明专利技术利用麦克风采集线性扬声器阵列输出的声学信号估计线性扬声器阵列与用户之间间距，在估计完成后输送回线性扬声器阵列三维声场重现处理单元对三维声场重现处理单元调整后输出声学信号，达到精确为用户渲染三维声场的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D声场重现
，具体涉及一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法及系统。
技术介绍
线性扬声器阵列可通过信号处理的方法实现三维声场的重建，但目前线性扬声器阵列的三维声场重建普遍使用波束检测的技术，通过检测用户与线性扬声器阵列间的间距来调节线性扬声器阵列的输出，这种控制技术虽然实现了自适应三维声场的重建，但在效果上并不能达到满意的效果，因此，需要进行改进。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法及系统，该方法通过检测用户与线性扬声器阵列之间的实时间距，利用该检测的实时间距，采用串扰消除技术调整线性阵列的幅度和相位，使得线性扬声器阵列的总输出信号根据该实时间距进行自适应地实时调整与修订，从而使输出的总输出信号的性质符合期望。本专利技术是这样实现的，一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，包括以下步骤：利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列通过线性扬声器阵列三维声场重现单元处理后输出的声学信号；利用所述声学信号实时估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将所述间距反馈至线性扬声器阵列三维声场重现处理单元；线性扬声器阵列三维声场重现处理单元根据该间距按预设串音消除方法调整处理，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除后再输出相应的声学信号。所述用户手持麦克风为单麦克风或麦克风阵列。其中，所述线性扬声器阵列与用户之间的间距通过以下一种方法得到，或采用以下两种或两种以上方法测得初始间距后对初始间距按不同的权重综合处理而得到：(1)基于校准器而使用户手持麦克风与线性扬声器阵列共享同步时钟的时间差并利用声音传播速度计算得到；(2)通过房屋大小与混响时间RT60的数学模型得到；(3)基于单麦克风估计直达源和第一个反射源的间隔时间计算得到；(4)基于麦克风阵列通过估计直达源和定向反射源的间隔时间计算得到。所述房屋大小与混响时间RT60的数学模型为：V为房间体积，S为房间表面积，α为墙面吸音系数。本专利技术中，当采用两种或两种以上间距估计方法时，最后综合得到的间距D’用下公式计算：其中，wn为权重，且dn为第n种方法估计的间距，N为间距估计方法的数量，1≤n≤N。本专利技术的目的还在于提供一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现系统，包括：麦克风，由用户手持以采集线性扬声器阵列通过线性扬声器阵列三维声场重现处理单元输出的声学信号；间距估计模块，用于利用所述声学信号估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将所述间距反馈至线性扬声器阵列三维声场重现处理单元；线性扬声器阵列三维声场重现处理单元，用于根据该间距按预设串音消除方法调整处理，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除后再输出相应的声学信号。本专利技术基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法以及系统，通过利用用户手持麦克风，采集线性扬声器阵列输出的声学信号估计线性扬声器阵列与用户之间的间距间距，此间距间距在估计完成后将输送回线性扬声器阵列三维声场重现处理单元对三维声场重现处理单元调整后输出声学信号，从而达到精确为用户渲染三维声场的目的。附图说明图1是本专利技术提供的基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法的流程图；图2是本专利技术提供的基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法的原理图；图3是现有技术中利用耳机实现3D声场重现的声学模型图；图4是本专利技术提供的基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法声学模型图；图5是本专利技术提供的基于校准器计算扬声器阵列与用户间的间距的示意图；图6是本专利技术提供的直达源与反射、混响时间的关系示意图；图7是本专利技术提供的计算直达源及反射源的时间间隔的示意图；图8是本专利技术提供的计算直达源及几个反射源的时间间隔的示意图。具体实施方式下面，结合实例对本专利技术的实质性特点和优势作进一步的说明，但本专利技术并不局限于所列的实施例。参见图1所示，一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，包括以下步骤：利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列通过线性扬声器阵列三维声场重现单元处理后输出的声学信号；利用所述声学信号实时估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将所述间距反馈至线性扬声器阵列三维声场重现处理单元；线性扬声器阵列三维声场重现处理单元根据该间距按预设串音消除方法调整处理，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除后再输出相应的声学信号利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列输出的声学信号；本专利技术中，所述用户手持麦克风可以为单麦克风，或麦克风阵列。