用于实现多区域音量差异的声重放方法及系统的制作方法
用于实现多区域音量差异的声重放方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高，电视机已经成为家庭娱乐生活的中屯、。结合图1所示，在多 位家庭成员通过同一电视机同时观看节目时，音量不能够满足所有用户的需求，时常遇到 某些用户感受到的音量过大或过小的问题。该是由于人耳的听力阔值会随着年纪增大而增 加，因此不同年纪的人对音量的需求不一样，即使是相同年龄的人，也会因为对声音敏感程 度不一样，也存在对音量感知的不同。一般电视机自带的音响是双声道，无法满足处于不同 区域的用户对音量的不同需求。目前的soumlbar音响虽然采用了阵列形式，但其主要目的 为音质优化，并不具备在不同区域产生不同音量W同时满足多个使用者音量需求的功能。 专利CN103379406A虽然提到了多个窄边框电视机的音响组成阵列，利用波束形成将声音 聚集在用户区域，但其并未实现不同区域不同音量，另一方面扬声器阵列总会存在各式各 样的误差，此误差的存在会极大的降低系统的性能。
[0003] 针对现有的音响并没有提供多区域音量差异的功能，同时也没有提供策略去克服 系统误差的缺陷，需要寻找简便有效的方法来提供多区域不同音量的功能，同时提供有效 方法来克服由于系统的随机误差干扰引入的性能下降问题。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于实现多区域音量差异的声重放方法 及系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种用于实现多区域音量差异的声重放方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
[0007] S1、设定声重放区域Zi、Z2. . .、Zw的控制点，其中N> 2 ;
[000引 S2、W区域Zi的目标音量等级11为参考，设定区域Z2. . .、Zw的目标音量等级分别 为I2.. .、1m，并设定区域Zi、Z2.. .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为d1、dg...、屯；
[0009] S3、获取扬声器阵列到区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的传递函数矩阵G1、G2. . .、Gw;
[0010] S4、对传递函数矩阵Gi、G2. . .、Gw加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰 的传递函数矩阵G|、G:…、G、；
[0011] S5、进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量W。
[0012] 优选地，步骤S1中，布放扬声器阵列后，设定声重放区域的控制点。
[001引优选地，步骤S2中，目标响应向量满足如下条件：
[0014]dfd,' = 10'ii'dfdi，z' =l…W，
[001引其中化)％取向量di的共辆，（di)%取向量di的共辆。
[0016] 优选地，步骤S3中，传递函数矩阵通过声学仪器诸如B&K、AP等或通过数值建模软 件诸如comsol等获得。
[0017] 优选地，所述随机误差干扰包括乘性随机误差干扰、加性随机误差干扰中的一种 或两种。
[0018] 更优选地，步骤S4中，带有随机误差干扰的传递函数矩阵满足如下条件：
[0019]6,二G,' 0G節.+色3。，i = \...N，
[0020] 其中@表示矩阵点乘，G胃和G。。分别为乘性随机误差干扰和加性随机误差干扰。
[0021] 进一步地，乘性随机误差干扰G,。。的表达式为；
[0022]
[0023] 加性随机误差干扰色。。的表达式为：
[0024]
[00幼其中，S为扬声器的个数，Pi为Zi区域的控制点个数，巧和您，.分别是第S个扬 声器到Zi区域中第Pi个控制点处的带有随机误差干扰的传递函数的预设乘性随机误差干 扰的幅值和相位，6：；1,和6品，分别是第S个扬声器到Zi区域中第Pi个控制点处的带有随机 误差干扰的传递函数的预设加性随机误差干扰的幅值和相位。
[0026] 更进一步地，所述乘性随机误差干扰的幅值互相独立，相位巧互相独立，且 幅值6：:,与相位巧Tj互相独立；所有幅值巧?的概率分布相同，所有相位6,品的概率分布分 布相同。
[0027] 更进一步地，所述加性随机误差干扰的幅值巧,,互相独立，相位巧；：.,互相独立，且 幅值6:.,.与相位巧I,互相独立；所有幅值的概率分布相同，所有相位巧：,,的概率分布相 同。
[0028] 优选地，步骤S5中，最优化处理的问题为：
[0029]
[0030] 其中
的期 望值，|色邸-(1|^为^^? _d的二范数的平方，所述权重向量w为该问题的最优解。
