一種基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿真建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機械化水平的不斷提高，越來越多的噪音充斥著人們的生活空間，噪聲控制的問題也逐漸到了一個不可忽視的地步，利用技術(shù)手段對家庭房間內(nèi)的噪聲進(jìn)行主動控制，改善居家環(huán)境成為人們關(guān)注的熱點。虛擬聲障技術(shù)是以聲波干涉原理，利用揚聲器對噪聲源發(fā)出一個振幅相同相位相反的聲波，使目標(biāo)空間范圍內(nèi)的聲音消弱。虛擬聲障系統(tǒng)(Visual Sound Barrier System)是由軟件部分和硬件部分組成的一個綜合系統(tǒng)。
[0003]虛擬聲障系統(tǒng)的降噪效果不僅與軟件部分的算法有關(guān)，與硬件設(shè)備相互之間的布放策略也有很大的關(guān)系，設(shè)備之間布放策略的合理性能夠很大程度的影響系統(tǒng)的降噪效果。在布放策略中最重要的部分是傳感器和次級揚聲器之間相對位置的擺放方案，如果軟件部分的自適應(yīng)濾波算法保持不變則虛擬聲障系統(tǒng)能夠取得的降噪量和有效降噪空間范圍基本取決于次級聲源所用揚聲器和傳感器的布放方案。
[0004]因此，構(gòu)建虛擬聲障系統(tǒng)的在家庭環(huán)境中仿真模型對于實際家庭環(huán)境中虛擬聲障系統(tǒng)的設(shè)備布放和聲障效果評估具有重要的意義，主要體現(xiàn)在幾個方面:(I)在實際環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)搭建的過程中首先通過仿真模型的驗證，之后用于實際系統(tǒng)消聲效果的驗證，可以提高虛擬聲障系統(tǒng)的針對性和逐步完善虛擬聲障系統(tǒng)的算法。(2)在實際進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備布放前，先通過仿真模型驗證聲障效果，根據(jù)系統(tǒng)在家庭環(huán)境中的模擬聲障效果指導(dǎo)實際系統(tǒng)的布放。
[0005]現(xiàn)有的噪聲控制系統(tǒng)建模方式通常是利用濾波算法模擬實際系統(tǒng)中的算法部分。即一般只涉及到噪聲控制系統(tǒng)中濾波器的自適應(yīng)算法部分，而不會考慮系統(tǒng)模型中重要設(shè)備之間的相互布放位置對整個虛擬聲障系統(tǒng)聲障效果的影響。
[0006]虛擬聲障系統(tǒng)的聲障效果不僅受到算法部分的影響，也取決于虛擬聲障系統(tǒng)中設(shè)備的布放策略。同一個濾波算法在不同的布放策略下，系統(tǒng)的聲障效果可能有著天壤之別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法及系統(tǒng)，可以在仿真環(huán)境中提高系統(tǒng)的理論聲障效果，減少在現(xiàn)實環(huán)境中不必要的頻繁測試而造成的人力物力的浪費。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法，所述方法包括:
[0009]構(gòu)建模擬家庭空間的六面體模型；
[0010]根據(jù)構(gòu)建的六面體模型建立三維坐標(biāo)系，并把虛擬聲障系統(tǒng)中位置不同的設(shè)備以三維坐標(biāo)的形式放入仿真模型；
[0011]根據(jù)各個設(shè)備的三維坐標(biāo)值計算互相之間的空間直線距離以及仿真模型中聲源到傳感器的聲波傳達(dá)路徑；
[0012]進(jìn)行虛擬聲障系統(tǒng)實際運行場景的聲場模擬，獲得在當(dāng)前自適應(yīng)濾波算法和布放策略下虛擬聲障系統(tǒng)的聲障效果。
[0013]優(yōu)選地，所述根據(jù)各個設(shè)備的三維坐標(biāo)值計算互相之間的空間直線距離以及仿真模型中聲源到傳感器的聲波傳達(dá)路徑的步驟包括:
[0014]將聲源到傳感器的路徑設(shè)置為7條路徑；
[0015]分別根據(jù)各自傳播路徑的長短進(jìn)行時延和相位差的計算，進(jìn)行最終的聲波的干涉疊加。
[0016]優(yōu)選地，所述7條路徑為聲波從聲源到傳感器的空中直接傳播路徑和聲波通過房間的六面墻面而反射過去達(dá)到傳感器的反射路徑。
[0017]優(yōu)選地，計算仿真模型中聲源到傳感器的聲波傳達(dá)路徑的步驟包括:
[0018]利用空間倆點和一個平面的反射特性計算出聲波的反射通道；
[0019]估算墻面的反射率得到在當(dāng)前路徑下到達(dá)傳感器處的聲波信號相位和振幅大小。
[0020]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模系統(tǒng)，所述仿真建模系統(tǒng)包括:
[0021]構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建模擬家庭空間的六面體模型；
