一种用于实现车内声场重构的方法技术

本发明专利技术提供一种用于实现车内声场重构的方法，包括以下步骤：S1：由计算机生成激励信号，并将该激励信号的逆自动粘贴至剪贴板；S2：该激励信号经由声卡、功率放大器发送至左扬声器和右扬声器，由左扬声器和右扬声器同时进行播放；S3：通过假人头的左、右两接收装置进行声音信号的接收，并通过声卡传回计算机进行录制；S4：对该声音信号与剪贴板信号进行卷积，输出声学传输函数；S5：通过正则化快速解卷积方法编写的程序求解该声学传输函数的逆即串扰消除矩阵，并获得合成声音信号，再反馈回左扬声器和右扬声器。相比于现有技术，本发明专利技术提出的利用正则化快速解卷积方法，能够用于对声学传输函数求逆，设计滤波器，通过对初始信号的处理再馈给扬声器播放，实现车内串声消除。

A method for the reconstruction of the sound field in a vehicle

The present invention provides a method for realizing the reconstruction of a sound field in a vehicle, including the following steps: S1: generating an excitation signal by a computer and automatically sticking the inverse of the excitation signal to the clipboard; S2: the excitation signal is sent to the left loudspeaker and the right speaker via a sound card and a power amplifier, and the left loudspeaker and the right speaker are the same. S3: receiving the sound signal through the left and right two receiver of the false head, and recording it back to the computer through a sound card; S4: convolution the sound signal to the clipboard signal and output the acoustic transmission function; S5: a program compiled by the regularized fast deconvolution method to solve the acoustic transmission. The inverse of the transmission function is the crosstalk cancellation matrix, and the synthesized sound signal is obtained and then fed back to the left speaker and the right speaker. Compared with the existing technology, the present invention uses the regularization fast deconvolution method, which can be used to reverse the acoustic transmission function, design the filter, and feed the initial signal through the processing of the initial signal to the loudspeaker, and realize the sound elimination in the car.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实现车内声场重构的方法
本专利技术涉及声场重构领域，特别是一种用于实现车内声场重构的方法。
技术介绍
声场重构的方法旨在听者身体所处的物理空间重放一个与目标声场完全相同或者尽可能相近的物理声场，近年来国内外的研究者致力于优化声场重现理论和方法，现在被大规模研究的Ambisonics方法由Gerzon首先提出，首次尝试采用球谐函数来描述声场，它将声场表示成球谐函数和球贝塞尔函数叠加的形式，由两个步骤实现，利用“编码”实现原始声场的拟合，利用“解码”实现扬声器驱动信号的获取。之后的4年，Betlehem研究了Ambisonics方法在混响场条件下的应用，进行了拓展，进一步对混响场条件下重现的声场方法进行了完善。在对Ambisonics方法的实际应用当中，可能会存在带来数值计算的不稳定问题和次优解问题，以上问题的出现主要是由于用来实现重现的扬声器阵列未能布置成规则的形状(如球形)。此外在使用时，需要安装一定数量的传声器，尤其针对复杂声场的“编码”过程更会涉及到对局部区域内的对大量声场数据的采集，以上因素对Ambisonics方法的实际应用性产生了影响。Miyoshi等首次提出了通过求解逆滤波的方法在室内实现声场重现，这个理论以扬声器系统均衡函数和声场传输函数为基础，对传递函数求逆来设计平衡空间声场的滤波器。Nelson指出声场重现中可能出现的其他的问题，提出了声源到接收端这一段过程的滤波器设计方法。Kirkeby等进一步研究了对声场中离散点声压实行控制的逆卷积方法。上述工作均未涉及声场重现定量指标，也未涉及扬声器驱动的实现方法及试验验证，而定量重现是试验的基本要求。为了处理引起扬声器驱动信号功率与重现误差的平衡问题的病态性，在工程实际中广泛的使用了Tikhonov正则化方法。实际应用中，物理系统会对扬声器的功率进行制约，因此在平衡扬声器功率限制与合理地选择正则化参数是亟需解决的问题。综上，现有技术中仍然存在以下技术问题：当前，声场重现主要采用扬声器阵列来实现声场空间信息的重放。该理论要求布置相当数量的理想扬声器，对硬件设备要求较高，实现起来比较困难，使得这种理论的应用受到了很大的限制。如果采用波场合成理论，要求在无源封闭空间的边界布置一系列单极和偶极扬声器来重现任意给定的目标声场。这种合成理论重构效果好，但是需要大量布置理想扬声器，对硬件设备要求较高，实现起来很困难。如果采用高阶波叠加理论，Ambisonics系统理论对声场进行球谐分解，通过选择球谐函数展开阶数来选择重构声场的精度。