[0031] 更优选地，所述权重向量W通过如下步骤获得：
[0032]S501、计算矩阵Qi，Qi的表达式为；
[0033]
为乘性随机误差干扰幅值的概率密度函 数，/gm。为乘性随机误差干扰相位巧:,的概率密度函数；
[00巧]S502、计算矩阵Q2, 的表达式为：
[0036]
为加性随机误差干扰幅值％;，的概率密度函数，/e。。为加性随机误差干扰相位巧I,-的概率密 度函数；
[0038] S503、计算矩阵Qs，Qs的表达式为；
[0039]
[0040] 其中Re{：}表示取复数的实部
Gp,,是矩 阵G的第p行第s列元素，
[0041] S504、计算矩阵〇4, 〇4的表达式为；
[004引04= y me'bWme'eG;
[0043]S405、根据矩阵Qi、Q2、Q3和Q4获得权重向量w，W的表达式为；
[0044] W = (Q| +化+ Q,) 'Q八。
[0045] -种用于实现所述的声重放方法的声重放系统，包括：
[0046] 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置W及声重放区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的 位置；
[0047] 目标音量设定模块，W区域Zi的目标音量等级1 1为参考，设定区域Z 2. . .、Zw的目 标音量等级分别为I2.. .、1m，并设定区域Zi、Z2.. .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为 dl、屯...、屯5
[004引传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域Zi、Z2.. .、Zw控制点的传递函数矩 阵Gi、G2.. .、Gn;
[0049] 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gi、G2.. .、Gw加入预设的随机误差干扰获 得带有随机误差干扰的传递函数矩阵G|、G,...、G、；
[0050] 权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量W。
[0051] 本发明采用W上结构，相比现有技术具有如下优点：
[0052] A、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，可W同时为不同 区域用户在收听同一音源时提供不同的音量大小，克服了同一音源时，由于耳朵灵敏度差 异导致不同用户感知音量大小不同的问题，提高了多位用户收听同一音源时的舒适性。
[0053]B、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，可W动态调节各 区域之间的音量差异，从而在不改变硬件配置的情况下，满足了不同受众对音量大小的需 求，进一步增强了灵活性，改善了用户体验。
[0054]C、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，采用对传递函数 矩阵加入预设的随机误差干扰的策略，通过最优化在所有随机误差干扰下均方误差的平 均值，达到在任意误差条件下，都具有较小的均方误差，降低了对系统误差的灵敏度，提高 了对系统误差的抗干扰性。
【附图说明】
[0055] 图1为本发明的一种应用场景，即多人同时使用同一电视机的示意图；
[0056] 图2为本发明的声重放方法的信号流程图；
[0057] 图3为本发明的仿真配置示意图；
[0058] 图4为本发明实施例一的声重放结果示意图；
[0059] 图5为非鲁椿性方法与本发明实施例二所采用的鲁椿性方法的声重放结果对比 不意图。
【具体实施方式】
[0060] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，W使本发明的优点和特征能 更易于被本领域的技术人员理解。
[00川 实施例1
[0062] 图2所示为本发明的声重放方法，图3所示为本实施例的应用场景。结合图2和 图3所示，步骤S1;布放扬声器阵列，本实施例中采用包括8个呈直线排列的扬声器单元， 即线性阵列；在其它的实施中，扬声器阵列还可采用圆形阵列、随机阵列等。相邻两个扬声 器单元的间距为4畑1，两末端的扬声器单元的间距为28畑1，W与1200化声波在空气中的波 长相近。根据用户个数，本实施例划分了两个待声重放的区域，即区域Zi和Z2,两个区域的 中屯、位置分别位于扬声器阵列中垂线的左右各20°的方位，且与扬声器阵列的中屯、位置的 间距均为1. 5m，且与扬声 器阵列位于同一水平面上；具体地，两个区域均基本呈弧形，且位 于同一个圆上，该圆W扬声器阵列的中屯、位置为圆屯、且半径为1. 5m，两个区域的圆屯、角均 为20°，区域Zi和Z2均等间隔取20个控制点，任意两个相邻控制点间隔r，声波频率范 围为 100 ~4000Hz。
