專利名稱：一種補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理方法
技術領域：
本發明屬于室內聲信號處理技術，涉及利用數字信號處理(DSP)室內聲信號的方法。
背景技術：
室內聲信號用于聽音包括兩部分信號組成一是聲源直接傳達到接收位置的直達聲，它隨傳輸距離增大而衰減；二是聲源激勵起的室內聲環境駐波，它穩定分布于室內。聲環境駐波直接影響聽音的質量。對于實際聽音空間，需要的是符合要求的室內聲場。音樂廳和電影院是人們知道的專業大廳堂，都經過專業的建筑聲學設計，但作為人們日常用于聽音的空間都是小空間， 通常都沒有建筑聲學設計，存在兩方面的現狀一是由于小空間聲環境激勵起的駐波分布中，低頻段(通常500Hz以下)是稀疏的駐波分布，容易造成語音“聲染色”缺陷，高頻段雖有密集的駐波分布，但由于房間自由聲程短而幾乎不存在混響聲，所以很難用建筑聲學設計出大廳堂的良好擴散聲場，而且日常小聽音空間也不適于象廣播大樓的小聲用房進行低頻駐波控制的建筑聲學設計。二是日常小聽音空間在實際使用中以直達聲為主要聽音信號， 即前方表達聲像變化的主揚聲器和表達環境效果的環境揚聲器，更多地迎合聽眾對聲像表達的關注，而對聲環境反射聲的影響有所忽略了。此外，通常在節目制作時，日常小聽音空間聽兩聲道音樂時，人聲唱歌聲像定位于中間，看環繞聲AV節目時，對話語音也是定位于中間(有的加中間揚聲器的系統，語音由其播放)。綜上述，小空間聽音聲場可能的最大缺陷就是低頻段的語音“聲染色”失真，一旦出現將影響音樂或AV節目在低頻段重要信息的保真，尤其語音。如果能獲得一種補償聲環境的適當信號，在室內適當方式傳播(如應用一種波前合成的聲還原技術，它是基于波動理論并由揚聲器矩陣來產生波前。波前合成技術可以調整子虛聲源的位置，甚至可以將子虛聲源調到揚聲器陣列無限遠，產生出聲壓和傳播距離無關的平面波，使整個聆聽區域達到均勻的響度分布。)，將可以均衡聲環境激起的低頻段稀疏駐波對語音的聽音影響。
發明內容
為了解決上述聲系統中的室內聲環境問題，本發明給出了一種集成式的基于AR 模型的室內聲信號的數字信號處理(DSP)方法，用于獲得均衡補償聲環境激起的駐波信號低頻段稀疏駐波的播放信號。本發明采用以下方案實現一種補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟I:從電聲系統對室內聲環境輸入激勵信號，獲取室內聲環境的脈沖響應信號，并轉換成數字信號，該數字信號即室內沖擊響應信號(η)；
步驟2 :根據駐波數估算結論計算階數/7=2 ^式中f為估算某個頻率，λ為相應波長， /ω為估算的帶寬，c為聲速， Λ二 4F/.S , V為室內容積，S為室內總表面積；
步驟3 :利用基于自相關的線性預測算法—+￡^(η-/7)·Ι_<Η)獲
得室內聲環境AR模型的/7階結構參數，式中稱為殘差，為室內聲環境WP 模型階結構參數
步驟4 :設在z域，室內輸入聲源信號為x(z)，輸出為y (Z)，根據階數/7和室內聲環境模型P階結構參數確立室內聲環境的AR模型，構成的相應全極點濾波器結構的系統傳遞函數
M(z)=幽=---
啦卜 ,—j ; j-*.
