一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法及系统，所述方法包括选取坐标系，确定扬声器阵列各单元在坐标系中的位置坐标，并设定扬声器阵列的听音区、静音区和非关注区的各区域控制点在坐标系中的坐标；确定扬声器阵列各单元到各区域控制点的时域脉冲响应以及到听音区控制点的时域期望脉冲响应；根据加权最小二乘准则，确定时域声场重建代价函数；对代价函数进行最小化求解，计算得到扬声器阵列各通道的时域脉冲响应滤波器系数。本发明专利技术提出了一种基于扬声器阵列的声场重建控制方案，可以根据场景变化对声场进行变换调节。可以根据场景变化对声场进行变换调节。可以根据场景变化对声场进行变换调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及声场重建
，具体涉及一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法及系统。

技术介绍

[0002]噪声污染、空气污染以及水污染是当代三种主要的污染，随着我国城市化的迅速发展，噪声源逐渐增多，噪声强度越来越大，噪声污染问题日益严重。近些年来，广场舞扰民、校园广播影响周边居民生活等报告屡见不鲜，由此引发的社会矛盾和冲突也时常发生。
[0003]当前的扬声器阵列扩声应用系统，一般采用单排线性扬声器阵列来实现扩声需求，线性扬声器阵列在辐射过程中由于声波的干涉，会在其正前方具有较好的指向性。但是由于声波具有衍射效应，其在正后方也会有较强的指向性，因此在一些具体的应用场景，对于阵列摆放位置的选取也是工作人员需要考虑的问题。
[0004]针对单排线性扬声器阵列后方声能量辐射过大这一缺点，通常采用添加号筒或障板的方式降低声波的衍射效应，但是由于低频波长较长，因此该方法并不能解决低频衍射问题。另外，当前的单排扬声器阵列扩声系统存在的另一个问题是一旦阵列布放位置确定以后，其扩声的区域趋于固定，后期无法根据扩声场景的变化调整扩声区域。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法及系统。
[0006]为实现上述目的，一方面，本专利技术提出了一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，包括：
[0007]S1，选取坐标系，确定扬声器阵列各单元在所述坐标系中的位置坐标，并设定扬声器阵列的听音区、静音区和非关注区的各区域控制点在所述坐标系中的坐标；其中，所述听音区是指扬声器阵列所对应的目标听音者所处的区域，所述静音区是指期望扬声器阵列传播不到的区域，所述非关注区是指扬声器阵列所对应的除所述听音区和静音区之外的区域；
[0008]S2，确定所述扬声器阵列各单元到所述各区域控制点的时域脉冲响应以及到听音区控制点的时域期望脉冲响应；
[0009]S3，基于所述时域脉冲响应、时域期望脉冲响应及扬声器阵列各通道对应的时域脉冲响应滤波器系数，并根据加权最小二乘准则，确定时域声场重建代价函数；
[0010]S4，对所述代价函数进行最小化求解，计算得到扬声器阵列各通道的所述时域脉冲响应滤波器系数。
[0011]在一优选实施例中，所述S2包括：
[0012]S21，获取所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域脉冲响应；
[0013]S22，获取所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域期望脉冲响应；
[0014]S23，获取所述扬声器阵列各单元到静音区的第二时域脉冲响应和到非关注区各
控制点的第三时域脉冲响应。
[0015]在一优选实施例中，所述S21中，所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域脉冲响应表示为h
bkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
b
；j＝1，...，J；
[0016]其中，L为扬声器阵列的单元数量，M
b
为听音区控制点的数量，J为脉冲响应阶数；
[0017]所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应表示为：
[0018]p
Tbk
(j)，k＝1，...，M
b
，j＝1，...，J；
[0019]所述S23中，所述扬声器阵列各单元到静音区各控制点的第二时域脉冲响应表示为h
dkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
d
；j＝1，...，J；所述扬声器阵列各单元到非关注区各控制点的第三时域脉冲响应表示为h
gkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
g
；j＝1，...，J，其中，M
d
和M
g
分别是静音区和非关注区控制点的数量。
[0020]在一优选实施例中，所述S2的各个步骤中，均通过相应的音频测量设备或者建模仿真来获取所述第一时域脉冲响应、第一时域期望脉冲响应和第二时域脉冲响应。
[0021]在一优选实施例中，所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应为扬声器阵列中任意一单元到听音区各控制点的时域脉冲响应。
[0022]在一优选实施例中，所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应为扬声器阵列中中心单元或者最靠近阵列中心的两个单元中的任意一个单元到听音区各控制点的时域脉冲响应。
[0023]在一优选实施例中，所述S3包括：
[0024]S31，基于所述第一时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵列经滤波后在听音区各控制点上的第一辐射声压；
[0025]S32，基于所述第二时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵列经滤波后在静音区各控制点上的第二辐射声压；
[0026]S33，基于所述第三时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵列经滤波后在非目标区各控制点上的第三辐射声压；
[0027]S34，基于所述第一时域期望脉冲响应及扬声器阵列各通道的滤波器延时，获取所述扬声器阵列到听音区控制点的实际时域脉冲响应；
[0028]S35，根据所述第一辐射声压、第二辐射声压、第三辐射声压和所述实际时域脉冲响应，并根据加权最小二乘准则，得到时域声场重建代价函数。
