[發明專利]一種串聲消除濾波器的生成方法及三維聲音重放方法

有效

• 申請號: 201410817839.4
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN105792075B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 夏日升;李軍鋒;顏永紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04R5/02
• 分類號: H04R5/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,王敬波

技術領域

本發明涉及三維音頻技術領域，尤其涉及一種串聲消除濾波器的生成方法及三維聲音重放方法。

背景技術

線性揚聲器陣列的聲音重放系統，由于在實際應用中的便捷性而被廣泛采用。它通過設計串聲消除系統，使包含有空間信息的雙耳聲信號經過揚聲器陣列后準確地傳輸至相應的左(右)耳，從而使聽者感知到聲音中包含的三維空間信息(文獻[1]:B.S.Atal,and M.R.Schroeder.Apparent SoundSource Translator",U.S.Patent 3236949,1966.)。但串聲消除系統的設計是以聽者在空間中的某一固定位置為對象，而當聽者的頭部轉動或位置發生變化時，聽者感知到的三維音效會急劇的下降，這也就是最佳聽音區域(sweet spot)較窄的問題。

文獻[2](Darren B..Ward,and Gary W.Elko.Effect of Loudspeaker Position on the Robustness of Acoustic CrosstalkCancellation",IEEE Trans.Signal Processing letters 6,106-108,1999.)和文獻[3](Mingsian R.Bai,and Chih-Chung Lee.Objective andsubjective analysis of effects of listening angle on crosstalkcancellation in spatial sound reproduction",J.Acoust.Soc.Am.120,1976-1989,2006.)指出聲音信號的不同頻率成分的重放效果與揚聲器的擺放位置有關，也就是與揚聲器和聽者之間的夾角有關。

為提高揚聲器三維重放系統的魯棒性，當前串聲消除系統的設計方法主要是將對稱的兩個揚聲器配對使用(文獻[4]:T.Takeuchi,and Philip A.Nelson.Optimal sourcedistribution for binaural synthesis over loudspeakers",J.Acoust.Soc.Am.Vol.112,2786-2797,2002.)，這在一定程度上可以提高串聲消除系統的魯棒性。

如圖1所示，線性揚聲器陣列的重放系統包含N個揚聲器，每個揚聲器是等間隔排列；θ_n為揚聲器L_n與聽者的夾角。P_L和P_R分別表示聽者左耳和右耳接收到的聲壓信號。配對的揚聲器組為：

總共有組。

根據各對稱揚聲器組(不同角度)對信號不同頻率成分的魯棒性影響，將信號分解為若干個子帶信號，然后將其各子帶信號反饋給配對的揚聲器。

上述方法存在一定的局限性，將對稱揚聲器配對成揚聲器組，會對揚聲器組的選擇產生限制；因為對于各子帶信號，對稱的揚聲器組不一定是使其魯棒性最強的揚聲器組；因此利用該方法實現三維聲音重放，無法達到最強的魯棒性和最優的聲音重放效果。

發明內容

本發明的目的在于克服目前線性揚聲器陣列的聲音重放系統中，將線性揚聲器陣列的對稱揚聲器配對成揚聲器組，致使系統無法達到最強的魯棒性和最優的聲音重放效果；提出了針對信號不同頻率成分從所有配對揚聲器組中選出對應的最優揚聲器組的方法，極大地提高三維聲音重放系統的魯棒性和效果。

為了實現上述目的，本發明提供了一種串聲消除濾波器的生成方法，包括：

步驟101)將線性揚聲器陣列中的所有揚聲器進行配對組合；

步驟102)利用離散傅里葉變換將聲音信號從時域轉換到頻域上，頻點個數為M；

步驟103)選定M個頻率對應的M個最優揚聲器組；

步驟104)根據M個頻率對應的M個最優揚聲器組，采用規則化方法生成串聲消除濾波器。

上述技術方案中，所述步驟103)進一步包括：

步驟103-1)對所有的配對揚聲器組進行編號；

其中，n為揚聲器組的序號，L_i,L_j為對應的揚聲器序號；

步驟103-2)將第m個頻率信號輸入所有的揚聲器組；計算對應的魯棒性大小；

將第m個頻率輸入至第n個揚聲器組；采用條件數標識信號頻率通過揚聲器組的魯棒性大小；具體的計算公式為：