一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，包括：布放揚(yáng)聲器陣列，設(shè)定明區(qū)和暗區(qū)的控制點(diǎn)；其中，所述明區(qū)是需要產(chǎn)生某獨(dú)立音源的區(qū)域，暗區(qū)是所有不需要產(chǎn)生某獨(dú)立音源的區(qū)域；對(duì)揚(yáng)聲器頻響誤差進(jìn)行概率分布建模；根據(jù)誤差分布模型，分別列出明區(qū)和暗區(qū)的期望平均聲能量表達(dá)式和明區(qū)中的頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式；按照頻率響應(yīng)一致性約束的時(shí)域聲能量對(duì)比控制準(zhǔn)則，計(jì)算出各個(gè)通道的時(shí)域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)。相比于常規(guī)方法，本發(fā)明方法可以有效降低揚(yáng)聲器頻響誤差引入的對(duì)比度性能下降的影響，提升裝置的魯棒性和可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聲學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展和生活水平的提高，汽車(chē)在人們的生活中也占據(jù)著 越來(lái)越重要的位置，用戶(hù)也越來(lái)越重視車(chē)內(nèi)的聲環(huán)境。如今車(chē)內(nèi)經(jīng)常會(huì)充滿(mǎn)各式各樣的聲 音，諸如音樂(lè)聲、導(dǎo)航語(yǔ)音、電話聲、警告聲等。通常車(chē)內(nèi)不同的人想聽(tīng)不同的聲音，例如駕 駛員想聽(tīng)導(dǎo)航語(yǔ)音和警告聲，坐在后排座位的乘客可能想聽(tīng)音樂(lè)聲。在一些家庭影院應(yīng)用 中也存在不同區(qū)域的用戶(hù)想聽(tīng)不同聲音的問(wèn)題，或者由于聽(tīng)力閾值不一樣，不同的用戶(hù)希 望能聽(tīng)到不同音量的聲音。在博物館等展覽區(qū)域，展品之間的聲音不能相互干擾，即在不同 的展覽品面前只能出現(xiàn)跟此展品相關(guān)的聲音，從而提高用戶(hù)體驗(yàn)感。同樣，餐廳也需要在 不同的區(qū)域產(chǎn)生不同的背景音樂(lè)，滿(mǎn)足客戶(hù)不同的愛(ài)好。在上述場(chǎng)景中，現(xiàn)有的音響系統(tǒng)無(wú) 法在不同的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生獨(dú)立的音源，不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求。雖然通過(guò)佩戴耳機(jī)可以解決各個(gè) 區(qū)域聲音相互干擾的問(wèn)題，但是長(zhǎng)時(shí)間佩戴耳機(jī)不僅會(huì)使用戶(hù)產(chǎn)生疲勞感也會(huì)損傷用戶(hù)聽(tīng) 力。
[0003] 多區(qū)域聲重放系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器陣列輸入信號(hào)的幅度和相位，在多個(gè)區(qū)域內(nèi)各 自產(chǎn)生獨(dú)立的音源，為各用戶(hù)打造個(gè)性化聆聽(tīng)空間，避免了佩戴耳機(jī)帶來(lái)的疲勞感。多區(qū)域 聲重放系統(tǒng)中常用的一種控制方法是聲能量對(duì)比度控制方法。聲能量對(duì)比度控制方法主要 分為兩大類(lèi)：頻域設(shè)計(jì)和時(shí)域設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有技術(shù)中的頻域聲能量對(duì)比度控制方法無(wú)法保證時(shí) 域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)的因果性，因此在非控制頻率點(diǎn)上的對(duì)比度性能會(huì)下降?，F(xiàn)有技術(shù) 中的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制方法直接在時(shí)域中設(shè)計(jì)，避免了時(shí)域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)的非 因果性問(wèn)題，因此可以解決頻域聲能量對(duì)比控制方法在非控制頻率點(diǎn)對(duì)比度性能下降的問(wèn) 題。