專利名稱：一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學領(lǐng)域，尤其是一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
·
隨著人們對音質(zhì)要求的提高，開始對普通的房間進行聲學考慮，比如通過進行聲學裝修或是調(diào)整房間內(nèi)的音響特性使聲音特性滿足所需要求。工程技術(shù)人員進行聲學改造需要基于聲學參數(shù)的獲得，例如早期混響時間EDT、混響時間T30、頻率響應(yīng)等等。但聲學參數(shù)的測量需要專業(yè)的儀器設(shè)備，價格昂貴，且由于其專業(yè)性和復(fù)雜性，最初僅應(yīng)用于音樂廳和體育館等大空間中，很少應(yīng)用于中小型房間中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，成本價格低，操作簡單，能夠廣泛應(yīng)用在普通房間的聲學參數(shù)測量。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種用于測量房間聲學參數(shù)的系方法，成本價格低，操作簡單，能夠廣泛應(yīng)用在普通房間的聲學參數(shù)測量。為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，包括用于信號處理的控制器/浮點運算器；用于產(chǎn)生激勵聲源信號最大長度MLS序列的激勵聲源序列產(chǎn)生模塊；用于求解脈沖響應(yīng)信號的脈沖響應(yīng)信號求解模塊；用于求解房間聲學參數(shù)的房間聲學參數(shù)求解模塊；用于優(yōu)化房間聲學特性的聲學特性優(yōu)化模塊。作為改進，所述激勵聲源序列產(chǎn)生模塊可依據(jù)房間混響的預(yù)估值產(chǎn)生14、15、16和17階四種階數(shù)的MLS信號；所述脈沖響應(yīng)信號求解模塊根據(jù)激勵聲源序列產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的激勵信號階數(shù)，在44. IKHz的默認采用頻率中對應(yīng)有O. 37秒、O. 74秒、I. 49秒和2. 97秒四種長度的房間脈沖響應(yīng)。作為改進，所述房間聲學參數(shù)包括早期混響時間EDT、混響時間T30和測量點的頻率響應(yīng)特性。作為改進，所述聲學特性優(yōu)化模塊根據(jù)房間大小、聲學參數(shù)和用戶需求，給出房間在何種頻率范圍需要調(diào)整，以及調(diào)整的吸聲量大小。作為改進，所述MLS序列是一種數(shù)字偽隨機序列，每一個時間采樣點的值為“I”或“0”，若階數(shù)為N，序列的采樣點總數(shù)為2N-1個，序列的時間長度則為(2N-1)/44100 (秒)；四種階數(shù)的MLS信號已經(jīng)預(yù)先計算得到，并已經(jīng)驗證其用于脈沖響應(yīng)測量的有效性，算法在運行時可直接從存儲器上加載。為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，在測量時根據(jù)混響的預(yù)估值選擇其中一種階數(shù)的MLS序列經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換饋給揚聲器播放，連續(xù)的重復(fù)播放次數(shù)為M次；同時，傳聲器撿拾經(jīng)房間發(fā)射、吸收后的信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后進行一些列的信號處理運算，包括脈沖響應(yīng)求解、聲學參數(shù)求解和聲學特性優(yōu)化求解。作為改進，已編寫好的MLS序列存儲于外部存儲器中，序列的階數(shù)根據(jù)房間混響時間估值有14、15、16和17階四種，在默認采樣頻率44. IkHz時對應(yīng)四種脈沖響應(yīng)長度O. 37秒、O. 74秒、I. 49秒和2. 97秒。所述MLS序列是一種數(shù)字偽隨機序列，每一個時間采樣點的值為I”或“0”，若階數(shù)為N，序列的采樣點總數(shù)為2N-1個，序列的時間長度則為(2N-1)/44100 (秒)。本發(fā)明根據(jù)中小型房間中可能出現(xiàn)的混響時間長度，算法中存在可供選擇的四種階數(shù)，并且為了優(yōu)化算法在處理器中的計算速度，四種階數(shù)的MLS信號已經(jīng)預(yù)先計算得到，并已經(jīng)驗證其用于脈沖響應(yīng)測量的有效性，算法在運行時可接從存儲器上加載。