[0063] 实施例一的环境为自由声场，且预设的乘性误差恒为1，加性误差恒为0,即不存 在随机误差干扰，是本发明的声重放方法的一种特例。经过步骤S2-S5对区域Zi和Z2进行 声重放。具体地，设定区域Zi各控制点处的音量等级11预设为参考0地，区域Z2控制点处 的音量均为1〇/:，12分别取3地、6地、10地，此处12即为预设的区域Z2和区域Z1之间的音 量差异，采用求解步骤S501、S502、S503、S503、S504、S505对基于鲁椿性的最小二乘准则最 优问题mjne| 求解，获得权重向量W，并根据该权重向量W对上述8个扬声器单 元的幅度和相位进行控制。
[0064]观察实际取得区域Z2和区域Z1之间的音量差异。图4给出了当12分别取3地、 6地、10地时，区域Z2和区域Z1之间的音量差异随频率的变化关系，结合图4所示，本发明 的声重放方法在整个频率范围内基本都能取得预设的音量差异。
[0065] 本实施例的声重放系统包括；
[0066] 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置W及声重放区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的 位置；
[0067] 目标音量设定模块，W区域Zi的目标音量1 1为参考，设定区域Z2. . .、Zw的目标音 量分别为I2. . .、1m，并设定区域Zi、Z2. . .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为d1、dg...、 dw;
[006引传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域Zi、Z2.. .、Zw控制点的传递函数矩 阵Gi、Gg. . .、Gn;
[0069] 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gi、G2. . .、Gw加入预设的随机误差干扰获 得带有随机误差干扰的传递函数矩阵G|、G;...、Gg;
[0070]权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
[00川实施例2
[0072] 本实施例基本同实施例一，区别仅在于：本实施例的声场中存在扰动误差，其 中，乘性随机误差干扰幅度在化5,1. 5]区间范围内均匀分布，相位在[-10°，10° ] 区间范围内均匀分布；加性随机误差干扰幅度在[0,0.引区间范围内均匀分布，相位在 [-180° ,180° ]区间范围内均匀分布。
[0073] 图5为非鲁椿性方法与本实施例所采用的鲁椿性方法的声重放结果对比示意图， 其中预设的音量等级差异为6地。非鲁椿性方法中，不考虑扰动误差因素；本实施例的声重 放方法采用鲁椿性方法，考虑扰动误差干扰，声场的扰动误差干扰即为本发明的随机误差 干扰。结合图5所示，当声场存在随机误差干扰时，非鲁椿性方法性能急剧下降，两个区域 间几乎不存在音量差异，而采用本发明的鲁椿性方法，实际音量差异与预设的音量差异基 本一致。
[0074] 本发明不仅考虑了乘性误差也考虑了加性误差，且不需要对误差概率分布函数做 复杂性约束，适用的范围更广泛，同时计算过程中仅需知道少量的误差概率模型参数，计算 方便。本发明可W通过调整少量的误差概率模型参数，让系统适应不同的误差环境，从而增 强了系统灵活性，简化了系统配置。
[00巧]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在 于熟悉此项技术的人±能够了解本发明的内容并据W实施，并不能W此限定本发明的保护 范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种用于实现多区域音量差异的声重放方法，其特征在于，依次包括如下步骤： 51、 设定声重放区域Zp Z2…、ZdA控制点，其中N彡2 ; 52、 以区域目标音量等级I i为参考，设定区域Z 2…、目标音量等级分别为 12···、In，并设定区域Zn Z2…、Zn内控制点处的目标响应向量分别为d i、d2…、dN; 53、 获取扬声器阵列到区域Zp Z2…、Zn控制点的传递函数矩阵G p G2…、Gn; 54、 对传递函数矩阵Gn G2…、Gn加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰的传 递函数矩阵Gp G2·.·、G、： 55、 进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。2. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤Sl中，布放扬声器阵列后，设 定声重放区域的控制点。3. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S2中，目标响应向量满足如下 条件： df d,. =IO^dfd1, ζ· = 1~?ν, 其中（eg11为取向量七的共轭，（CU)11为取向量屯的共轭。4. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S3中，传递函数矩阵通过仪器 测量或数值建模获得。5. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S4中，所述随机误差干扰包括 乘性随机误差干扰、加性随机误差干扰中的一种或两种。6. 根据权利要求5所述的声重放方法，其特征在于，步骤S4中，带有随机误差干扰的传 递函数矩阵满足如下条件： Gi=G^Gm,+Gaei, i = l-N, 其中(^表示矩阵点乘，,和分别为乘性随机误差干扰和加性随机误差干扰。7. 根据权利要求6所述的声重放方法，其特征在于，乘性随机误差干扰0ιηε,的表达式 为：加性随机误差干扰的表达式为：其中，s为扬声器的个数，PiSZiS域的控制点个数，％,?和分别是第8个扬声器 到ZiE域中第p if控制点处的带有随机误差干扰的传递函数的预设乘性随机误差干扰的 幅值和相位，,和分别是第S个扬声器到Zi区域中第p i个控制点处的带有随机误差 干扰的传递函数的预设加性随机误差干扰的幅值和相位。8. 根据权利要求7所述的声重放方法，其特征在于，所述乘性随机误差干扰的幅值 互相独立，相位％,互相独立，且幅值/^与相位％,互相独立；所有幅值％,,的概率分布相 同，所有相位％的概率分布分布相同。9. 根据权利要求7所述的声重放方法，其特征在于，所述加性随机误差干扰的幅值 互相独立，相位互相独立，且幅值与相位％,互相独立；所有幅值的概率分布相 同，所有相位的概率分布相同。10. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S5中，最优化处理的问题 为：其中，的期望值， 1" -d|[为_d的二范数的平方，所述权重向量W为该问题的最优解。11. 根据权利要求1或10所述的声重放方法，其特征在于，所述权重向量W通过如下步 骤获得： 5501、 计算矩阵Q1, Q1的表达式为：其中 G = [G1;G2~Gn]，，> 为乘性随机误差干扰幅值的概率密度函 数，/,?为乘性随机误差干扰相位Al,的概率密度函数； 5502、 计算矩阵Q2, Q2的表达式为：/p为加 性随机误差干扰幅值的概率密度函数，Λ?为加性随机误差干扰相位的概率密度 函数； 1S503、计算矩阵Q3, Q3的表达式为；其中Re {}表示取复数的实部是矩阵G的第p行第s列元素，S504、计算矩阵Q4, Q4的表达式为； P me, b P me, Θ G ; S405、根据矩阵％、Q2、〇3和Q 4获得权重向量w，w的表达式为；12. -种用于实现如权利要求1-11任一项所述的声重放方法的声重放系统，其特征在 于，包括： 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置以及声重放区域？^ Z2…、Z1^!制点的位 置； 目标音量设定模块，以区域目标音量等级I i为参考，设定区域Z 2…、目标音 量等级分别为I2…、In，并设定区域ZnZ2…、Z n内控制点处的目标响应向量分别为d Pd2…、 dN; 传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域ZnZ2…、Z1^!制点的传递函数矩阵G nG2…、Gn; 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gp G2…、Gn加入预设的随机误差干扰获得带 有随机误差干扰的传递函数矩阵0:…、0、； 权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
【专利摘要】本发明公开了一种用于实现多区域音量差异的声重放方法及系统。一种用于实现多区域音量差异的声重放方法，依次包括如下步骤：S1、设定声重放区域Z1、Z2…、ZN的控制点，其中N≥2；S2、以区域Z1的目标音量等级l1为参考，设定区域Z2…、ZN的目标音量等级分别为l2…、lN，并设定区域Z1、Z2…、ZN内控制点处的目标响应向量分别为d1、d2…、dN；S3、获取扬声器阵列到区域Z1、Z2…、ZN控制点的传递函数矩阵G1、G2…、GN；S4、对传递函数矩阵G1、G2…、GN加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰的传递函数矩阵S5、进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
