基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3d聲場(chǎng)重現(xiàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法及系統(tǒng)，包括：利用用戶手持麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)三維聲場(chǎng)重現(xiàn)單元處理后輸出的聲學(xué)信號(hào)；利用聲學(xué)信號(hào)實(shí)時(shí)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并將間距反饋至三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元；三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào)整，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。本發(fā)明利用麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間間距，在估計(jì)完成后輸送回線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元對(duì)三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元調(diào)整后輸出聲學(xué)信號(hào)，達(dá)到精確為用戶渲染三維聲場(chǎng)的目的。
【專利說(shuō)明】
基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及3D聲場(chǎng)重現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D 聲場(chǎng)重現(xiàn)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性揚(yáng)聲器陣列可通過(guò)信號(hào)處理的方法實(shí)現(xiàn)三維聲場(chǎng)的重建，但目前線性揚(yáng)聲器 陣列的三維聲場(chǎng)重建普遍使用波束檢測(cè)的技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)用戶與線性揚(yáng)聲器陣列間的間距 來(lái)調(diào)節(jié)線性揚(yáng)聲器陣列的輸出，這種控制技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)三維聲場(chǎng)的重建，但在效 果上并不能達(dá)到滿意的效果，因此，需要進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方 法及系統(tǒng)，該方法通過(guò)檢測(cè)用戶與線性揚(yáng)聲器陣列之間的實(shí)時(shí)間距，利用該檢測(cè)的實(shí)時(shí)間 距，采用串?dāng)_消除技術(shù)調(diào)整線性陣列的幅度和相位，使得線性揚(yáng)聲器陣列的總輸出信號(hào)根 據(jù)該實(shí)時(shí)間距進(jìn)行自適應(yīng)地實(shí)時(shí)調(diào)整與修訂，從而使輸出的總輸出信號(hào)的性質(zhì)符合期望。
[0004] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，包括 以下步驟：
[0005] 利用用戶手持麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)單 元處理后輸出的聲學(xué)信號(hào)；
[0006] 利用所述聲學(xué)信號(hào)實(shí)時(shí)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并將所述間距反 饋至線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元；
[0007] 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào)整處 理，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使串音 消除后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。
[0008] 所述用戶手持麥克風(fēng)為單麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列。
[0009] 其中，所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距通過(guò)以下一種方法得到，或采用以 下兩種或兩種以上方法測(cè)得初始間距后對(duì)初始間距按不同的權(quán)重綜合處理而得到：
[0010] (1)基于校準(zhǔn)器而使用戶手持麥克風(fēng)與線性揚(yáng)聲器陣列共享同步時(shí)鐘的時(shí)間差并 利用聲音傳播速度計(jì)算得到；
[0011] (2)通過(guò)房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型得到；
[0012] (3)基于單麥克風(fēng)估計(jì)直達(dá)源和第一個(gè)反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到；
[0013] (4)基于麥克風(fēng)陣列通過(guò)估計(jì)直達(dá)源和定向反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到。
[0014] 所述房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型為：
[0015] 狀60: = 〇,M9 . v為房間體積，S為房間表面積，α為墻面吸音系數(shù)。
[0016] 本發(fā)明中，當(dāng)采用兩種或兩種以上間距估計(jì)方法時(shí)，最后綜合得到的間距D'用下 公式計(jì)算：