需要说明的是，本专利技术中，所述线性扬声器阵列输出的声学信号是通过三维声场重建算法或模型输出的三维环绕声声学信号，所述线性扬声器阵列安装于外壳中并线性设置，包括有至少两个扬声器换能器件，以接收来自音源的音频信号进行处理后输出。所述基于串扰消除技术，利用所述间距对线性扬声器阵列三维声场重现处理单元进行调整后输出相应的声学信号，是指在原有三维声场重建算法的基础上，根据估计的所述线性扬声器阵列与用户之间的间距，并利用滤波器来调整线性扬声器阵列输出的声学信号的相位及幅度，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除，从而保证线性扬声器阵列输出的三维环绕声的总输出信号的性质仍然能达到预期的效果。其中，所述线性扬声器阵列与用户之间的间距指的是面向用户设置的线性扬声器阵列的声音发出面与用户的双耳之间的垂直间距。参见图2所示，具体实现中，为了更好进行三维(3D)声场重建，在麦克风采用线性扬声器阵列输出的音频信号后，即录音后，对采集的音频录音信号进行预处理，包括去除噪音、滤波处理，使采集的音频信号使线性扬声器阵列输出的音频信号相一致，然后分析与线性扬声器阵列相关的房间声学参数，包括有房间大小、线性扬声器阵列与麦克风的距离以及房间的混响时间等声学参数，由线性扬声器阵列三维(3D)声场重建处理模块根据该声学参数计算相应的修正参数，然后对输入线性扬声器阵列的音频信号进行根据修正的参数进行调整，使在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除，从而保证线性扬声器阵列输出的三维环绕声的总输出信号的性质仍然能达到预期的效果。下面结合耳机3D虚拟环绕声场重建对本专利技术基于扬声器的3D虚拟环绕声场重建进行详细说明。3D虚拟环绕声场重建技术主要用耳机作为播放设备。3D虚拟环绕声核心技术是头相关函数HRTF使用。头相关函数HRTF是空间中的任意位置到达人双耳的一对传输函数，即若在3维空间中采样n个方向，所对应的头相关函数将为n对，2n个(左、右耳各一个)。假设需重建某一个方向声源S(水平角为θ，垂直角)，双耳重建信号可由输入信号与头相关函数HRTF卷积得到：假设输入信号为标准双声道音频信号SL，SR，分别对应左耳及右耳，其预设的扬声器位置为左30度，右30度。虚拟环绕声技术希望通过耳机使用户感觉到从头部外,既虚拟扬声器位置发出的声源，使用虚拟环绕声技术通过耳机播放的信号为，如图3所示：以上是利用头相关函数，使耳机实现播放三维或3D环绕声的信号处理过程，通过左耳机11、右耳机21可使音频信号信号按上述的信号输入至用户100左右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，包括步骤：利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列通过线性扬声器阵列三维声场重现单元处理后输出的声学信号；利用所述声学信号实时估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将所述间距反馈至线性扬声器阵列三维声场重现处理单元；线性扬声器阵列三维声场重现处理单元根据该间距按预设串音消除方法调整处理，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除后再输出相应的声学信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，包括步骤：利用用户手持麦克风采集线性扬声器阵列通过线性扬声器阵列三维声场重现单元处理后输出的声学信号；利用所述声学信号实时估计线性扬声器阵列与用户之间的间距，并将所述间距反馈至线性扬声器阵列三维声场重现处理单元；线性扬声器阵列三维声场重现处理单元根据该间距按预设串音消除方法调整处理，在当前间距下使左扬声器发至右耳的信号与右扬声器发至左耳的信号相抵销而使串音消除后再输出相应的声学信号。2.根据权利要求1所述基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，所述用户手持麦克风为单麦克风或麦克风阵列。3.根据权利要求1或2所述基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，所述线性扬声器阵列与用户之间的间距通过以下一种方法得到，或采用以下两种或两种以上方法测得初始间距后对初始间距按不同的权重综合处理而得到：(1)基于校准器而使用户手持麦克风与线性扬声器阵列共享同步时钟的时间差并利用声音传播速度计算得到；(2)通过房屋大小与混响时间RT60的数学模型得到；(3)基于单麦克风估计直达源和第一个反射源的间隔时间计算得到；(4)基于麦克风阵列通过估计直达源和定向反射源的间隔时间计算得到。4.根据权利要求3所述基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，所述房屋大小与混响时间RT60的数学模型为：V为房间体积，S为房间表面积，α为墙面吸音系数。5.根据权利要求3所述基于线性扬声器阵列的自适应3D声场重现方法，其特征在于，采用两种或两种以上间距估计方法时，最后综合得到的间距D’用下公式计算：其中，wn为权重，且dn为第n种方法估计的间距,N为间距估计方法的数量，1≤n≤N。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维国，侯欢，
申请(专利权)人：音曼北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11