作為改進，房間脈沖響應(yīng)求解具體為傳聲器撿拾的信號經(jīng)經(jīng)M次平均可降低誤差，平均后根據(jù)所用的MLS激勵信號類型，調(diào)用已存儲好的排序方法進行第一次排序，進行Hadmard運算，再進行第二次排序，最后根據(jù)已知的揚聲器和傳聲器特性進行修正得到房間 的脈沖響應(yīng)。因為所涉及的兩次排序操作與激勵信號序列MLS的樣式有關(guān)，因此本發(fā)明對四種階數(shù)的排序方法都進行了計算，得到四對共八個排序序列，并存儲于外部存儲器中；當求解房間脈沖響應(yīng)算法運行時，加載相應(yīng)階數(shù)的一對排序序列。作為改進，根據(jù)計算得到的房間脈沖響應(yīng)可求房間的聲學參數(shù)，包括早期混響時間EDT和混響時間T30的求解，在獲得房間脈沖響應(yīng)信號的基礎(chǔ)上進行；具體為首先采用施羅德后向積分算法，把脈沖響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換成聲能量衰變曲線的形式；根據(jù)能量曲線從O分貝衰減到-10分貝的斜率，推導衰減到-60分貝的時間，此為EDT ;根據(jù)曲線從-5貝衰減到-35分貝，推導衰減到-60分貝的時間，此為30 ;用戶根據(jù)需要選擇使用EDT或T30，默認使用EDT ;頻率響應(yīng)特性曲線則是對脈沖響應(yīng)做快速傅立葉變換(FFT)，得到脈沖響應(yīng)在頻域上的特性。作為改進，根據(jù)計算得到的房間聲學參數(shù)可求解聲學特性優(yōu)化解決方案，具體為以房間的長、寬、高為尺寸參數(shù)，同時以用戶需要的聲音特性作為優(yōu)化目標，求得在某些頻率范圍所需要增加/降低的吸聲量為了調(diào)整房間的混響時間，根據(jù)房間的吸聲面積和體積計算得到在某些倍頻程需要增加或降低的吸聲量；在房間裝修不做改動的情況下，為改善聽音區(qū)域的聲學特性，給出音響系統(tǒng)可在哪些頻率范圍進行混響和頻譜的調(diào)整。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來的有益效果是(I)四個算法模塊為一個聯(lián)系的整體，在一個通用的浮點運算器上即可運行，具有移動性和便攜性；(2)根據(jù)中小型房間中常見的混響時間，預(yù)先編寫了四種階數(shù)的MLS激勵信號，已驗證了其用于脈沖響應(yīng)測量的有效性，并內(nèi)置于存儲器中，算法在運行時可直接從存儲器上加載，加快了運行速度；(3)在求解脈沖響應(yīng)時，已預(yù)先對四種階數(shù)的求解排序方法進行了計算，得到四對共八個排序序列，并存儲于外部存儲器中，運行時直接加載，加快了運行速度；(4)優(yōu)化方案中可直接給出需要調(diào)整的吸聲量，并且提供了改善房間共振現(xiàn)象所需的頻率特性參數(shù)。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明工作流程圖。圖3為求解房間脈沖響應(yīng)信號的算法流程圖。圖4為求解房間聲學參數(shù)的算法流程圖。圖5為求解聲學特性優(yōu)化方案的算法流程圖。圖6為在一個聽音室內(nèi)聽音區(qū)域中的一點測量、計算得到的14階脈沖響應(yīng)。 圖7為在一個小型會議室內(nèi)的一點測量、計算得到的17階脈沖響應(yīng)。圖8為在一個多媒體會議室內(nèi)聽眾席中的一點測量、計算得到的16階脈沖響應(yīng)。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1、2所示，一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，包括用于信號處理的控制器/浮點運算器；用于產(chǎn)生激勵聲源信號最大長度MLS序列的激勵聲源序列產(chǎn)生模塊；用于求解脈沖響應(yīng)信號的脈沖響應(yīng)信號求解模塊；用于求解房間聲學參數(shù)的房間聲學參數(shù)求解模塊；用于優(yōu)化房間聲學特性的聲學特性優(yōu)化模塊。