[0017] 其中，wn為權(quán)重，上 dn為第η種方法估計(jì)的間距，N為

.， -- - 間距估計(jì)方法的數(shù)量，Κ η < Ν。
[0018] 本發(fā)明的目的還在于提供一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，包 括：
[0019] 麥克風(fēng)，由用戶手持以采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處 理單元輸出的聲學(xué)信號(hào)；
[0020] 間距估計(jì)模塊，用于利用所述聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距， 并將所述間距反饋至線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元；
[0021] 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元，用于根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào) 整處理，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使 串音消除后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。
[0022] 本發(fā)明基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法以及系統(tǒng)，通過(guò)利用用戶手 持麥克風(fēng)，采集線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距間 距，此間距間距在估計(jì)完成后將輸送回線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元對(duì)三維聲場(chǎng) 重現(xiàn)處理單元調(diào)整后輸出聲學(xué)信號(hào)，從而達(dá)到精確為用戶渲染三維聲場(chǎng)的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明提供的基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法的流程圖； [0024]圖2是本發(fā)明提供的基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法的原理圖； [0025]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中利用耳機(jī)實(shí)現(xiàn)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)的聲學(xué)模型圖；
[0026]圖4是本發(fā)明提供的基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法聲學(xué)模型圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明提供的基于校準(zhǔn)器計(jì)算揚(yáng)聲器陣列與用戶間的間距的示意圖；
[0028] 圖6是本發(fā)明提供的直達(dá)源與反射、混響時(shí)間的關(guān)系示意圖；
[0029] 圖7是本發(fā)明提供的計(jì)算直達(dá)源及反射源的時(shí)間間隔的示意圖；
[0030] 圖8是本發(fā)明提供的計(jì)算直達(dá)源及幾個(gè)反射源的時(shí)間間隔的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面，結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明并不局 限于所列的實(shí)施例。
[0032] 參見(jiàn)圖1所示，一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，包括以下步 驟：
[0033]利用用戶手持麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)單 元處理后輸出的聲學(xué)信號(hào)；
[0034]利用所述聲學(xué)信號(hào)實(shí)時(shí)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并將所述間距反 饋至線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元；
[0035]線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào)整處 理，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使串音 消除后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)利用用戶手持麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信號(hào)； [0036]本發(fā)明中，所述用戶手持麥克風(fēng)可以為單麥克風(fēng)，或麥克風(fēng)陣列。
[0037]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中，所述線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信號(hào)是通過(guò)三維聲場(chǎng) 重建算法或模型輸出的三維環(huán)繞聲聲學(xué)信號(hào)，所述線性揚(yáng)聲器陣列安裝于外殼中并線性設(shè) 置，包括有至少兩個(gè)揚(yáng)聲器換能器件，以接收來(lái)自音源的音頻信號(hào)進(jìn)行處理后輸出。
