專利名稱：一種聲場定量重現(xiàn)的控制系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明屬于聲場重現(xiàn)及控制技術領域，特別涉及一種能在限定區(qū)域內(nèi)定量重現(xiàn)ー個目標聲場的控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術：
在空間區(qū)域內(nèi)對原始聲場進行準確重現(xiàn)具有重要的理論和實際意義?；贏mbisonics的聲場重現(xiàn)理論得到了廣泛的研究，該理論基于球諧函數(shù)對聲場進行級數(shù)展開，從而可以對ー個聲場進行準確的數(shù)學描述。特別是進行年來，高階Ambisonics (High Order Ambisonics)理論在實際自由場聲場重現(xiàn)中得到應用。這些理論方法在自由場情形下可以達到較高的精度。然而，由于目前的基于Ambisonics的重現(xiàn)理論模型沒有考慮實際揚聲器特性、實際非自由場情形等因素，針對實 際揚聲器重現(xiàn)研究不具體，其應用也受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出了一種聲場定量重現(xiàn)的控制系統(tǒng)及其方法，使用揚聲器回放陣列在室內(nèi)限定區(qū)域內(nèi)重現(xiàn)ー個目標聲場，該方法使得回放聲場與目標聲場誤差較小，可實現(xiàn)非自由場限定區(qū)域聲場的定量重現(xiàn)。本發(fā)明提出的一種聲場定量重現(xiàn)的控制系統(tǒng)，其特征在干，該系統(tǒng)包括揚聲器回放陣列、采樣陣列、多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器、存儲有信號處理程序的計算機和多通道數(shù)據(jù)采集卡；其中，米樣陣列由多個傳聲器組成，位于揚聲器回放陣列的中心區(qū)域；姆個傳聲器為ー個采樣測點，每個傳聲器的輸出端均與多通道數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，多通道數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計算機的輸入端相連，計算機的輸出端與多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端同時與揚聲器回放陣列中的各揚聲器的輸入端和多通道數(shù)據(jù)米集卡的另ー個輸出端相連。本發(fā)明還同時提出一種采用上述系統(tǒng)的揚聲器回放陣列控制信號的處理方法，該方法包括以下步驟I)對目標聲場進行采樣設在限定區(qū)域內(nèi)布置M個采樣測點(M的取值依據(jù)揚聲器回放陣列中揚聲器個數(shù)而定，一般情況下要求M>10)，分別用X1, x2, X3,…，xM表示其空間位置，由此可獲得目標時段內(nèi)M個采樣測點的目標聲壓信號[Pd(t)]MX1，表示為[Pd(t)]MX1 = [Pd(X1It), Pd(x2;t), K, Pd(xM;t)]T⑴式(I)中t為時間變量，[g]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；2)對采樣信號進行頻譜分析通過傅里葉信號處理方法對目標聲壓信號進行頻譜分析，得到該目標聲壓信號的頻譜結構，提取頻譜結構中每個頻率成分的幅值和相位，將該目標聲壓信號[Pd(t)]MX1轉(zhuǎn)換到頻域量[Pd(f)]MX1 [Pd(f)]MXi = [Pd(X1If), Pd(x2;f), K, Pd(xM;f)]T(2)式⑵中f 為頻率變量；
3)測量揚聲器回放陣列對采樣陣列的電聲傳遞函數(shù)設揚聲器回放陣列由L個揚聲器組成，(為保證有足夠的可調(diào)節(jié)參數(shù)，一般情況下要求L>10，L與M盡可能一致)，首先給I號揚聲器一個已知信號激勵，測量揚聲器回放陣列11中的I號揚聲器對采樣陣列12中的第I個采樣測點的電聲傳遞函數(shù)，然后同步測量L通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端對應通道的電信號e(t)以及同時刻采用采樣陣列的采樣測點I處的聲壓信號p(t)，通過所述電信號e(t)和聲壓信號p(t)兩個信號計算出I號揚聲器對采樣測點I的電聲傳遞函數(shù)。依此類推，分別測量揚聲器回放陣列上的L個揚聲器對采樣陣列上M個采樣測點的電聲傳遞函數(shù)，從而得到傳遞函數(shù)矩陣[H(x;f)]M>a:
權利要求
1.一種聲場定量重現(xiàn)的控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括揚聲器回放陣列、采樣陣列、多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器、存儲有信號處理程序的計算機和多通道數(shù)據(jù)采集卡；其中，采樣陣列由多個傳聲器組成，位于揚聲器回放陣列的中心區(qū)域；每個傳聲器為一個采樣測點，每個傳聲器的輸出端均與多通道數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，多通道數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計算機的輸入端相連，計算機的輸出端與多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端同時與揚聲器回放陣列中的各揚聲器的輸入端和多通道數(shù)據(jù)采集卡的另一個輸出端相連。
