[发明专利]一种用于提升紧凑型声重放系统空间感的波束形成方法

说明书

本发明涉及一种用于提升紧凑型声重放系统空间感的波束形成方法。本发明选取高频某个参考频率处目标方向上的扬声器单元在各控制点的声压幅度作为幅度目标，然后为该幅度目标添加每个频率处扬声器单元在各控制点的相位信息，从而避免分频段处理，同时确保滤波器能从低频平滑过渡到高频；本发明在波束形成优化中使用复权重的1‑范数作为正则项，通过设置最小化复权重的1‑范数的优化目标来控制不同频率下参与波束形成的扬声器单元数量，能够确保在逼近目标响应的基础上尽可能使用较少扬声器单元。

技术领域

本发明涉及一种用于提升紧凑型声重放系统空间感的波束形成方法。

背景技术

现今，室内环境下基于声场控制的空间感增强技术已逐步走向实际应用。提升声重放系统的聆听空间感的关键点有两个：ASW(Apparent source width，视在声源宽度)和LEV(Listener envelopment，听者包围感)。其中，ASW主要与80ms以前的反射声相关，LEV主要与80ms以后的反射声相关。因此目前用于提升空间感的技术路线主要有两种，一是通过分布式扬声器系统设计，实现不同方向的多声道重放，从而拓宽ASW，增强LEV。二是利用波束形成的手段将扬声器系统辐射的声波投射到反射边界上，利用反射声来增大侧向声辐射以提高ASW，从而提升空间感。

其中，第一种技术路线虽然可以极大的提升空间感，但其因涉及到复杂的室内装修、布线和调校过程，故在实际使用中具有较大的局限性。针对第二种技术路线，主要是利用扬声器阵列的波束形成技术或特定声学结构，将直达声导向侧墙等刚性声反射边界。其中，对于现有波束形成技术，由于可听声的宽带特性，为实现较低频率的波束形成时，需要使用尺寸较大的扬声器阵列；而当为实现高频波束形成时，需要保证相同阵列尺寸下扬声器单元足够多，确保相邻单元的间距小于最高工作频率对应波长的一半。这就存在了矛盾。另外，对于基于特定声学结构的技术，因为低频声波较长，为了控制低频声波的指向性，声学结构的尺寸均较大，具有使用的不便性且易受场地限制。因此，空间感提升的现有技术，或是需采用较多扬声器从而导致成本上升，或是声学结构尺寸较大难以便捷使用，再或是声学结构虽尺寸较小但实际效果欠佳。

发明内容

本发明提出一种用于提升紧凑型声重放系统空间感的波束形成方法，可对尺寸小、单元少的扬声器阵列进行波束形成，提升紧凑型声重放系统空间感。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于提升紧凑型声重放系统空间感的波束形成方法：

设N个扬声器单元所在方位角ψ_L＝[ψ₁,ψ₂,…,ψ_N]，在半径为R_C的圆周上选取M个空间声场控制点，设M个控制点所在方位角选取K个频率ω＝[ω₁，...，ω_k]作为控制频率；ψ_N为第N个扬声器单元所在方位角，为第M个控制点所在方位角，ω_k为第K个控制频率；

设G_k∈C^M×N为声重放系统在频率为ω_k处至各控制点的传输矩阵，该传输矩阵元素g_mn(ω_k)表示当频率为ω_k时第n个扬声器单元到第m个控制点的声压传递函数，n∈N，m∈M；C^M×N表示M×N的复数列向量；

设各控制点处的声压集合为p_k∈C^M×1，其中p_k＝[p₁(ω_k)，...，p_M(ω_k)]^T，p_m(ω_k)表示第m个控制点处的声压，T为转置符号；C^M×1表示M×1的复数列向量；