[0038]所述基于串?dāng)_消除技術(shù)，利用所述間距對(duì)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元 進(jìn)行調(diào)整后輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)，是指在原有三維聲場(chǎng)重建算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)估計(jì)的所 述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并利用濾波器來(lái)調(diào)整線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信 號(hào)的相位及幅度，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相 抵銷而使串音消除，從而保證線性揚(yáng)聲器陣列輸出的三維環(huán)繞聲的總輸出信號(hào)的性質(zhì)仍然 能達(dá)到預(yù)期的效果。
[0039] 其中，所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距指的是面向用戶設(shè)置的線性揚(yáng)聲器 陣列的聲音發(fā)出面與用戶的雙耳之間的垂直間距。
[0040] 參見(jiàn)圖2所示，具體實(shí)現(xiàn)中，為了更好進(jìn)行三維（3D)聲場(chǎng)重建，在麥克風(fēng)采用線性 揚(yáng)聲器陣列輸出的音頻信號(hào)后，即錄音后，對(duì)采集的音頻錄音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除噪 音、濾波處理，使采集的音頻信號(hào)使線性揚(yáng)聲器陣列輸出的音頻信號(hào)相一致，然后分析與線 性揚(yáng)聲器陣列相關(guān)的房間聲學(xué)參數(shù)，包括有房間大小、線性揚(yáng)聲器陣列與麥克風(fēng)的距離以 及房間的混響時(shí)間等聲學(xué)參數(shù)，由線性揚(yáng)聲器陣列三維(3D)聲場(chǎng)重建處理模塊根據(jù)該聲學(xué) 參數(shù)計(jì)算相應(yīng)的修正參數(shù)，然后對(duì)輸入線性揚(yáng)聲器陣列的音頻信號(hào)進(jìn)行根據(jù)修正的參數(shù)進(jìn) 行調(diào)整，使在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而 使串音消除，從而保證線性揚(yáng)聲器陣列輸出的三維環(huán)繞聲的總輸出信號(hào)的性質(zhì)仍然能達(dá)到 預(yù)期的效果。
[0041 ]下面結(jié)合耳機(jī)3D虛擬環(huán)繞聲場(chǎng)重建對(duì)本發(fā)明基于揚(yáng)聲器的3D虛擬環(huán)繞聲場(chǎng)重建 進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 3D虛擬環(huán)繞聲場(chǎng)重建技術(shù)主要用耳機(jī)作為播放設(shè)備。3D虛擬環(huán)繞聲核心技術(shù)是頭 相關(guān)函數(shù)HRTF使用。頭相關(guān)函數(shù)HRTF是空間中的任意位置到達(dá)人雙耳的一對(duì)傳輸函數(shù)，即 若在3維空間中采樣η個(gè)方向，所對(duì)應(yīng)的頭相關(guān)函數(shù)將為η對(duì)，2η個(gè)(左、右耳各一個(gè)）。假設(shè)需 重建某一個(gè)方向聲源S(水平角為Θ，垂直角#)，雙耳重建信號(hào)可由輸入信號(hào)與頭相關(guān)函數(shù) HRTF卷積得到：
[0043] L =. S ? HRTFu)'i9
[0044] R = S?HRTFro&
[0045] 假設(shè)輸入信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)雙聲道音頻信號(hào)Sl，Sr，分別對(duì)應(yīng)左耳及右耳，其預(yù)設(shè)的揚(yáng)聲 器位置為左30度，右30度。虛擬環(huán)繞聲技術(shù)希望通過(guò)耳機(jī)使用戶感覺(jué)到從頭部外，既虛擬揚(yáng) 聲器位置發(fā)出的聲源，使用虛擬環(huán)繞聲技術(shù)通過(guò)耳機(jī)播放的信號(hào)為，如圖3所示：
[0046] L = SL? HRTFl 0 + SR ? HRTFl 0
[0047] 及=& ?撤1?我，〇 + 4 ? 趨1^，各5〇
[0048] 以上是利用頭相關(guān)函數(shù)，使耳機(jī)實(shí)現(xiàn)播放三維或3D環(huán)繞聲的信號(hào)處理過(guò)程，通過(guò) 左耳機(jī)11、右耳機(jī)21可使音頻信號(hào)信號(hào)按上述的信號(hào)輸入至用戶100左右耳，實(shí)現(xiàn)三維聲場(chǎng) 重現(xiàn)。
[0049] 本發(fā)明中，為了使用揚(yáng)聲器直接達(dá)到3D聲場(chǎng)重建的目的并使串音消除抵銷，采用 如圖4示所示聲學(xué)模型。相比于圖3的耳機(jī)重建三維聲場(chǎng)的模型，圖4中播放設(shè)備由耳機(jī)變成 了揚(yáng)聲器，其最終目的在于，通過(guò)計(jì)算濾波器Η使得聲道音頻信號(hào)Sl、Sr的串?dāng)_音，即右揚(yáng)聲 器20發(fā)至左耳的信號(hào)與左揚(yáng)聲器10發(fā)至右耳的信號(hào)Grl和Glr在用戶100的左、右耳的位置被 完全抵消，從而導(dǎo)致左耳總傳遞函數(shù)變?yōu)镚a，即左耳揚(yáng)聲器只輸出至左耳的信號(hào)，右耳總傳 遞函數(shù)變?yōu)镚rr，即右耳揚(yáng)聲器只輸出至右耳的信號(hào)，因此進(jìn)一步使得在圖4中的揚(yáng)聲器可像 耳機(jī)一樣應(yīng)用頭相關(guān)函數(shù)進(jìn)行3D虛擬聲場(chǎng)的重建。具體應(yīng)用包括，如使用標(biāo)準(zhǔn)左30度和右 30度的兩個(gè)揚(yáng)聲器虛擬左后和右后110度的聲源，即虛擬5.1環(huán)繞聲，也可以設(shè)置更多的揚(yáng) 聲器以實(shí)現(xiàn)虛擬左前、右前或中后、中前相應(yīng)位置的聲源，以實(shí)現(xiàn)不同的虛擬環(huán)繞聲。濾波 器Η的計(jì)算方法如下：
