用于确定声场的方法技术

一种用于确定封闭空间中或封闭空间内的目标位置(TP)处的声场的方法，该方法包括以下步骤：在封闭空间内的至少一个测量位置或封闭空间内的单个测量位置处执行声学测量，以获得临时值集；基于临时值集估算表面阻抗作为描述封闭空间的第一参数；基于第一参数确定封闭空间的模型；以及基于封闭空间的模型估算整个封闭空间的声场，该声场描述封闭空间内多个位置的声音特性。的声音特性。的声音特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定声场的方法


[0001]本专利技术的实施例涉及一种用于确定封闭空间中或封闭空间内的目标位置处的声场的方法。另一个实施例涉及对应的确定器。其他实施例涉及用于执行该方法的计算机程序以及包括上述确定器的系统。优选的实施例涉及一种用于估算、监测和控制收听空间中的声场的方法。一般而言，该方法涉及音频信号处理和声学模拟的应用。

技术介绍

[0002]当音频设备将声音发射到封闭的收听空间内时，该空间的特性将影响设备所产生的声场。空间中存在的表面将反射声音，并且以频率相关的方式，产生加强或减弱的声音的位置。此外，表面阻抗将决定显著反射的数量，从而决定混响时间。(应当注意的是，表面阻抗是表面阻碍撞击声波的能力的量化。这个量是复数，其中实部描述表面的声阻，虚部描述表面的声抗。)例如，这些影响会降低收听体验的质量。对于音频应用，能够控制声场中特定位置处的声学响应是有益的。
[0003]控制声场的一种方式是改变空间的内部设计(例如，通过增加房间声学处理，或通过改变房间结构)。通常，这样的改变是不期望的或者是不可能的。此外，声音发射源的声学属性通常不容易改变。然而，例如在音频再现场景中，能够影响由这样的声源发出的信号。通过特定的信号处理，可以减轻房间或声音发射源对感知的再现质量的不希望的影响。
[0004]当已知空间中某个测量位置(MP)处所产生的声学响应时，可以采取措施对声源发出的信号进行数字控制。这通常被称为(数字)房间校正、房间补偿或房间校准。某个位置处的声学响应的知识可以通过使用例如麦克风进行测量来获得。然而，如果感兴趣的位置(例如，收听位置)改变，则再次测量声学响应，这次是在新的位置。
[0005]为了能够控制整个空间的声场，需要了解整个空间的声学响应。通过测量获得这些信息是不切实际的。因此，需要一种改善的方法。
[0006]在讨论改善的方法之前，将讨论现有技术。现有技术包括用于房间几何形状推断的方法，这些方法在现有技术中是已知的，在此不再详细描述。此外，基于空间内的多个位置处的测量来进行表面阻抗测量或估算的方法在现有技术中是已知的。然而，目前没有公开基于单个位置处的压力测量来执行阻抗估算的原位方法。用于均衡音频信号的方法在现有技术中也是已知的。然而，那些方法旨在测量位置处进行均衡，或者旨在均衡全局特征。
[0007]以下是与上述步骤相关的三个示例性专利申请。
[0008]·
US2006126858A描述了一种用于估算房间的体积和维度的方法。在第一步中，确定在测量的脉冲响应中存在的反射的数量。基于反射的数量，估算房间的体积。此外，据称房间维度和吸收系数可以根据房间体积来确定。该方法依赖于求解图像源模型，并且由于图像源方法不能对模态效应进行建模，因此被限制在声场的高频区域中使用。
[0009]·
US2012296600A描述了一种用于确定由声音发射源产生的声场中的特定位置处的吸收系数和透射系数的方法。该方法包括测量感兴趣的位置处的声音压力和质点速度。然后，对所测量的量进行傅立叶变换，并将结果用于获得某一方向上的时间平均的入射强
度。根据这些信息，确定特定位置处的吸收系数和透射系数。因此，如果使用表面吸收，则在表面处进行测量。
[0010]·
US2005157891A描述了一种对来自房间中的扬声器的声音进行数字均衡的方法。其是通过测量房间中的特定位置处的脉冲响应，并生成可以用于均衡该特定位置处的声音的滤波器参数集来实现的。
[0011]现有技术概述：房间的体积和维度以及表面的吸收系数可以根据所测量的脉冲响应进行估算。此外，房间中的特定位置处的声场可以基于该特定位置处的测量，使用数字均衡进行控制。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种确定或控制(封闭)空间的声场的概念。
[0013]这个目的通过独立权利要求的主题来解决。
[0014]本专利技术的实施例提供了一种用于确定和/或监测(封闭)空间中或所述(封闭)空间内的目标位置处的声场的方法。该方法包括以下步骤：
[0015]‑
获得声学测量数据或执行声学测量
[0016]‑
获得或估算表面阻抗
[0017]‑
获得或估算房间几何形状
[0018]‑
确定模型
[0019]‑
估算声场或声场的变化。