[0022]建立模塊，用于根據(jù)所述構(gòu)建模塊所構(gòu)建的六面體模型建立三維坐標(biāo)系，并把虛擬聲障系統(tǒng)中位置不同的設(shè)備以三維坐標(biāo)的形式放入仿真模型；
[0023]計算模塊，用于根據(jù)各個設(shè)備的三維坐標(biāo)值計算互相之間的空間直線距離以及仿真模型中聲源到傳感器的聲波傳達(dá)路徑；
[0024]聲場模擬模塊，用于進(jìn)行虛擬聲障系統(tǒng)實際運行場景的聲場模擬，獲得在當(dāng)前自適應(yīng)濾波算法和布放策略下虛擬聲障系統(tǒng)的聲障效果。
[0025]優(yōu)選地，所述計算模塊還用于將聲源到傳感器的路徑設(shè)置為7條路徑；分別根據(jù)各自傳播路徑的長短進(jìn)行時延和相位差的計算，進(jìn)行最終的聲波的干涉疊加。
[0026]優(yōu)選地，所述7條路徑為聲波從聲源到傳感器的空中直接傳播路徑和聲波通過房間的六面墻面而反射過去達(dá)到傳感器的反射路徑。
[0027]優(yōu)選地，所述計算模塊還用于利用空間倆點和一個平面的反射特性計算出聲波的反射通道；估算墻面的反射率得到在當(dāng)前路徑下到達(dá)傳感器處的聲波信號相位和振幅大小。
[0028]在本發(fā)明實施例中，通過先測試在仿真模型中的聲障效果對實際家庭環(huán)境中虛擬聲障系統(tǒng)的搭建、特別是設(shè)備之間的布放策略提供指導(dǎo)作用；利用仿真系統(tǒng)模型測試各種自適應(yīng)算法和硬件設(shè)備在仿真房間中的不同擺放位置的聲障效果，在仿真環(huán)境中提高系統(tǒng)的理論聲障效果，減少在現(xiàn)實環(huán)境中不必要的頻繁測試而造成的人力物力的浪費。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0030]圖1是本發(fā)明實施例的基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法的流程示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明實施例中7路徑信號疊加模型的示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明實施例中家庭環(huán)境中虛擬聲障系統(tǒng)整體仿真模型的示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明實施例的基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0035]圖1是本發(fā)明實施例的基于家庭環(huán)境的虛擬聲障系統(tǒng)的仿真建模方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括:
[0036]S101，構(gòu)建模擬家庭空間的六面體模型；
[0037]S102，根據(jù)構(gòu)建的六面體模型建立三維坐標(biāo)系，并把虛擬聲障系統(tǒng)中位置不同的設(shè)備以三維坐標(biāo)的形式放入仿真模型；
[0038]S103，根據(jù)各個設(shè)備的三維坐標(biāo)值計算互相之間的空間直線距離以及仿真模型中聲源到傳感器的聲波傳達(dá)路徑；
[0039]S104，進(jìn)行虛擬聲障系統(tǒng)實際運行場景的聲場模擬，獲得在當(dāng)前自適應(yīng)濾波算法和布放策略下虛擬聲障系統(tǒng)的聲障效果。
[0040]在具體實施中，考慮到家庭環(huán)境中的空間范圍通常比較大，是一個聲場時延比較明顯的場合，考慮到在家庭空間中聲波傳播的特性，對于室內(nèi)噪聲我們可以大膽假設(shè)聲波的傳播時延主要為房間中六面墻體的反射和漫射相互干涉疊加的結(jié)果，又因為實際聲波疊加的特性我們把噪聲源到傳感器的路徑設(shè)置為7條路徑，即接收的實際聲波大致近似于聲波從聲源到傳感器的空中直接傳播路徑和聲波通過房間的六面墻面而反射過去達(dá)到傳感器的反射路徑，7路聲波信號分別根據(jù)各自傳播路徑的長短進(jìn)行時延和相位差的計算，從而進(jìn)行最終的聲波的干涉疊加，形成與實際環(huán)境場景中傳感器處真實聲波信號近似的仿真信號。
[0041]本系統(tǒng)的硬件設(shè)備中不同的擺放位置能夠?qū)ο到y(tǒng)造成影響的有噪聲源的位置、參考傳感器的位置、誤差傳感器的位置、揚聲器的位置以及仿真家庭空間本身的長寬高。因此本發(fā)明的模型中能夠通過參數(shù)定義位置的設(shè)備有房間的長、寬、高，噪聲源在房間中的三維坐標(biāo)，次級聲源即揚聲器在房間中的三維坐標(biāo)，參考傳感器在房間中的三維坐標(biāo)，誤差傳感器在房間中的三維坐標(biāo)。功能函數(shù)為計算聲源到傳感器的7條聲學(xué)通道的延遲函數(shù)，即計算從聲源到傳感器的每條路徑的延遲時間。路徑的計算方法為利用空間倆點和一個平面的反射特性自動計算出聲波的反射通道，并估算墻面的反射率得到在當(dāng)前路徑下到達(dá)傳感器處的聲波信號相位和振幅大小。
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