[0050] 如在ζ域，假設(shè)輸入的雙耳頭相關(guān)函數(shù)處理后的信號(hào)為[L(z)R(z)]，分別對(duì)應(yīng)左耳 和右耳。通過(guò)揚(yáng)聲器播放且被人耳接收的信號(hào)為[EL(z)ER(z)].在z域揚(yáng)聲器到雙耳的傳遞 函數(shù)G( ζ)可通過(guò)以下數(shù)學(xué)模型模擬或測(cè)量得：
[0051] __ KL·
KK、_，_
[0052]則需要對(duì)輸入的信號(hào)[L(z)R(z)]預(yù)處理的濾波器Η為：
[0053]
[0054]其中，d為延遲項(xiàng)，如圖4所示，揚(yáng)聲器的每個(gè)單元到用戶雙耳之間的傳遞函數(shù)G隨 水平角Θ，垂直角和揚(yáng)聲器到雙耳的傳遞間距D而改變，即
[0055]
[0056]假設(shè)揚(yáng)聲器單元至線性陣列中軸線的間距為do,用戶頭半徑固定為dh，則在2D平 面，水平角Θ和揚(yáng)聲器到雙耳的傳遞距離D為：
[0057] Θ =arctan[ (d0-dh)/d]
[0058]
[0059] 當(dāng)用戶與揚(yáng)聲器陣列的間距d發(fā)生改變時(shí)，水平角Θ和垂直角·0也將發(fā)生改變，故 用戶與揚(yáng)聲器間的傳遞函數(shù)G也會(huì)隨之改變，最終導(dǎo)致計(jì)算的濾波器Η改變。如果用戶與揚(yáng) 聲器之間的間距d估計(jì)有誤，將會(huì)極大影響最終的串?dāng)_消除性能，影響聲場(chǎng)方向性聲源的重 建質(zhì)量，因此，本發(fā)明提出了根據(jù)用戶即聽(tīng)眾與線性揚(yáng)聲器陣列間的間距來(lái)自適應(yīng)調(diào)整，以 實(shí)現(xiàn)三維聲場(chǎng)的自適應(yīng)重建。
[0060] 以上分析可以看出，使用揚(yáng)聲器作為播放設(shè)備來(lái)重現(xiàn)三維環(huán)繞聲，重要的已知信 息之一則是線性揚(yáng)聲器陣列與聽(tīng)眾之間的間距d，此間距d可以影響基于線性揚(yáng)聲器陣列的 信號(hào)處理算法的性能，進(jìn)而影響三維聲場(chǎng)重建的質(zhì)量，所以實(shí)際的線性揚(yáng)聲器陣列的應(yīng)用 中，使用簡(jiǎn)單設(shè)備準(zhǔn)確估計(jì)此間距的方法非常必要。
[0061] 為了實(shí)現(xiàn)線性揚(yáng)聲器陣列與聽(tīng)眾之間的間距d的簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的估計(jì)，本發(fā)明提出 以下幾種方法。
[0062] -種方法是，基于校準(zhǔn)器而使用戶手持麥克風(fēng)與線性揚(yáng)聲器陣列共享同步時(shí)鐘的 時(shí)間差，利用聲音傳播速度計(jì)算得到。
[0063] 其中，所述用戶手持麥克風(fēng)與該校準(zhǔn)器配置在一起。
[0064]如圖5所示，若聲音從線性揚(yáng)聲器陣列50(包括多個(gè)線性排40揚(yáng)聲器)傳播至用戶 的時(shí)間為t，則揚(yáng)聲器至用戶100之間的間距d為：
[0065] d = t · v.
[0066] V為聲音在空氣中傳播的速度(約為343米/秒）。
[0067]假設(shè)在一般家庭起居室內(nèi)線性陣列至用戶的間距不小于2米，則t最短為2/343~ 5.83ms。假設(shè)音頻信號(hào)采樣率為44.1kHz，從線性揚(yáng)聲器陣列至用戶間最短數(shù)字信號(hào)采樣點(diǎn) 為5.83*44.1~256個(gè)點(diǎn)。若線性揚(yáng)聲器陣列與用戶手中的校準(zhǔn)器30使用同一時(shí)鐘，校準(zhǔn)音 頻信號(hào)在T1時(shí)刻從線性揚(yáng)聲器陣列發(fā)出，在T2時(shí)刻由校準(zhǔn)器接收，由于兩者分享同一時(shí)鐘 信號(hào)，則線性揚(yáng)聲器陣列和用戶之間的間距d為：
[0068] d=(T2-Ti) · V。
[0069] 第二方法是，通過(guò)房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型得到。
[0070] 所述房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型為：
[0071]
[0072] 其中，V為房間體積，S為房間表面積，α為墻面吸音系數(shù)。
[0073] 混響時(shí)間RT60為反射源能量衰減至直達(dá)源-60dB時(shí)的時(shí)間。一般認(rèn)為在正常屋子 中，低頻信號(hào)的混響時(shí)間RT60比高頻信號(hào)的混響時(shí)間RT60大。從整體來(lái)看，大房間的混響時(shí) 間RT60大于小房間的混響時(shí)間RT60.故通過(guò)測(cè)量大量房間的混響時(shí)間RT60可總結(jié)混響時(shí)間 RT60與房屋大小的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)房屋大小的數(shù)學(xué)模型可進(jìn)一步估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用 戶之間的間距。
[0074]假設(shè)正?？蛷d高為2.8m，長(zhǎng)寬比例為2:1，則客廳大小可解。通過(guò)客廳長(zhǎng)寬高可以 使用，寬〇. 5米為線性揚(yáng)聲器陣列與聽(tīng)眾用戶的間距，即假設(shè)線性揚(yáng)聲器陣列在客廳一端， 用戶在對(duì)應(yīng)的另一端，0.5米為用戶位置到后墻和線性揚(yáng)聲器陣列到前墻的大致間距。 [0075]第三種估計(jì)所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距的方法，還可以是通過(guò)單麥克 風(fēng)以估計(jì)直達(dá)源和第一個(gè)反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到。
