[發明專利]一種沉浸式寬帶3D聲場重放方法

有效

• 申請號: 201810352481.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108632709B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 賈懋珅;張家銘;鮑長春;吳宇軒
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種沉浸式寬帶3D聲場重放方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟1，以揚聲器所在墻面的中心位置為原點，建立空間直角坐標系

其中，x軸平行于地面，y軸垂直于地面，z軸垂直于墻面；指定待重放的虛擬聲源的坐標位置為s，設所使用的揚聲器數最多為N個，在聽音區域內選取M個位置進行聽音；

步驟2，構建虛擬聲源輻射聲場

基于格林函數構建全指向性的虛擬聲源到聽音點的聲學傳播特征，將該點的格林函數值作為聲源在指定區域內輻射聲場的聲壓值；

步驟3，構建揚聲器輻射聲場

設定N個揚聲器的位置，分別計算各揚聲器在所有聽音點位置處產生的聲壓值，作為揚聲器輻射聲場的聲壓值集合；

步驟4，針對虛擬聲源求取揚聲器權值向量

通過l₁范數正則化，將虛擬聲源輻射聲場和揚聲器輻射聲場加以約束，把揚聲器權值的求取問題轉換為最小絕對收縮和選擇算子問題，并利用交替方向乘子法進行求解，得到重放各虛擬單頻聲源的一組揚聲器權值向量；

步驟5，確定激活揚聲器的數量

匯總所有虛擬單頻聲源對應的揚聲器權值向量，保留其中非零項內容，作為重放系統中選定的揚聲器；同時去除其中的零項，即未被選擇的揚聲器；

步驟6，針對待重放聲源求取激活揚聲器的權值信號

對擬重放聲源和所有激活的揚聲器重新按照步驟2與步驟3計算待重放聲源輻射聲場和激活揚聲器的輻射聲場，并利用l₂范數正則化，在均方最小準則下計算出各個揚聲器的權值，在重放中作為揚聲器的驅動信號。

2.如權利要求1所述的沉浸式寬帶3D聲場重放方法，其特征在于：步驟2利用格林函數來表征頻率為f_b的虛擬單頻聲源到第m個聽音點的聲學傳輸函數：

其中，k_b＝2πf_b/c為波數；c為空氣中的聲速，約為340m/s；b為頻率索引；s為虛擬單頻聲源的位置；y_m為第m個聽音點的位置，m＝1,2,…,M，考慮寬帶語音聲場，選擇1倍頻程從100Hz至16kHz中8個頻帶的中心頻率進行聯合優化，即8個頻帶分別為：88Hz-177Hz、177Hz-355Hz、355Hz-710Hz、710Hz-1420Hz、1420Hz-2840Hz、2840Hz-5680Hz、5680Hz-11360Hz和11360Hz-33720Hz，對應的中心頻率分別為125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz和16kHz，故設定f₁＝125Hz,…,f₈＝16kHz，即，b＝1,2,…,8；

所述虛擬聲源用于系統設計過程，即：從所有揚聲器中選取激活揚聲器的過程，激活的揚聲器用于聲場重放，所重放的聲源與虛擬聲源位置相同，所述虛擬聲源是8個頻率分別為f₁,f₂,…,f₈的單頻聲源，由于虛擬聲源具有全指向性，其輻射聲場的聲壓值與格林函數值相等，可記為：

其中，^T代表轉置運算；y_m為第m個聽音點的位置，m＝1,2,…,M；是頻率為f_b的虛擬單頻聲源在M個聽音點處的輻射聲場集合，是揚聲器陣列待擬合的聲場集合。

3.如權利要求1所述的沉浸式寬帶3D聲場重放方法，其特征在于：步驟3具體為：

首先計算第n個揚聲器到第m個聽音點處的聲學傳輸函數，如下：

其中，x_n為揚聲器陣列中第n個揚聲器的坐標，n＝1,2,…,N；則揚聲器到所有聽音點處的聲傳輸函數集合為：

假定待求取的揚聲器權值向量為w_b＝[w_b(1),w_b(2),…,w_b(N)]^T，N是揚聲器總數，此時，揚聲器輻射聲場的聲壓值集合可表示為：