【IPC分类】H04R3/00
【公开号】CN104902388
【申请号】CN201510224357
【发明人】蔡野锋, 周建明, 柴国强, 马登永
【申请人】苏州上声电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高，电视机已经成为家庭娱乐生活的中屯、。结合图1所示，在多 位家庭成员通过同一电视机同时观看节目时，音量不能够满足所有用户的需求，时常遇到 某些用户感受到的音量过大或过小的问题。该是由于人耳的听力阔值会随着年纪增大而增 加，因此不同年纪的人对音量的需求不一样，即使是相同年龄的人，也会因为对声音敏感程 度不一样，也存在对音量感知的不同。一般电视机自带的音响是双声道，无法满足处于不同 区域的用户对音量的不同需求。目前的soumlbar音响虽然采用了阵列形式，但其主要目的 为音质优化，并不具备在不同区域产生不同音量W同时满足多个使用者音量需求的功能。 专利CN103379406A虽然提到了多个窄边框电视机的音响组成阵列，利用波束形成将声音 聚集在用户区域，但其并未实现不同区域不同音量，另一方面扬声器阵列总会存在各式各 样的误差，此误差的存在会极大的降低系统的性能。
[0003] 针对现有的音响并没有提供多区域音量差异的功能，同时也没有提供策略去克服 系统误差的缺陷，需要寻找简便有效的方法来提供多区域不同音量的功能，同时提供有效 方法来克服由于系统的随机误差干扰引入的性能下降问题。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于实现多区域音量差异的声重放方法 及系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种用于实现多区域音量差异的声重放方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
[0007] S1、设定声重放区域Zi、Z2. . .、Zw的控制点，其中N> 2 ;
[000引 S2、W区域Zi的目标音量等级11为参考，设定区域Z2. . .、Zw的目标音量等级分别 为I2.. .、1m，并设定区域Zi、Z2.. .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为d1、dg...、屯；
[0009] S3、获取扬声器阵列到区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的传递函数矩阵G1、G2. . .、Gw;
[0010] S4、对传递函数矩阵Gi、G2. . .、Gw加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰 的传递函数矩阵G|、G:…、G、；
[0011] S5、进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量W。
[0012] 优选地，步骤S1中，布放扬声器阵列后，设定声重放区域的控制点。
[001引优选地，步骤S2中，目标响应向量满足如下条件：
[0014]dfd,' = 10'ii'dfdi，z' =l…W，
[001引其中化)％取向量di的共辆，（di)%取向量di的共辆。
[0016] 优选地，步骤S3中，传递函数矩阵通过声学仪器诸如B&K、AP等或通过数值建模软 件诸如comsol等获得。
[0017] 优选地，所述随机误差干扰包括乘性随机误差干扰、加性随机误差干扰中的一种 或两种。
[0018] 更优选地，步骤S4中，带有随机误差干扰的传递函数矩阵满足如下条件：
[0019]6,二G,' 0G節.+色3。，i = \...N，
[0020] 其中@表示矩阵点乘，G胃和G。。分别为乘性随机误差干扰和加性随机误差干扰。
[0021] 进一步地，乘性随机误差干扰G,。。的表达式为；
[0022]
[0023] 加性随机误差干扰色。。的表达式为：
[0024]
[00幼其中，S为扬声器的个数，Pi为Zi区域的控制点个数，巧和您，.分别是第S个扬 声器到Zi区域中第Pi个控制点处的带有随机误差干扰的传递函数的预设乘性随机误差干 扰的幅值和相位，6：；1,和6品，分别是第S个扬声器到Zi区域中第Pi个控制点处的带有随机 误差干扰的传递函数的预设加性随机误差干扰的幅值和相位。
[0026] 更进一步地，所述乘性随机误差干扰的幅值互相独立，相位巧互相独立，且 幅值6：:,与相位巧Tj互相独立；所有幅值巧?的概率分布相同，所有相位6,品的概率分布分 布相同。
[0027] 更进一步地，所述加性随机误差干扰的幅值巧,,互相独立，相位巧；：.,互相独立，且 幅值6:.,.与相位巧I,互相独立；所有幅值的概率分布相同，所有相位巧：,,的概率分布相 同。