系統(tǒng)在測量時根據(jù)混響的預(yù)估值選擇其中一種階數(shù)的MLS序列經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換饋給揚聲器播放，連續(xù)的重復(fù)播放次數(shù)為M次；同時，傳聲器撿拾經(jīng)房間發(fā)射、吸收后的信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后進行一些列的信號處理運算，包括脈沖響應(yīng)求解、聲學參數(shù)求解和聲學特性優(yōu)化求解。用于信號處理的控制器/浮點運算器；本發(fā)明基于通用的浮點運算平臺，以ADI公司生產(chǎn)的信號處理器ADSP-2136X系列為運算平臺。用于產(chǎn)生激勵聲源信號最大長度MLS序列的激勵聲源序列產(chǎn)生模塊；所述MLS序列是一種數(shù)字偽隨機序列，每一個時間采樣點的值為“I”或“0”，若階數(shù)為N，序列的采樣點總數(shù)為2N-1個，序列的時間長度則為(2N-1) /44100 (秒)。已編寫好的MLS序列存儲于外部存儲器中，序列的階數(shù)根據(jù)房間混響時間估值有14、15、16和17階四種，在默認采樣頻率44. IkHz時對應(yīng)四種脈沖響應(yīng)長度0. 37秒、O. 74秒、I. 49秒和2. 97秒。本發(fā)明根據(jù)中小型房間中可能出現(xiàn)的混響時間長度，算法中存在可供選擇的四種階數(shù)，并且為了優(yōu)化算法在處理器中的計算速度，四種階數(shù)的MLS信號已經(jīng)預(yù)先計算得到，并已經(jīng)驗證其用于脈沖響應(yīng)測量的有效性，算法在運行時可直接從存儲器上加載。如圖3所示，用于求解脈沖響應(yīng)信號的脈沖響應(yīng)信號求解模塊；傳聲器撿拾的信號經(jīng)M次平均可降低誤差，平均后根據(jù)所用的MLS激勵信號類型，調(diào)用已存儲好的排序方法進行第一次排序，進行Hadmard運算，再進行第二次排序，最后根據(jù)已知的揚聲器和傳聲器特性進行修正得到房間的脈沖響應(yīng)。因為所涉及的兩次排序操作與激勵信號序列MLS的樣式有關(guān)，因此本發(fā)明對四種階數(shù)的排序方法都進行了計算，得到四對共八個排序序列，并存儲于外部存儲器中；當求解房間脈沖響應(yīng)算法運行時，加載相應(yīng)階數(shù)的一對排序序列。如圖4所示，用于求解房間聲學參數(shù)的房間聲學參數(shù)求解模塊；根據(jù)計算得到的房間脈沖響應(yīng)可求房間的聲學參數(shù)，包括早期混響時間EDT和混響時間T30的求解，在獲得房間脈沖響應(yīng)信號的基礎(chǔ)上進行；具體為首先采用施羅德后向積分算法，把脈沖響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換成聲能量衰變曲線的形式；根據(jù)能量曲線從O分貝衰減到-10分貝的斜率，推導衰減到-60分貝的時間，此為EDT ;根據(jù)曲線從-5分貝衰減到-35分貝，推導衰減到-60分貝的時間，此為T30 ;用戶根據(jù)需要選擇使用EDT或T30，默認使用EDT ;頻率響應(yīng)特性曲線則是對脈沖響應(yīng)做快速傅立葉變換(FFT)，得到脈沖響應(yīng)在頻域上的特性。如圖5所示，用于優(yōu)化房間聲學特性的聲學特性優(yōu)化模塊；根據(jù)計算得到的房間聲學參數(shù)可求解聲學特性優(yōu)化解決方案，具體為以房間的長、寬、高為尺寸參數(shù)，同時以用戶需要的聲音特性作為優(yōu)化目標，求得在某些頻率范圍所需要增加/降低的吸聲量為了調(diào)整房間的混響時間，根據(jù)房間的吸聲面積和體積計算得到在某些倍頻程需要增加或降低的吸聲量；在房間裝修不做改動的情況下，為改善聽音區(qū)域的聲 學特性，給出音響系統(tǒng)可在哪些頻率范圍進行混響和頻譜的調(diào)整。以下結(jié)合幾個實施例進一步說明本算法的實施過程。(I)尺寸為 5. 2mX4. 2mX3. Om 的房間。此房間的用途為聽音室、家庭影院，已配有音響系統(tǒng)，用戶要求繼續(xù)使用現(xiàn)有的音響配置，在此基礎(chǔ)上可對房間進行局部裝修或?qū)σ繇懱匦赃M行調(diào)節(jié)，應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)的過程是首先判斷房間體積較小，室內(nèi)裝修和家具有一定的吸聲效果，因此在選用MLS序列進行聲源激勵時，所選的MLS階數(shù)為聲源算法模塊中的14階(44. IkHz, O. 37秒)。測量時傳聲器放置在聽音的主要區(qū)域，如沙發(fā)上約50cm高度的位置。傳聲器拾取揚聲器所發(fā)出的MLS信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，應(yīng)用脈沖響應(yīng)信號求解模塊進行脈沖響應(yīng)求解，因為最終使用原有的音響系統(tǒng)，不需要揚聲器修正。如圖6所示，在聽音區(qū)域某一點獲得的經(jīng)傳聲器均衡的脈沖響應(yīng)。聽音區(qū)域上多點平均求得的混響時間參數(shù)如下表所示