基于HOA的重现方法在选择较高的阶数和扬声器的情况下可以仿真达到较高的精度，但是目前理论模型针对实际环境重现研究不具体，应用受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种正则化快速解卷积滤波方法，并进行了实现和实车验证。本专利技术通过以下的方案实现：一种用于实现车内声场重构的方法，包括以下步骤：S1：由计算机生成激励信号，并将该激励信号的逆自动粘贴至剪贴板；S2：该激励信号经由声卡和功率放大器发送至左扬声器和右扬声器，由左扬声器和右扬声器同时进行播放；S3：通过假人头的左、右两接收装置进行声音信号的接收，并通过声卡传回计算机进行录制；S4：对该声音信号与剪贴板信号进行卷积，输出声学传输函数；S5：通过正则化快速解卷积方法编写程序求解该声学传输函数的逆即串扰消除矩阵，并获得合成声音信号，再反馈回左扬声器和右扬声器。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1中的激励信号由左扬声器播放的声音为表示为EL，由右扬声器播放的声音为表示为ER；所述步骤S5中的串扰消除矩阵的表达式为：2×2串声消除网络的矩阵A，以A11、A12、A21、A22作为该矩阵A的矩阵元；经过声音合成后反馈回左扬声器和右扬声器的信号为L’和R’；则，作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2中，左、右扬声器发出的声音传输至假人头的左、右接收装置时，其传输的声学传输函数为：HLL、HLR、HRL、HRR，所述假人头的左、右接收装置的接收的信号为：PL和PR；作为本专利技术的进一步改进，所述信号PL和PR分别等于EL和ER，即令即HA＝I，其中A串声消除网络的矩阵，I为2×2单元矩阵，如果H是可逆的，则可以得到A＝H-1。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1中计算机通过AdobeAudition的Aurora插件生成激励信号并将激励信号的逆自动粘贴到剪贴板。相比于现有技术，本专利技术可以应用在真实车内空间环境内，通过使用DSP均衡器对原始声场空间信息进行捡拾和优化，通过合理布置的扬声器进行重放，在司机身体所处的位置重现一个与目标声场完全相同或者尽可能相近的物理声场。将初始信号先经过滤波器的处理，再馈给扬声器播放，确保正确重放原始信号中包含的空间信息。将经过串扰处理后的信号通过车内扬声器播放，基本实现左扬声器重放的声音到达左耳，右扬声器重放的声音到达右耳，在听觉上产生特定方向的声像。另外，本专利技术还针对高保真听音室扬声器阵列的声场重现提出了正则化快速解卷积滤波方法。以这个理论为基础，能够通过小型计算机甚至是DSP等易于安装在车内的硬件设备，构建车内声品质主动控制系统，对扬声器播放的声音进行预处理。无需布置一定数量的扬声器，也无需布置成特定的形状，就可以实现对初始信号的控制，对于车内空间环境的应用具有更大的意义。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是本专利技术的用于实现车内声场重构的方法的整体步骤流程图。图2是本实施例中的声场重现的实验平台的连接框图。图3是本专利技术的扬声器经串声消除后的声波传输的示意图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种用于实现车内声场重构的方法。具体通过以下的实施例进行介绍：首先，请参阅图1，其为本专利技术的一种用于实现车内声场重构的方法的整体步骤流程图。本专利技术的一种用于实现车内声场重构的方法，具体包括以下步骤：S1：由计算机生成激励信号，并将该激励信号的逆自动粘贴至剪贴板。具体的，在本步骤中，所述计算机通过AdobeAudition的Aurora插件生成激励信号并将激励信号的逆自动粘贴到剪贴板。S2：通过声卡将该激励信号发送至左扬声器和右扬声器，由左扬声器和右扬声器同时进行播放；S3：通过假人头的左、右两接收装置进行声音信号的接收，并通过声卡传回计算机进行录制；S4：将双耳接收声音信号与剪贴板信号进行卷积，输出声学传输函数；S5：通过正则化快速解卷积方法编写程序求解该声学传输函数的逆即串扰消除矩阵，并获得合成声音信号，再反馈回左扬声器和右扬声器。为了实现上述的方法流程，本实施例中相应提供了一种声场重现的实验平台，请参阅图2，其为本实施例中的声场重现的实验平台的连接框图。本实施例的声场重现的实验平台的仪器主要包括：(1)SennheiserMKE2002假人头一个(2)DELL四核组装电脑一台(3)RolandOCTA-CAPTUREUA1010usb外置录音声卡一个(4)PHILIPS扬声器一对(5)前置放大器一个(6)Sansui功率放大器一个。以下对本实施例中的主要仪器进行介绍说明：(1)计算机。本实施例的计算机用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实现车内声场重构的方法，包括以下步骤：S1：由计算机生成激励信号，并将该激励信号的逆自动粘贴至剪贴板；S2：该激励信号经由声卡、功率放大器发送至左扬声器和右扬声器，由左扬声器和右扬声器同时进行播放；S3：通过假人头的左、右两接收装置进行声音信号的接收，并通过声卡传回计算机进行录制；S4：将双耳接收声音信号与剪贴板信号进行卷积，输出声学传输函数；S5：通过正则化快速解卷积方法编写的程序求解该声学传输函数的逆即串扰消除矩阵，并获得合成声音信号，再反馈回左扬声器和右扬声器。

【技术特征摘要】
1.一种用于实现车内声场重构的方法，包括以下步骤：S1：由计算机生成激励信号，并将该激励信号的逆自动粘贴至剪贴板；S2：该激励信号经由声卡、功率放大器发送至左扬声器和右扬声器，由左扬声器和右扬声器同时进行播放；S3：通过假人头的左、右两接收装置进行声音信号的接收，并通过声卡传回计算机进行录制；S4：将双耳接收声音信号与剪贴板信号进行卷积，输出声学传输函数；S5：通过正则化快速解卷积方法编写的程序求解该声学传输函数的逆即串扰消除矩阵，并获得合成声音信号，再反馈回左扬声器和右扬声器。2.根据权利要求1所述用于实现车内声场重构的方法，其特征在于：所述步骤S1中的激励信号由左扬声器播放的声音为表示为EL，由右扬声器播放的声音为表示为ER；所述步骤S5中的串扰消除矩阵的表达式为：2×2串声消除网络的矩阵A，以A11、A12、A21、A22作为该矩阵A的矩阵元；经过声音合成后反馈回左扬声器和右扬声器的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永健，陆许明，谭洪舟，李依，
申请(专利权)人：中山大学花都产业科技研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44