2.如權利要求I所述系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣陣列的采樣測點布置在一個半球面上的不同的圓周上。
3.一種采用如權利要求I所述系統(tǒng)的揚聲器回放陣列控制信號的處理方法，該方法包括以下步驟 .1)對目標聲場進行采樣設在限定區(qū)域內(nèi)布置M個采樣測點，分別用Xl，x2，X3，…，&表示其空間位置，由此可獲得目標時段內(nèi)M個采樣測點的目標聲壓信號[Pd(t)]MX1，表示為[Pd (t) ]MxI = [Pd (X1; t), Pd (x2; t), K, Pd (xM; t) ]T(I) 式⑴中t為時間變量，[g]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置； .2)對采樣信號進行頻譜分析通過傅里葉信號處理方法對目標聲壓信號進行頻譜分析，得到該目標聲壓信號的頻譜結構，提取頻譜結構中每個頻率成分的幅值和相位，將該目標聲壓信號[Pd(t)]MX1轉(zhuǎn)換到頻域量[Pd(f)]MX1 [Pd (f) Iix I = [Pd (X1 ； f) , Pd (x2 ； f) , K, Pd (xM ； f) ] T (2) 式⑵中f為頻率變量； . 3)測量揚聲器回放陣列對采樣陣列的電聲傳遞函數(shù)設揚聲器回放陣列由L個揚聲器組成，首先給I號揚聲器一個已知信號激勵，測量揚聲器回放陣列11中的I號揚聲器對采樣陣列12中的第I個采樣測點的電聲傳遞函數(shù)，然后同步測量L通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端對應通道的電信號e(t)以及同時刻采用采樣陣列的采樣測點I處的聲壓信號p(t)，通過所述電信號e(t)和聲壓信號p(t)兩個信號計算出I號揚聲器對采樣測點I的電聲傳遞函數(shù)。依此類推，分別測量揚聲器回放陣列上的L個揚聲器對采樣陣列上M個采樣測點的電聲傳遞函數(shù)，從而得到傳遞函數(shù)矩陣[H(x;f)]M>a H2l(^;f) L HJxl;/) rw Al Hl2(X2If) H22(X2^f) L HL2(x2;f) HS/) ￥xt = u (3) .1 服MMO M 例采用分頻段激勵和測量，激勵電信號e(t)中每個頻率成分幅值均為Atl，如式(4) 20.40 = 4) Z ^os(27rfkt + (pk)(4) k=\ 其中fk為頻率變量、為相位變量； 對激勵電壓信號e(t)進行傅里葉變換時進行整周期截取，計算傳遞函數(shù)Hlm(x;f);依此，對每個揚聲器分別進行傳遞函數(shù)的測量，可得到傳遞函數(shù)矩陣[H(x;f)]M>a ； .4)基于傳遞函數(shù)識別方法求解揚聲器回放陣列控制信號，設揚聲器回放陣列輸入控制信號中f頻率分量由表示，則聲場控制系統(tǒng)模型如式(7)所示
4.如權利要求3所述方法，其特征在于，所述步驟3)計算電聲傳遞函數(shù)過程具體如下 設e(t)、p(t)由實驗測量得到，對e(t)、p(t)進行頻譜分析后得到e(t)、p(t)所包含的每個頻率成分的幅值和相位，其中頻率f信號的頻域表達方式為盡(/)=為，又PMJl = ，則它們之間存在式(5)所示關系 E1 (f) gHlm (X; f) = Pm (X; f)(5) 由此得到
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聲場定量重現(xiàn)的控制系統(tǒng)及其方法，屬于聲場重現(xiàn)及控制技術領域；該系統(tǒng)包括揚聲器回放陣列、采樣陣列、多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器、存儲有信號處理程序的計算機和多通道數(shù)據(jù)采集卡；該方法包括對目標聲場進行采樣對采樣信號進行頻譜分析通過傅里葉信號處理方法對目標聲壓信號進行頻譜分析，得到該目標聲壓信號的頻譜結構，提取頻譜結構中每個頻率成分的幅值和相位，將該目標聲壓信號轉(zhuǎn)換到頻域量測量揚聲器回放陣列對采樣陣列的電聲傳遞函數(shù)，基于傳遞函數(shù)識別方法求解揚聲器回放陣列控制信號，將該控制信號輸入回放揚聲器回放陣列執(zhí)行回放；該方法使得回放聲場與目標聲場誤差較小。
文檔編號H04R29/00GK102857852SQ201210337089
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權日2012年9月12日
發(fā)明者鄭四發(fā), 李申廣, 彭博, 連小珉 申請人:清華大學