但是現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制方法并不考慮揚(yáng)聲器頻響存在的誤差，這與 實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制方法所存在的問(wèn)題會(huì)降低多區(qū)域聲重放系 統(tǒng)的對(duì)比度性能，擴(kuò)大各區(qū)域聲場(chǎng)之間的相互干擾，無(wú)法為各用戶(hù)營(yíng)造個(gè)性化的私人聆聽(tīng) 空間，并降低了實(shí)際系統(tǒng)量產(chǎn)的可能性。針對(duì)現(xiàn)有聲能量對(duì)比度控制方法中存在的由揚(yáng)聲 器頻響誤差引入的對(duì)比度性能下降問(wèn)題，需要尋找更為簡(jiǎn)便有效的方法來(lái)克服由揚(yáng)聲器頻 響誤差引入的對(duì)比度性能下降問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的聲能量對(duì)比度控制方法所存在的由揚(yáng)聲器 頻響誤差引入的對(duì)比度性能下降問(wèn)題，從而提供一種能夠改善揚(yáng)聲器頻響存在誤差情況下 的對(duì)比度性能的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于誤差模型的多區(qū)域聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，包 括：
[0007] 步驟1):布放揚(yáng)聲器陣列，設(shè)定明區(qū)和暗區(qū)的控制點(diǎn)；其中，明區(qū)是需要產(chǎn)生某獨(dú) 立音源的區(qū)域，暗區(qū)是所有不需要產(chǎn)生某獨(dú)立音源的區(qū)域；
[0008] 步驟2):建立揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型；；
[0009] 步驟3):根據(jù)步驟2)的誤差分布模型和所述揚(yáng)聲器陣列，得到明區(qū)和暗區(qū)在存在 揚(yáng)聲器頻響誤差情況下的期望平均聲能量表達(dá)式和頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式；
[0010] 步驟4):根據(jù)步驟3)的期望平均聲能量表達(dá)式和頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式，按 照頻率響應(yīng)一致性約束的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制準(zhǔn)則，計(jì)算出各個(gè)通道的時(shí)域沖激響應(yīng)濾 波器信號(hào)。
[0011] 優(yōu)選地，在所述的步驟1)中，所布放的揚(yáng)聲器陣列為線性陣列或圓形陣列或隨機(jī) 陣列。
[0012] 優(yōu)選地，在所述的步驟1)中，所述明區(qū)或暗區(qū)的區(qū)域形狀是方形或圓形或線型。
[0013] 優(yōu)選地，在所述的步驟2)中，所述的誤差概率分布建?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量獲得也可通 過(guò)模型預(yù)測(cè)獲得。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟2)中的揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型的測(cè)量方法包括：
[0015] (1)測(cè)量一組揚(yáng)聲器在頻率f?處的頻響，分別獲取揚(yáng)聲器頻響的幅度分布和相位 分布；
[0016] (2)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的分布進(jìn)行分布曲線擬合，獲取揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟2)中的揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型的預(yù)測(cè)方法包括：
[0018] (1)用聲學(xué)儀器對(duì)步驟1)中的揚(yáng)聲器陣列的測(cè)量獲得TS參數(shù)，所述的TS參數(shù)包 括音圈直流電阻、音圈電感、機(jī)械阻、力順、振動(dòng)質(zhì)量、空氣輻射阻、空氣輻射抗、等效輻射面 積、電磁力感應(yīng)系數(shù)；