[0028] 优选地，步骤S5中，最优化处理的问题为：
[0029]
[0030] 其中
的期 望值，|色邸-(1|^为^^? _d的二范数的平方，所述权重向量w为该问题的最优解。
[0031] 更优选地，所述权重向量W通过如下步骤获得：
[0032]S501、计算矩阵Qi，Qi的表达式为；
[0033]
为乘性随机误差干扰幅值的概率密度函 数，/gm。为乘性随机误差干扰相位巧:,的概率密度函数；
[00巧]S502、计算矩阵Q2, 的表达式为：
[0036]
为加性随机误差干扰幅值％;，的概率密度函数，/e。。为加性随机误差干扰相位巧I,-的概率密 度函数；
[0038] S503、计算矩阵Qs，Qs的表达式为；
[0039]
[0040] 其中Re{：}表示取复数的实部
Gp,,是矩 阵G的第p行第s列元素，
[0041] S504、计算矩阵〇4, 〇4的表达式为；
[004引04= y me'bWme'eG;
[0043]S405、根据矩阵Qi、Q2、Q3和Q4获得权重向量w，W的表达式为；
[0044] W = (Q| +化+ Q,) 'Q八。
[0045] -种用于实现所述的声重放方法的声重放系统，包括：
[0046] 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置W及声重放区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的 位置；
[0047] 目标音量设定模块，W区域Zi的目标音量等级1 1为参考，设定区域Z 2. . .、Zw的目 标音量等级分别为I2.. .、1m，并设定区域Zi、Z2.. .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为 dl、屯...、屯5
[004引传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域Zi、Z2.. .、Zw控制点的传递函数矩 阵Gi、G2.. .、Gn;
[0049] 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gi、G2.. .、Gw加入预设的随机误差干扰获 得带有随机误差干扰的传递函数矩阵G|、G,...、G、；
[0050] 权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量W。
[0051] 本发明采用W上结构，相比现有技术具有如下优点：
[0052] A、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，可W同时为不同 区域用户在收听同一音源时提供不同的音量大小，克服了同一音源时，由于耳朵灵敏度差 异导致不同用户感知音量大小不同的问题，提高了多位用户收听同一音源时的舒适性。
[0053]B、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，可W动态调节各 区域之间的音量差异，从而在不改变硬件配置的情况下，满足了不同受众对音量大小的需 求，进一步增强了灵活性，改善了用户体验。
[0054]C、本发明提供的用于实现多区域音量差异的声重放方法及装置，采用对传递函数 矩阵加入预设的随机误差干扰的策略，通过最优化在所有随机误差干扰下均方误差的平 均值，达到在任意误差条件下，都具有较小的均方误差，降低了对系统误差的灵敏度，提高 了对系统误差的抗干扰性。
【附图说明】
[0055] 图1为本发明的一种应用场景，即多人同时使用同一电视机的示意图；
[0056] 图2为本发明的声重放方法的信号流程图；
[0057] 图3为本发明的仿真配置示意图；
[0058] 图4为本发明实施例一的声重放结果示意图；
[0059] 图5为非鲁椿性方法与本发明实施例二所采用的鲁椿性方法的声重放结果对比 不意图。
【具体实施方式】
[0060] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，W使本发明的优点和特征能 更易于被本领域的技术人员理解。
[00川 实施例1
[0062] 图2所示为本发明的声重放方法，图3所示为本实施例的应用场景。结合图2和 图3所示，步骤S1;布放扬声器阵列，本实施例中采用包括8个呈直线排列的扬声器单元， 即线性阵列；在其它的实施中，扬声器阵列还可采用圆形阵列、随机阵列等。相邻两个扬声 器单元的间距为4畑1，两末端的扬声器单元的间距为28畑1，W与1200化声波在空气中的波 长相近。根据用户个数，本实施例划分了两个待声重放的区域，即区域Zi和Z2,两个区域的 中屯、位置分别位于扬声器阵列中垂线的左右各20°的方位，且与扬声器阵列的中屯、位置的 间距均为1. 5m，且与扬声 器阵列位于同一水平面上；具体地，两个区域均基本呈弧形，且位 于同一个圆上，该圆W扬声器阵列的中屯、位置为圆屯、且半径为1. 5m，两个区域的圆屯、角均 为20°，区域Zi和Z2均等间隔取20个控制点，任意两个相邻控制点间隔r，声波频率范 围为 100 ~4000Hz。
