[发明专利]一种声场定量重现的控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于声场重现及控制技术领域，特别涉及一种能在限定区域内定量重现一个目标声场的控制系统及其方法。

背景技术

在空间区域内对原始声场进行准确重现具有重要的理论和实际意义。

基于Ambisonics的声场重现理论得到了广泛的研究，该理论基于球谐函数对声场进行级数展开，从而可以对一个声场进行准确的数学描述。特别是进行年来，高阶Ambisonics (High Order Ambisonics)理论在实际自由场声场重现中得到应用。

这些理论方法在自由场情形下可以达到较高的精度。然而，由于目前的基于Ambisonics的重现理论模型没有考虑实际扬声器特性、实际非自由场情形等因素，针对实际扬声器重现研究不具体，其应用也受到极大限制。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出了一种声场定量重现的控制系统及其方法，使用扬声器回放阵列在室内限定区域内重现一个目标声场，该方法使得回放声场与目标声场误差较小，可实现非自由场限定区域声场的定量重现。

本发明提出的一种声场定量重现的控制系统，其特征在于，该系统包括：扬声器回放阵列、采样阵列、多通道数模转换器、存储有信号处理程序的计算机和多通道数据采集卡；其中，采样阵列由多个传声器组成，位于扬声器回放阵列的中心区域；每个传声器为一个采样测点，每个传声器的输出端均与多通道数据采集卡的输入端相连，多通道数据采集卡的输出端与计算机的输入端相连，计算机的输出端与多通道数模转换器相连，多通道数模转换器的输出端同时与扬声器回放阵列中的各扬声器的输入端和多通道数据采集卡的另一个输出端相连。

本发明还同时提出一种采用上述系统的扬声器回放阵列控制信号的处理方法，该方法包括以下步骤：

1)对目标声场进行采样：设在限定区域内布置M个采样测点(M的取值依据扬声器回放阵列中扬声器个数而定，一般情况下要求M>10)，分别用x₁，x₂，x₃，…，x_M表示其空间位置，由此可获得目标时段内M个采样测点的目标声压信号[P_d(t)]_M×1，表示为：

[P_d(t)]_M×1＝[P_d(x₁;t),P_d(x₂;t),K,P_d(x_M;t)]^T                 (1)

式(1)中t为时间变量，[g]^T表示矩阵的转置；

2)对采样信号进行频谱分析：通过傅里叶信号处理方法对目标声压信号进行频谱分析，得到该目标声压信号的频谱结构，提取频谱结构中每个频率成分的幅值和相位，将该目标声压信号[P_d(t)]_M×1转换到频域量[P_d(f)]_M×1：

[P_d(f)]_M×1＝[P_d(x₁;f),P_d(x₂;f),K,P_d(x_M;f)]^T             (2)

式(2)中f为频率变量；

3)测量扬声器回放阵列对采样阵列的电声传递函数：设扬声器回放阵列由L个扬声器组成，(为保证有足够的可调节参数，一般情况下要求L>10，L与M尽可能一致)，首先给1号扬声器一个已知信号激励，测量扬声器回放阵列11中的1号扬声器对采样阵列12中的第1个采样测点的电声传递函数，然后同步测量L通道数模转换器的输出端对应通道的电信号e(t)以及同时刻采用采样阵列的采样测点1处的声压信号p(t)，通过所述电信号e(t)和声压信号p(t)两个信号计算出1号扬声器对采样测点1的电声传递函数。依此类推，分别测量扬声器回放阵列上的L个扬声器对采样阵列上M个采样测点的电声传递函数，从而得到传递函数矩阵[H(x;f)]_M×L：