[0076]如圖6-7所示，單個(gè)揚(yáng)聲器40在房間中，由于房間反射，在用戶頭部101處可以形成 一個(gè)直達(dá)路徑和若干個(gè)反射路徑。通過(guò)一個(gè)麥克風(fēng)可測(cè)得房間的混響時(shí)間RT60。在混響中， 經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的平滑算法和局部最大值估計(jì)算法可自動(dòng)找出直達(dá)源及前幾個(gè)反射源。通過(guò) 計(jì)算直達(dá)源于第一個(gè)反射源的時(shí)間可估算出直達(dá)路徑的間距。如圖6所示，在正常房屋中， 假設(shè)第一個(gè)反射路徑為地面或桌面的反射，故有：
[0077]
[0078] 其中dh為平均家用電視柜高度。直達(dá)源ds和反射源dr的時(shí)間間隔Δ t已知，即，
[0079]
[0080] 其中v為聲音在空氣中傳播的速度(常量），故，
[0081]
[0082]從而通過(guò)上述式，由直達(dá)源和反射源的時(shí)間間隔，并利用聲音傳播速度而計(jì)算出 所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距。
[0083]第四種估計(jì)所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距的方法，還可以是基于一個(gè)麥 克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列通過(guò)估計(jì)單個(gè)揚(yáng)聲器40與用戶頭部101間的直達(dá)源ds和定向反射源dRidR2 的間隔時(shí)間計(jì)算得到。
[0084] 當(dāng)校準(zhǔn)器具備麥克風(fēng)陣列時(shí)，直達(dá)源及前幾個(gè)反射源相對(duì)于用戶的角度可估計(jì)得 至1J，參見(jiàn)圖6及圖8所示。
[0085] 故有
[0086] (drl)2= (dr2)2+(ds)2-2 · dr2 · ds · COS0
[0087] dri+dr2-ds= Δ d
[0088]
[0089] Ad= At · v
[0090] 故直達(dá)源ds可解。
[0091] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中，所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，可以分別采用 以上一種方法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，也可以是采用上述兩種或兩種以上組合的方法分別獲得相應(yīng)的估 計(jì)間距后，按一定的方法處理，獲得相適應(yīng)的間距值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0092] 假設(shè)從中選擇N種方法，測(cè)得N個(gè)間距[cU，^，···，(!"]，則最后采用的間距估計(jì)值D' 可表示為
[0093] n.-i
[0094] 最終的估計(jì)誤差r為估計(jì)值D'和真實(shí)值D的差，即
[0095] r=|D_D，
[0096] 其中，wn為權(quán)重，」
Vn表征不同方法估計(jì)結(jié)果對(duì)最后結(jié)果的影響?？?n:~\ 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同方法誤差范圍及發(fā)生不準(zhǔn)確測(cè)量情況的比例從而決定《"的值。即找出一 組權(quán)重[W1，W2，…，Wn]，使得估計(jì)值D '和真實(shí)值D在實(shí)驗(yàn)的各個(gè)房間中[ri，Γ2，…，rm]的總誤 差最?。?br>[0097] 優(yōu)化[W1，W2,…，Wn]使得
[0098]
[0099] 最小，其中，Dr為在實(shí)驗(yàn)房間r(l彡r彡M，M為實(shí)驗(yàn)房間數(shù)量）中線性揚(yáng)聲器到用戶 的真正距離;dr,n為在房間r中使用方法η (1彡η彡N，N為采用上述距離估計(jì)方法的總數(shù)量） 得到的估計(jì)距離，同時(shí)應(yīng)保才
[0100]本發(fā)明的目的還在于提供一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，包 括：
[0101] 麥克風(fēng)，由用戶手持以采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處 理單元輸出的聲學(xué)信號(hào)；
[0102] 間距估計(jì)模塊，用于利用所述聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距， 并將所述間距反饋至線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元；
[0103] 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元，用于根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào) 整處理，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使 串音消除后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。
[0104] 關(guān)于上述的基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)的說(shuō)明，請(qǐng)參考上述的 基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法的詳細(xì)說(shuō)明。
[0105] 本發(fā)明基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法以及系統(tǒng)，通過(guò)利用用戶手 持麥克風(fēng)，采集線性揚(yáng)聲器陣列輸出的聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距， 此間距在估計(jì)完成后將輸送回線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元對(duì)三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處 理單元調(diào)整后輸出聲學(xué)信號(hào)，從而達(dá)到精確為用戶渲染三維聲場(chǎng)的目的。