[0063] 实施例一的环境为自由声场，且预设的乘性误差恒为1，加性误差恒为0,即不存 在随机误差干扰，是本发明的声重放方法的一种特例。经过步骤S2-S5对区域Zi和Z2进行 声重放。具体地，设定区域Zi各控制点处的音量等级11预设为参考0地，区域Z2控制点处 的音量均为1〇/:，12分别取3地、6地、10地，此处12即为预设的区域Z2和区域Z1之间的音 量差异，采用求解步骤S501、S502、S503、S503、S504、S505对基于鲁椿性的最小二乘准则最 优问题mjne| 求解，获得权重向量W，并根据该权重向量W对上述8个扬声器单 元的幅度和相位进行控制。
[0064]观察实际取得区域Z2和区域Z1之间的音量差异。图4给出了当12分别取3地、 6地、10地时，区域Z2和区域Z1之间的音量差异随频率的变化关系，结合图4所示，本发明 的声重放方法在整个频率范围内基本都能取得预设的音量差异。
[0065] 本实施例的声重放系统包括；
[0066] 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置W及声重放区域Zi、Z2. . .、Zw控制点的 位置；
[0067] 目标音量设定模块，W区域Zi的目标音量1 1为参考，设定区域Z2. . .、Zw的目标音 量分别为I2. . .、1m，并设定区域Zi、Z2. . .、Zw内控制点处的目标响应向量分别为d1、dg...、 dw;
[006引传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域Zi、Z2.. .、Zw控制点的传递函数矩 阵Gi、Gg. . .、Gn;
[0069] 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gi、G2. . .、Gw加入预设的随机误差干扰获 得带有随机误差干扰的传递函数矩阵G|、G;...、Gg;
[0070]权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
[00川实施例2
[0072] 本实施例基本同实施例一，区别仅在于：本实施例的声场中存在扰动误差，其 中，乘性随机误差干扰幅度在化5,1. 5]区间范围内均匀分布，相位在[-10°，10° ] 区间范围内均匀分布；加性随机误差干扰幅度在[0,0.引区间范围内均匀分布，相位在 [-180° ,180° ]区间范围内均匀分布。
[0073] 图5为非鲁椿性方法与本实施例所采用的鲁椿性方法的声重放结果对比示意图， 其中预设的音量等级差异为6地。非鲁椿性方法中，不考虑扰动误差因素；本实施例的声重 放方法采用鲁椿性方法，考虑扰动误差干扰，声场的扰动误差干扰即为本发明的随机误差 干扰。结合图5所示，当声场存在随机误差干扰时，非鲁椿性方法性能急剧下降，两个区域 间几乎不存在音量差异，而采用本发明的鲁椿性方法，实际音量差异与预设的音量差异基 本一致。
[0074] 本发明不仅考虑了乘性误差也考虑了加性误差，且不需要对误差概率分布函数做 复杂性约束，适用的范围更广泛，同时计算过程中仅需知道少量的误差概率模型参数，计算 方便。本发明可W通过调整少量的误差概率模型参数，让系统适应不同的误差环境，从而增 强了系统灵活性，简化了系统配置。
[00巧]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在 于熟悉此项技术的人±能够了解本发明的内容并据W实施，并不能W此限定本发明的保护 范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种用于实现多区域音量差异的声重放方法，其特征在于，依次包括如下步骤： 51、 设定声重放区域Zp Z2…、ZdA控制点，其中N彡2 ; 52、 以区域目标音量等级I i为参考，设定区域Z 2…、目标音量等级分别为 12···、In，并设定区域Zn Z2…、Zn内控制点处的目标响应向量分别为d i、d2…、dN; 53、 获取扬声器阵列到区域Zp Z2…、Zn控制点的传递函数矩阵G p G2…、Gn; 54、 对传递函数矩阵Gn G2…、Gn加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰的传 递函数矩阵Gp G2·.·、G、： 55、 进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。2. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤Sl中，布放扬声器阵列后，设 定声重放区域的控制点。3. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S2中，目标响应向量满足如下 条件： df d,. =IO^dfd1, ζ· = 1~?ν, 其中（eg11为取向量七的共轭，（CU)11为取向量屯的共轭。4. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S3中，传递函数矩阵通过仪器 测量或数值建模获得。5. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S4中，所述随机误差干扰包括 乘性随机误差干扰、加性随机误差干扰中的一种或两种。6. 根据权利要求5所述的声重放方法，其特征在于，步骤S4中，带有随机误差干扰的传 递函数矩阵满足如下条件： Gi=G^Gm,+Gaei, i = l-N, 其中(^表示矩阵点乘，,和分别为乘性随机误差干扰和加性随机误差干扰。7. 根据权利要求6所述的声重放方法，其特征在于，乘性随机误差干扰0ιηε,的表达式 为：加性随机误差干扰的表达式为：其中，s为扬声器的个数，PiSZiS域的控制点个数，％,?和分别是第8个扬声器 到ZiE域中第p if控制点处的带有随机误差干扰的传递函数的预设乘性随机误差干扰的 幅值和相位，,和分别是第S个扬声器到Zi区域中第p i个控制点处的带有随机误差 干扰的传递函数的预设加性随机误差干扰的幅值和相位。8. 根据权利要求7所述的声重放方法，其特征在于，所述乘性随机误差干扰的幅值 互相独立，相位％,互相独立，且幅值/^与相位％,互相独立；所有幅值％,,的概率分布相 同，所有相位％的概率分布分布相同。9. 根据权利要求7所述的声重放方法，其特征在于，所述加性随机误差干扰的幅值 互相独立，相位互相独立，且幅值与相位％,互相独立；所有幅值的概率分布相 同，所有相位的概率分布相同。10. 根据权利要求1所述的声重放方法，其特征在于，步骤S5中，最优化处理的问题 为：其中，的期望值， 1" -d|[为_d的二范数的平方，所述权重向量W为该问题的最优解。11. 根据权利要求1或10所述的声重放方法，其特征在于，所述权重向量W通过如下步 骤获得： 5501、 计算矩阵Q1, Q1的表达式为：其中 G = [G1;G2~Gn]，，> 为乘性随机误差干扰幅值的概率密度函 数，/,?为乘性随机误差干扰相位Al,的概率密度函数； 5502、 计算矩阵Q2, Q2的表达式为：/p为加 性随机误差干扰幅值的概率密度函数，Λ?为加性随机误差干扰相位的概率密度 函数； 1S503、计算矩阵Q3, Q3的表达式为；其中Re {}表示取复数的实部是矩阵G的第p行第s列元素，S504、计算矩阵Q4, Q4的表达式为； P me, b P me, Θ G ; S405、根据矩阵％、Q2、〇3和Q 4获得权重向量w，w的表达式为；12. -种用于实现如权利要求1-11任一项所述的声重放方法的声重放系统，其特征在 于，包括： 布放模块，指定扬声器阵列的各扬声器位置以及声重放区域？^ Z2…、Z1^!制点的位 置； 目标音量设定模块，以区域目标音量等级I i为参考，设定区域Z 2…、目标音 量等级分别为I2…、In，并设定区域ZnZ2…、Z n内控制点处的目标响应向量分别为d Pd2…、 dN; 传递函数矩阵获取模块，获取扬声器阵列到区域ZnZ2…、Z1^!制点的传递函数矩阵G nG2…、Gn; 预设随机误差干扰模块，对传递函数矩阵Gp G2…、Gn加入预设的随机误差干扰获得带 有随机误差干扰的传递函数矩阵0:…、0、； 权重向量计算模块，进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
【专利摘要】本发明公开了一种用于实现多区域音量差异的声重放方法及系统。一种用于实现多区域音量差异的声重放方法，依次包括如下步骤：S1、设定声重放区域Z1、Z2…、ZN的控制点，其中N≥2；S2、以区域Z1的目标音量等级l1为参考，设定区域Z2…、ZN的目标音量等级分别为l2…、lN，并设定区域Z1、Z2…、ZN内控制点处的目标响应向量分别为d1、d2…、dN；S3、获取扬声器阵列到区域Z1、Z2…、ZN控制点的传递函数矩阵G1、G2…、GN；S4、对传递函数矩阵G1、G2…、GN加入预设的随机误差干扰获得带有随机误差干扰的传递函数矩阵S5、进行最优化处理计算出扬声器阵列的权重向量w。
【IPC分类】H04R3/00
【公开号】CN104902388
【申请号】CN201510224357
【发明人】蔡野锋, 周建明, 柴国强, 马登永
【申请人】苏州上声电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
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