[0020]声学测量是在(封闭)空间内的至少一个测量位置处执行的，或者是在(封闭)空间内的单个测量位置处执行的。其目的是获得临时值集，该临时值集例如包括一个或多个共振频率和/或一个或多个阻尼系数和/或一个或多个(测量的)脉冲响应。替代地，可以执行模拟以获得声学测量数据。表面阻抗的确定/估算可以基于临时值集。替代地，可以接收关于表面阻抗的信息。一个或多个表面阻抗是描述(封闭)空间的一个或多个第一参数。根据实施例，可以获得描述(封闭)空间的另一个(第二)参数，即几何形状(也是基于临时值集或外部接收的信息)。几何信息(一个或多个第二参数)可以任选地包括源位置信息。(封闭)空间的模型基于第一个参数和第二个参数。对整个(封闭)空间的声场的估算基于模型(和源信息，如源位置或测量的使用源产生的脉冲响应，参见第二参数)，其中声场描述(封闭)空间内多个或所有位置的声音特性。应当注意的是，获得是指从输入(例如，外部测量的)接收或基于临时值进行估算。这种方法也可以用于监测声场，例如用于材料分类。
[0021]本专利技术的实施例基于这样的原理，即基于(至少一个)测量位置处的声学测量，但是不必在整个空间或在目标位置处执行声学测量，可以获得足够的信息来估算(封闭)空间中的全局声场。通过使用该声场，可以例如在声学环境、收听环境、测量环境等内模拟(封闭)空间中的特定目标位置处的声音特性。这是通过根据可能不同于目标位置的测量位置(MP)处的至少一次测量和声学模拟外推(或推断)全局声学行为或有意目标位置(TP)处的声学行为来实现的。详细地：收听空间的表面阻抗和/或收听空间的几何形状可以根据单次测量来确定，例如(至少)单个(任意选择的)位置处的脉冲响应的单次测量来确定。基于该信息并结合一个或多个源位置的知识，可以生成空间的计算机模型。该模型用于确定空间中的任何位置处的声场，而不需要测量每个位置。
[0022]根据实施例，源信息包括(测量的，参见声学测量)脉冲响应和/或关于源位置的信息。
[0023]根据实施例，可以确定源位置作为描述(封闭)空间的第二参数的一部分或确定多个源位置作为描述(封闭)空间的多个第二参数的部分，其中考虑源位置来执行模型的确定。
[0024]根据实施例，该方法还包括执行另一个声学测量以获得另一个临时值集以及基于更新的模型更新估算的声场的步骤，其中基于更新的第一参数更新模型。这使得能够通过监测空间的几何形状和表面阻抗来有利地确定收听空间的变化。然后，更新计算机模型并使用该计算机模型来确定该空间中的任何位置处的变化的声场。
[0025]根据实施例，获得临时值集的步骤包括确定一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定和/或监测封闭空间(10)中或所述封闭空间(10)内的目标位置(TP)处的声场的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：在所述封闭空间(10)内的至少一个测量位置(MP)或所述封闭空间(10)内的单个测量位置(MP)处获得表示声学测量(110)的数据，以获得临时值集；获得所述封闭空间(10)的房间几何形状(115)作为描述所述封闭空间(10)的第二参数；其中获得所述房间几何形状(115)包括从输入接收所述房间几何形状或基于临时值估算所述房间几何形状；获得表面阻抗(120)作为描述所述封闭空间(10)的第一参数，其中获得所述表面阻抗(120)包括基于临时值估算所述表面阻抗；基于所述第一参数和所述第二参数确定所述封闭空间(10)的模型(130)；和基于所述封闭空间(10)的所述模型估算整个所述封闭空间(10)的声场和/或所述声场的变化，所述声场描述所述封闭空间(10)内的一个或多个位置的声音特性。2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中获得所述房间几何形状(115)是通过基于所述临时值集估算所述房间几何形状来执行的，和/或其中获得所述表面阻抗(120)是通过基于所述临时值集估算所述表面阻抗来执行的，或者其中获得所述房间几何形状(115)是通过接收所述房间几何形状的输入来执行的，和/或其中获得所述表面阻抗(120)是通过接收所述表面阻抗的输入来执行的。3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中源信息包括脉冲响应或通过使用所述声学测量(110)测量的脉冲响应；和/或其中所述源信息包括关于源位置的信息。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述声场描述所述封闭空间(10)内的每个位置的声音特性。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中在考虑已知或估算的房间几何形状或描述所述封闭空间(10)的所述第二参数的情况下来执行获得所述表面阻抗的步骤。