[0019] (2)采用蒙特卡羅方法通過(guò)對(duì)TS參數(shù)抽樣，仿真揚(yáng)聲器的頻響，獲取揚(yáng)聲器的頻 響的幅度和相位分布；
[0020] (3)根據(jù)獲得的揚(yáng)聲器頻響的幅度和相位分布進(jìn)行曲線擬合，獲取揚(yáng)聲器頻響誤 差分布模型。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟3)包括：
[0022] 步驟3-1):假定第1個(gè)揚(yáng)聲器在頻率《處的頻響誤差為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，包括以下步驟： 步驟1):布放揚(yáng)聲器陣列，設(shè)定明區(qū)和暗區(qū)的控制點(diǎn)；其中，明區(qū)是需要產(chǎn)生一獨(dú)立音 源的區(qū)域，暗區(qū)是所有不需要產(chǎn)生一獨(dú)立音源的區(qū)域； 步驟2):建立揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型； 步驟3):根據(jù)步驟2)的誤差分布模型和所述揚(yáng)聲器陣列，得到明區(qū)和暗區(qū)在存在揚(yáng)聲 器頻響誤差情況下的期望平均聲能量表達(dá)式和頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式； 步驟4):根據(jù)步驟3)的期望平均聲能量表達(dá)式和頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式，按照頻 率響應(yīng)一致性約束的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制準(zhǔn)則，計(jì)算出各個(gè)通道的時(shí)域沖激響應(yīng)濾波器 信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，在所述的 步驟1)中，所布放的揚(yáng)聲器陣列為線性陣列或圓形陣列或隨機(jī)陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，在所述的 步驟1)中，所述明區(qū)或暗區(qū)的區(qū)域形狀是方形或圓形或線型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，在所述步 驟2)中，所述的揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型通過(guò)測(cè)量獲得或者通過(guò)模型預(yù)測(cè)獲得。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，所述步驟 2)中的揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型的建立方法包括： (1) 測(cè)量一組揚(yáng)聲器在頻率f處的頻響，分別獲取揚(yáng)聲器頻響的幅度分布和相位分布； (2) 根據(jù)實(shí)際測(cè)量的分布進(jìn)行分布曲線擬合，獲取揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，所述步驟 2) 中的揚(yáng)聲器頻響誤差分布模型的建立方法包括： (1) 用聲學(xué)儀器對(duì)步驟1)中的揚(yáng)聲器的測(cè)量獲得TS參數(shù)，所述的TS參數(shù)包括音圈直 流電阻、音圈電感、機(jī)械阻、力順、振動(dòng)質(zhì)量、空氣輻射阻、空氣輻射抗、等效輻射面積、電磁 力感應(yīng)系數(shù)； (2) 采用蒙特卡羅方法通過(guò)對(duì)TS參數(shù)抽樣，仿真揚(yáng)聲器的頻響，獲取揚(yáng)聲器的頻響的 幅度和相位分布； (3) 根據(jù)獲得的揚(yáng)聲器頻響的幅度和相位分布進(jìn)行曲線擬合，獲取揚(yáng)聲器頻響誤差分 布模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，所述步驟 3) 包括： 步驟3-1):假定第I= 1…L個(gè)揚(yáng)聲器在頻率ω處的頻響誤差A(yù)1(Co),其表達(dá)式為：Α,(ω) = al{w)e^m<a} 其中，&1(ω)和Cj5l(Co)分別是頻響誤差的幅度和相位，都為隨機(jī)變量，L為揚(yáng)聲器個(gè) 數(shù)，則揚(yáng)聲器陣列到明區(qū)第k=Ρ··ΚΒ個(gè)控制點(diǎn)的頻響冗,.(幼，其表達(dá)式為：