[0106] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟： 利用用戶手持麥克風(fēng)采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)單元處 理后輸出的聲學(xué)信號(hào)； 利用所述聲學(xué)信號(hào)實(shí)時(shí)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并將所述間距反饋至 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元； 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào)整處理，在 當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使串音消除 后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在于，所 述用戶手持麥克風(fēng)為單麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在 于，所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距通過(guò)以下一種方法得到，或采用以下兩種或兩 種以上方法測(cè)得初始間距后對(duì)初始間距按不同的權(quán)重綜合處理而得到： (1) 基于校準(zhǔn)器而使用戶手持麥克風(fēng)與線性揚(yáng)聲器陣列共享同步時(shí)鐘的時(shí)間差并利用 聲音傳播速度計(jì)算得到； (2) 通過(guò)房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型得到； (3) 基于單麥克風(fēng)估計(jì)直達(dá)源和第一個(gè)反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到； (4) 基于麥克風(fēng)陣列通過(guò)估計(jì)直達(dá)源和定向反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在于，所 述房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型為：V為房間體積，S為房間表面積，α為墻面吸音系數(shù)。 ，5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在于，采 用兩種或兩種以上間距估計(jì)方法時(shí)，最后綜合得到的間距D'用下公式計(jì)算：dn為第η種方法估計(jì)的間距，N為間距估計(jì) ， 方法的數(shù)量，Kn<N。6. -種基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 麥克風(fēng)，由用戶手持以采集線性揚(yáng)聲器陣列通過(guò)線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單 元輸出的聲學(xué)信號(hào)； 間距估計(jì)模塊，用于利用所述聲學(xué)信號(hào)估計(jì)線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距，并將 所述間距反饋至線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元； 線性揚(yáng)聲器陣列三維聲場(chǎng)重現(xiàn)處理單元，用于根據(jù)該間距按預(yù)設(shè)串音消除方法調(diào)整處 理，在當(dāng)前間距下使左揚(yáng)聲器發(fā)至右耳的信號(hào)與右揚(yáng)聲器發(fā)至左耳的信號(hào)相抵銷而使串音 消除后再輸出相應(yīng)的聲學(xué)信號(hào)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，所 述麥克風(fēng)為單麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述線性揚(yáng)聲器陣列與用戶之間的間距通過(guò)以下一種方法得到，或采用以下兩種或兩 種以上方法測(cè)得初始間距后對(duì)初始間距按不同的權(quán)重綜合處理而得到： (1) 基于校準(zhǔn)器而使用戶手持麥克風(fēng)與線性揚(yáng)聲器陣列共享同步時(shí)鐘的時(shí)間差并利用 聲音傳播速度計(jì)算得到； (2) 通過(guò)房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型得到； (3) 基于單麥克風(fēng)估計(jì)直達(dá)源和第一個(gè)反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到； (4) 基于麥克風(fēng)陣列通過(guò)估計(jì)直達(dá)源和定向反射源的間隔時(shí)間計(jì)算得到。9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)方法，其特征在于，所 述房屋大小與混響時(shí)間RT60的數(shù)學(xué)模型為：V為房間體積，S為房間表面積，α為墻面吸音系數(shù)。 t10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于線性揚(yáng)聲器陣列的自適應(yīng)3D聲場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于， 采用兩種或兩種以上間距估計(jì)方法時(shí)，最后綜合得到的間距D'用下公式計(jì)算：計(jì)方法的數(shù)量，K η < N。 dn為第η種方法估計(jì)的間距，N為間距估 ，
【文檔編號(hào)】H04R9/06GK105933835SQ201610251445
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】楊維國(guó), 侯歡
【申請(qǐng)人】音曼（北京）科技有限公司