[0029]在一优选实施例中，所述第一辐射声压表示为：p
B
＝H
B
w，其中，维度为M
b
(I+J
‑
1)
×
l，维度为M
b
(I+J
‑
1)
×
IL，w＝[w1(1)，...，w1(I)，w
L
(1)，...，w
L
(I)]T
，维度为IL
×
l；p
bk
＝H
bk
w，p
bk
＝[p
bk
(1)，...，p
bk
(I+J
‑
1)]T
，维度为(I+J
‑
1)
×
l，H
bk
＝[h
bk1
...h
bkL
]，维度为(I+J
‑
1)
×
IL；p
bkl
＝H
bkl
w
l
，其中，p
bkl
＝[p
bkl
(1)，...，p
bkl
(I+J
‑
1)]T
，维度为(I+J
‑
1)
×
l，维度为(I+J
‑
1)
×
I，w
l
＝[w
l
(1)，...，w
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1，选取坐标系，确定扬声器阵列各单元在所述坐标系中的位置坐标，并设定扬声器阵列的听音区、静音区和非关注区的各区域控制点在所述坐标系中的坐标；其中，所述听音区是指扬声器阵列所对应的目标听音者所处的区域，所述静音区是指期望扬声器阵列传播不到的区域，所述非关注区是指扬声器阵列所对应的除所述听音区和静音区之外的区域；S2，确定所述扬声器阵列各单元到所述各区域控制点的时域脉冲响应以及到听音区控制点的时域期望脉冲响应；S3，基于所述时域脉冲响应、时域期望脉冲响应及扬声器阵列各通道对应的时域脉冲响应滤波器系数，并根据加权最小二乘准则，确定时域声场重建代价函数；S4，对所述代价函数进行最小化求解，计算得到扬声器阵列各通道的所述时域脉冲响应滤波器系数。2.如权利要求1所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S2包括：S21，获取所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域脉冲响应；S22，获取所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域期望脉冲响应；S23，获取所述扬声器阵列各单元到静音区的第二时域脉冲响应和到非关注区各控制点的第三时域脉冲响应。3.如权利要求2所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S21中，所述扬声器阵列各单元到听音区各控制点的第一时域脉冲响应表示为h
bkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
b
；j＝1，...，J；其中，L为扬声器阵列的单元数量，M
b
为听音区控制点的数量，J为脉冲响应阶数；所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应表示为：p
Tbk
(j)，k＝1，...，M
b
，j＝1，...，J；所述S23中，所述扬声器阵列各单元到静音区各控制点的第二时域脉冲响应表示为h
dkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
d
；j＝1，...，j；所述扬声器阵列各单元到非关注区各控制点的第三时域脉冲响应表示为h
gkl
(j)，l＝1，...，L；k＝1，...，M
g
；j＝1，...，J，其中，M
d
和M
g
分别是静音区和非关注区控制点的数量。4.如权利要求2所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S2的各个步骤中，均通过相应的音频测量设备或者建模仿真来获取所述第一时域脉冲响应、第一时域期望脉冲响应、第二时域脉冲响应和第三时域脉冲响应。5.如权利要求2所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应为扬声器阵列中任意一单元到听音区各控制点的时域脉冲响应。6.如权利要求5所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S22中，所述第一时域期望脉冲响应为扬声器阵列中中心单元或者最靠近阵列中心的两个单元中的任意一个单元到听音区各控制点的时域脉冲响应。7.如权利要求3所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述S3包括：S31，基于所述第一时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵
列经滤波后在听音区各控制点上的第一辐射声压；S32，基于所述第二时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵列经滤波后在静音区各控制点上的第二辐射声压；S33，基于所述第三时域脉冲响应及所述时域脉冲响应滤波器系数，获取所述扬声器阵列经滤波后在非目标区各控制点上的第三辐射声压；S34，基于所述第一时域期望脉冲响应及扬声器阵列各通道的滤波器延时，获取所述扬声器阵列到听音区控制点的实际时域脉冲响应；S35，根据所述第一辐射声压、第二辐射声压、第三辐射声压和所述实际时域脉冲响应，并根据加权最小二乘准则，得到时域声场重建代价函数。8.如权利要求7所述的一种基于扬声器阵列的声场重建控制方法，其特征在于，所述第一辐射声压表示为：p
B
＝H
B
w，其中，维度为M
b
(I+J
‑
1)
×
l，维度为M
b
(I+J
‑
1)
×
IL，w＝[w1(1)，...，w1(I)，w
L
(1)，...，w
L
(I)]
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，维度为IL
×
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＝[p
bk
(1)，...，p
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(I+J
‑
1)]
T
，维度为(I+J
‑
1)
×
l，H
bk
＝[h
bk1
…
h
bkL
]，维度为(I+J
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×
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＝H
dkl
w
l
，其中，p
bkl
＝[p

【专利技术属性】
技术研发人员：匡正，毛峻伟，张燕凯，
申请(专利权)人：苏州清听声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：