其中，Kb為明區(qū)的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)；〇為矩陣的Hadamard積，w是各個(gè)通道的時(shí)域沖激響 應(yīng)濾波器系數(shù)組成的向量，其表達(dá)式為 W = [W1(O)，…，W1(M-I)，…，wL(O)，…，wL(M-I)]τ 其中M為每個(gè)通道的濾波器階數(shù)，sBk(c〇)的表達(dá)式為： sBk(?) = [rBk(0)，...，rBk(M+I-2)][l，e-JtV..，e-W)]T rBk (η) = [hBlk (η)，…，hBlk (n-M+1)，…，hBLk (η)，…，hBLk (n-M+1)]τ 其中將揚(yáng)聲器第I通道到明區(qū)的第k個(gè)控制點(diǎn)之間的沖激響應(yīng)建模成一個(gè)長(zhǎng)度為I的 FIR濾波器，hBlk(η)為系數(shù)。A的表達(dá)式為：
因此揚(yáng)聲器陣列輻射到明區(qū)的時(shí)域平均聲能量4為：
因?yàn)?是隨機(jī)變量，則明區(qū)的期望平均聲能量ERb }為：
其中Ε{}是取隨機(jī)變量的期望值，E{ΑΑΗ}包含了誤差概率分布模型參數(shù)，由步驟2)提 供。 步驟3-2):揚(yáng)聲器陣列到暗區(qū)第k= 個(gè)控制點(diǎn)的頻響瓦)Α(?)為：
其中Kd為明區(qū)的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)，sDk(?)的表達(dá)式為：sDk(?) = [rDk(0)，...，rDk(M+I-2)][l，e-JtV..，e-W)]T rDk (η) = [hDlk (η)，…，hDlk (n-M+1)，…，hDLk (η)，…，hDLk (n-M+1)]τ 其中將揚(yáng)聲器第I通道到暗區(qū)的第k個(gè)控制點(diǎn)之間的沖激響應(yīng)建模成一個(gè)長(zhǎng)度為I的 FIR濾波器，hDlk(n)為系數(shù)。因此暗區(qū)的期望平均聲能量為：
步驟3-3):選定參考頻率ωρ定義明區(qū)的頻率響應(yīng)一致性約束RV，該頻率響應(yīng)一致性 約束的表達(dá)式為：
其中沉{}是取元素的實(shí)數(shù)部分，Ω是所有約束頻率點(diǎn)的集合，Q的表達(dá)式為：
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差模型的多區(qū)域聲重放方法，其特征在于，所述的步 驟4)包括： 步驟4-1):按照頻率響應(yīng)一致性約束的時(shí)域聲能量對(duì)比度控制準(zhǔn)則，列出其優(yōu)化問(wèn)題 為：
步驟4-2):對(duì)步驟4-1)所得到的優(yōu)化問(wèn)題求出其解：
其中PmaxH是求解矩陣對(duì)應(yīng)最大特征值的單位特征向量，U為單位矩陣，δ為魯棒性參 數(shù)，α為權(quán)重參數(shù)；參數(shù)δ和α都取正數(shù)； 步驟4-3):將步驟4-2)所得到的向量w按每隔M個(gè)元素進(jìn)行切割，得到各個(gè)通道的時(shí) 域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)。
9.一種基于誤差模型的多區(qū)域聲重放裝置，其特征在于，包括： 揚(yáng)聲器陣列布放模塊，用于布放揚(yáng)聲器陣列，并設(shè)定明區(qū)和暗區(qū)的控制點(diǎn)，其中，所述 的明區(qū)是指是需要產(chǎn)生某獨(dú)立音源的區(qū)域，所述的暗區(qū)是指所有不需要產(chǎn)生某獨(dú)立音源的 區(qū)域； 揚(yáng)聲器頻響誤差獲取模塊，用于對(duì)頻響誤差進(jìn)行概率分布建模； 期望平均聲能量表達(dá)式獲取模塊，用于分別列出明區(qū)和暗區(qū)的期望平均聲能量表達(dá) 式； 頻率響應(yīng)一致性約束表達(dá)式獲取模塊，用于選定參考頻率，列出明區(qū)中的頻率響應(yīng)一 致性約束表達(dá)式； 時(shí)域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)計(jì)算模塊，按照頻率響應(yīng)一致性約束的時(shí)域聲能量對(duì)比控制 準(zhǔn)則，計(jì)算出各個(gè)通道的時(shí)域沖激響應(yīng)濾波器信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04R1/20GK104469595SQ201410597657
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】蔡野鋒 申請(qǐng)人:蘇州上聲電子有限公司