63Hz~~125Hz~ 250Hz~~500Hz~~IkHz 2 kHz~ 4kHz~ 8kHzEDT(s) Τδ 052 064 052 052 045 0 43 0.41根據(jù)所獲得的混響時間的頻率響應(yīng)，若用戶選擇對房間進行聲學裝修，可應(yīng)用聲學特性優(yōu)化模塊，例如選擇調(diào)整250Hz倍頻程的吸音量，則算法可計算得到混響時間降低10%對應(yīng)增加的吸音量為1.6 ;同時，用戶也可以調(diào)整音響系統(tǒng)的特性，即根據(jù)所得參數(shù)和用戶需求對音響系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進行調(diào)節(jié)以改善聽音區(qū)域的音質(zhì)。(2)尺寸為6. 5mX3. 6mX3. 8m的小型會議室。此小型會議室墻壁為磚墻抹灰，用戶要求為其進行聲學裝修，因為房間較小，無需配備音響或擴音系統(tǒng)。應(yīng)用本發(fā)明所述算法求得房間聲學參數(shù)的過程是首先判斷房間體積為中小型，房間物件較少，現(xiàn)場觀察其混響時間較長，因此在選用MLS序列進行聲源激勵時，所選的MLS階數(shù)為聲源算法模塊中的17階(44. IkHz, 2. 97秒)。測量時傳聲器放置在會議進行時與會者的就坐位置。傳聲器拾取揚聲器所發(fā)出的MLS信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后應(yīng)用脈沖響應(yīng)信號求解模塊進行脈沖響應(yīng)求解，因為房間的最終使用不需要電聲系統(tǒng)或擴音，因此需要進行揚聲器和傳聲器修正，如圖7所示，在就坐區(qū)域的某一點獲得的經(jīng)均衡的脈沖響應(yīng)。會議區(qū)域上多點平均求得的混響時間參數(shù)如下表所示
63Hz~~125Hz~ 250Hz~~500Hz~~IkHz 2 kHz~ 4kHz~ 8kHz
權(quán)利要求
1.一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，包括 用于信號處理的控制器/浮點運算器； 用于產(chǎn)生激勵聲源信號最大長度MLS序列的激勵聲源序列產(chǎn)生模塊； 用于求解脈沖響應(yīng)信號的脈沖響應(yīng)信號求解模塊； 用于求解房間聲學參數(shù)的房間聲學參數(shù)求解模塊； 用于優(yōu)化房間聲學特性的聲學特性優(yōu)化模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于 所述激勵聲源序列產(chǎn)生模塊可依據(jù)房間混響的預(yù)估值產(chǎn)生14、15、16和17階四種階數(shù)的MLS信號；所述脈沖響應(yīng)信號求解模塊根據(jù)激勵聲源序列產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的激勵信號階數(shù)，在44. IKHz的默認采用頻率中對應(yīng)有O. 37秒、O. 74秒、I. 49秒和2. 97秒四種長度的房間脈沖響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于 所述房間聲學參數(shù)包括早期混響時間EDT、混響時間T30和測量點的頻率響應(yīng)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于 所述聲學特性優(yōu)化模塊根據(jù)房間大小、聲學參數(shù)和用戶需求，給出房間在何種頻率范圍需要調(diào)整，以及調(diào)整的吸聲量大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于 所述MLS序列是一種數(shù)字偽隨機序列，每一個時間采樣點的值為“ I”或“O”，若階數(shù)為N，序列的采樣點總數(shù)為2N-1個，序列的時間長度則為(2N-1 )/44100 (秒);四種階數(shù)的MLS信號已經(jīng)預(yù)先計算得到，并已經(jīng)驗證其用于脈沖響應(yīng)測量的有效性，算法在運行時可直接從存儲器上加載。