步驟5 :獲取室內輸入聲源信號x(z)后，基于所述系統傳遞函數建立補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理算法如下
C(Z) =JC(Z)-^(ζ)χ (ζ)
則C(Z)就是對聲環境駐波較在相應頻段的有效均衡補償信號。在本發明一實施例中，所述的輸入激勵信號為白噪聲脈沖。本發明的有益效果是
I、由于采用基于模型的數字信號處理方式，可以基于形成室內聲信號的算法集成，便于嵌入到電聲系統中。解決了吸聲結構裝修影響使用和不利長期維護的問題，而且使室內的影響納入可控的范圍。解決建筑聲學的聲場語音聽音保真和混響調節問題。2、由于采用了 DSP構架，具有高度的靈活性，可以實時修改，因而實時性強。解決了建筑聲學裝修的效果固定、適用性不強的問題。可應用于家庭影院、卡拉0K、會議室、廣播大樓等小聲學用房的聲系統進一步改造研發中。
圖I是本發明系統算法實現框圖2是本發明獲取向聽音區播放的均衡補償信號算法結構；
圖3是本發明的基于均衡補償算法的混響處理應用方案；
圖4是小室內沖擊響應、頻率響應和616極點模型的頻率響應仿真處理結果示意圖。圖5是小室內聲環境均衡的各種時域相關信號仿真處理結果示意圖。其中圖4和圖5是6. 3X3. 6X2. 8 (m3)的小房間沖擊響應(IOOHz 400Hz)及其處理結果，圖中C(n)為該算法獲得的聲環境補償信號；y(n)為聲環境激勵起的駐波信號； X，(η)為聽音處的直達聲衰減信號;y(n)+x，(η)為未均衡的聽音信號；y(η)+x’ (n)+C(η) 為均衡后聽音信號。
具體實施例方式本發明實施例首先要獲取室內聲環境的室內沖擊響應_7命)和確定室內聲環境自回歸WP模型(以下簡稱室內聲環境WP模型)的階數/7，用于線性預測室內聲環境WP模型的/7階結構參數。在離散域，線性預測是依據室內沖擊響應的時域信號_7命)與人甚至更早值 y(n-i), AU-, d的相關性提出的。因此，可將如表示為其以前數據的線性組合， 即
權利要求
1.一種補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I:從電聲系統對室內聲環境輸入激勵信號，獲取室內聲環境的脈沖響應信號，并轉換成數字信號，該數字信號即室內沖擊響應信號(η)；步驟2 :根據駐波數估算結論計算階數/7=2 ^式中f為估算某個頻率，λ為相應波長， /ω為估算的帶寬，c為聲速， A = WfS , V為室內容積，S為室內總表面積；步驟3 :利用基于自相關的線性預測算法…/ )+<_獲得室內聲環境AR模型的/7階結構參數，式中稱為殘差，為室內聲環境模型階結構參數步驟4 :設在z域，室內輸入聲源信號為x(z)，輸出為y (z)，根據階數/7和室內聲環境模型P階結構參數確立室內聲環境的AR模型，構成的相應全極點濾波器結構的系統傳遞函數步驟5 :獲取室內輸入聲源信號X(Z)后，基于所述系統傳遞函數建立補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理算法如下則C(Z)就是對聲環境駐波在相應頻段的有效均衡補償信號。
2.根據權利要求I所述的補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理方法，其特征在于 所述的輸入激勵信號為白噪聲脈沖、周期脈沖或贗噪聲。
全文摘要
本發明涉及一種補償小空間聽音聲環境的均衡信號處理方法，為了實現基于數字信號處理方法的室內聲場信號處理，獲取聲場均衡補償的播放信號，以及混響處理，本發明涉及主要技術包括(1)正確建立室內自回歸AR模型的關鍵問題，即室內響應信號的獲取和AR模型階數的選擇。(2)基于模型的補償算法結構，以及由此進一步實現基于頻率響應均衡補償的混響處理方法；它有別于室內建筑聲學設計的室內聲場處理方法，可靈活針對不同聲用房實現相應的聲場補償處理，以及針對不同聽音需要實現不同的混響等效果。
文檔編號G10L21/02GK102592606SQ201210079029
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者詹仁輝, 陳國欽 申請人:福建師范大學福清分校