6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)还包括基于所述临时值集获得源位置作为描述所述封闭空间(10)的所述第二参数的一部分的步骤；或其中所述方法(100)还包括基于所述临时值集获得源位置作为描述所述封闭空间(10)的所述第二参数的一部分的步骤，其中所述获得是在基于所述临时值集或基于接收到的输入获得所述房间几何形状(115)期间执行的。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)还包括执行另一个声学测量以获得另一个临时值集并基于更新的模型更新估算的所述声场的步骤，其中所述模型至少基于更新的第一参数进行更新。8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法(100)，其中执行获得表示所述声学测量的数据的步骤，以便确定所述封闭空间(10)内的脉冲响应；和/或其中通过在所述封闭空间中执行所述声学测量或通过模拟所述声学测量来执行获得表示所述声学测量的数据的步骤。9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法(100)，其中获得所述临时值集的步骤包括确定一个或多个共振频率和一个或多个阻尼系数，其中确定所述一个或多个共振频率和一个或多个阻尼频率的步骤包括将函数拟合至所述脉冲响应，其中所述函数具有
的形式，其中M为模式的数量，A
i
为模态分量的振幅，σ
i
为阻尼系数，ω
i
为共振频率，且φ
i
为相位。10.根据权利要求9所述的方法(100)，其中估算所述表面阻抗的步骤包括基于一个或多个共振频率和一个或多个阻尼系数的原位阻抗估算。11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中所述原位阻抗估算基于以下公式其中是包括估算的共振频率及其相关联的阻尼系数的复数量，是硬壁共振频率，是所述空间的所述几何形状的函数，且取决于所述空间的所述几何形状和表面阻抗。12.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中获得所述表面阻抗包括基于特征值近似法的声学表面阻抗估算。13.根据权利要求12所述的方法(100)，其中所述特征值近似法基于其中是包括估算的共振频率及其相关联的阻尼系数的复数量，是硬壁共振频率，是所述空间的几何形状的共振函数，且取决于所述空间的所述几何形状和表面阻抗。14.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述表面阻抗的所述估算包括阻尼系数的分析。15.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中获得所述房间几何形状包括估算房间几何形状；或基于使用所述共振频率的解析解的计算来确定所述房间几何形状：其中c是声速，n
j
＝0,1,2,
…
确定所述空间所支持的所述声学模式的次序，并且其中L
j
是所述几何形状的未知维度。16.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中确定所述模型是基于有限元方法(100)或有限差分方法(100)或基于能够对波动现象建模的另一种方法。17.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)还包括输出声学测试信号的步骤。18.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)还包括基于所确定的声场来确定音频适配参数的步骤，其中所述音频适配参数能够通过使用所述音频适配参数使声学再现适配于所述封闭空间(10)内的目标位置或适配于所述封闭空间(10)；或基于所确定的声场来确定滤波器参数集，其中所述滤波器参数通过能够使用所述滤波器参数使声学再现适配于所述封闭空间内的目标位置或通过使用所述滤波器参数集使声学再现适配于所述封闭空间(10)。19.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中估算所述声场的变化包括材料分类。
20.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)由包括用于执行所述声学测量(110)的智能音箱和用于执行至少一个其他步骤的服务器的系统来执行；或其中所述方法(100)由包括用于执行所述声学测量(110)的智能音箱和用于通过使用人工智能来执行至少一个其他步骤的服务器的系统来执行。21.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其中对于一个封闭空间(10)或多个不同的封闭空间(10)，重复获得表示所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：