6.一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，其特征在于在測量時根據(jù)混響的預(yù)估值選擇其中一種階數(shù)的MLS序列經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換饋給揚聲器播放，連續(xù)的重復(fù)播放次數(shù)為M次；同時，傳聲器撿拾經(jīng)房間發(fā)射、吸收后的信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后進行一些列的信號處理運算，包括脈沖響應(yīng)求解、聲學參數(shù)求解和聲學特性優(yōu)化求解。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，其特征在于 已編寫好的MLS序列存儲于外部存儲器中，序列的階數(shù)根據(jù)房間混響時間估值有14、15、16和17階四種，在默認采樣頻率44. IkHz時對應(yīng)四種脈沖響應(yīng)長度0. 37秒、O. 74秒、I.49秒和2. 97秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，其特征在于 房間脈沖響應(yīng)求解具體為傳聲器撿拾的信號經(jīng)M次平均可降低誤差，平均后根據(jù)所用的MLS激勵信號類型，調(diào)用已存儲好的排序方法進行第一次排序，進行Hadmard運算，再進行第二次排序，最后根據(jù)已知的揚聲器和傳聲器特性進行修正得到房間的脈沖響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，其特征在于 根據(jù)計算得到的房間脈沖響應(yīng)可求房間的聲學參數(shù)，包括早期混響時間EDT和混響時間T30的求解，在獲得房間脈沖響應(yīng)信號的基礎(chǔ)上進行；具體為首先采用施羅德后向積分算法，把脈沖響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換成聲能量衰變曲線的形式；根據(jù)能量曲線從O分貝衰減到-10分貝的斜率，推導衰減到-60分貝的時間，此為EDT ;根據(jù)曲線從-5分貝衰減到-35分貝，推導衰減到-60分貝的時間，此為T30 ;用戶根據(jù)需要選擇使用EDT或T30，默認使用EDT ;頻率響應(yīng)特性曲線則是對脈沖響應(yīng)做快速傅立葉變換(FFT )，得到脈沖響應(yīng)在頻域上的特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于測量房間聲學參數(shù)的方法，其特征在于 根據(jù)計算得到的房間聲學參數(shù)可求解聲學特性優(yōu)化解決方案，具體為以房間的長、寬、高為尺寸參數(shù)，同時以用戶需要的聲音特性作為優(yōu)化目標，求得在某些頻率范圍所需要增加/降低的吸聲量\。
全文摘要
一種用于測量房間聲學參數(shù)的系統(tǒng)及方法，包括用于信號處理的控制器/浮點運算器；用于產(chǎn)生激勵聲源信號最大長度MLS序列的激勵聲源序列產(chǎn)生模塊；用于求解脈沖響應(yīng)信號的脈沖響應(yīng)信號求解模塊；用于求解房間聲學參數(shù)的房間聲學參數(shù)求解模塊；用于優(yōu)化房間聲學特性的聲學特性優(yōu)化模塊。在測量時根據(jù)混響的預(yù)估值選擇其中一種階數(shù)的MLS序列經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換饋給揚聲器播放，連續(xù)的重復(fù)播放次數(shù)為M次；同時，傳聲器撿拾經(jīng)房間發(fā)射、吸收后的信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后進行一些列的信號處理運算，包括脈沖響應(yīng)求解、聲學參數(shù)求解和聲學特性優(yōu)化求解。本發(fā)明成本價格低，操作簡單，能夠廣泛應(yīng)用在普通房間的聲學參數(shù)測量。
文檔編號G01H11/06GK102928067SQ20121039273
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者黃坤朋, 陳瑞祥 申請人:華南理工大學, 國光電器股份有限公司