[發明專利]基于均方誤差最小準則的聲能量對比控制方法及系統

有效

• 申請號: 201310001076.1
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103916733B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 蔡野鋒;吳鳴;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04R1/32
• 分類號: H04R1/32
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司11318
• 代理人: 楊小蓉,楊林

技術領域

本發明涉及聲學領域，特別涉及一種基于均方誤差最小準則的聲能量對比控制方法及系統。

背景技術

聲能量對比控制方法被廣泛應用于電視機、電腦和手機等個人音頻系統領域。聲能量對比控制方法能夠在不打擾其它用戶(暗區)的情況下將大部分聲能量聚集在用戶周圍(明區)，從而為用戶打造個性化聆聽空間，提高生活品質。

現有技術中的聲能量對比控制方法的具體實現步驟如下：

(1)確定揚聲器陣列，明區和暗區控制點的位置；

(2)確定頻率點f,采用B&K PULSE等音頻測試儀器或者通過建模仿真獲得揚聲器陣列分別到明區和暗區的控制點在頻率f處的傳遞函數矩陣G_B,f和G_D,f，其大小分別為M_B×L和M_D×L，其中M_B和M_D分別是明區和暗區的控制點個數，L為揚聲器個數；

(3)計算出揚聲器陣列在頻率f處的大小為L×1的輸入復權系數向量w_M,f，其表達式為：

其中P_max{·}是指取矩陣對應最大特征值的單位特征向量，I為單位矩陣，δ_f為魯棒性參數。

(4)分別將每個揚聲器通道上的各個頻率點的復權系數組成頻率響應，并進行逆傅里葉變換，得到各個通道的時域沖激響應信號。

從對現有技術的聲能量對比控制方法的上述描述可以看出，在現有方法中，由于時域沖激響應信號是通過直接對頻域信號進行逆傅里葉變換得到的，因此時域沖激響應信號的因果性無法得到保證。這使得現有的聲能量對比控制方法在非選定頻率點上的對比聚焦效果下降，并且在不同的頻率點上有不同的響應，從而無法在明區得到較好的音質。在圖1和圖2中，給出了全消聲室內8元陣列的常規聲能量對比控制方法在明區中心處控制點上的沖激響應信號和的對比聚焦的結果，其系統采樣頻率f_s為8kHz，沖激響應信號長度為100。從圖1中可以看出，沖激響應信號有較大程度的邊緣拖尾現象，這會導致聽到的聲音有明顯的混響效果，從而降低在明區的音質；從圖2中可以看出，在選定的頻率點上，現有技術中的聲能量對比控制方法具有較好的對比聚焦效果，但在非選定頻率上，對比聚焦效果下降很快，最差的點上可下降40dB，幾乎不存在對比聚焦效果。現有技術中的聲能量對比控制方法所存在的這些問題造成了在個人音頻系統中并不適合處理寬帶信號輸入，降低了用戶區域的音質，在暗區中泄露更多的聲能量，無法為用戶營造個性化的私人聆聽空間。

針對現有技術中的聲能量對比控制方法中存在的音質和寬帶對比聚焦能力下降的問題，需要尋找更為簡便有效的方法來改善其音質和寬帶對比聚焦能力。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的聲能量對比控制方法所存在的音質和寬帶對比聚焦能力下降的問題，從而提供一種能夠有效改善音質和寬帶對比聚焦能力的方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于均方誤差最小準則的聲能量對比控制方法，包括：

步驟1)、布放揚聲器陣列，設定明區和暗區的控制點；其中，所述明區為具有高聲能量的區域，所述暗區為具有低聲能量的區域；

步驟2)、在一系列頻率點上分別計算揚聲器陣列的輸入復權系數向量；

步驟3)、在所述一系列頻率點上設定各個頻率點的目標向量，按照均方誤差最小準則，分別調整步驟2)所得到的各個頻率點上的輸入復權系數向量的幅度與相位；

步驟4)、分別將每個揚聲器通道在步驟3)得到的所述一系列頻率點上的復權系數組成頻率響應，對所述頻率響應加窗并進行逆傅里葉變換，得到各個揚聲器通道的時域沖激響應信號。

上述技術方案中，所述的步驟3)包括：

步驟3-1)、從一系列頻率中選擇頻率點f,設定其目標向量d_f大小為L×1,L為揚聲器個數；

步驟3-2)、在步驟2)得到的輸入復權系數向量w_M,f的基礎上，求取在頻率點f處基于均方誤差最小準則的輸入最優復權系數向量w_O,f；

步驟3-3)、從選定的一系列頻率點中選擇其它未經處理的頻率點，重復步驟3-1)-步驟3-2)，直至計算出所有頻率點的輸入復權系數向量w_O,f。