本發(fā)明屬于三維音頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲場(chǎng)重建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著三維電視和三維電影技術(shù)的發(fā)展，三維音頻技術(shù)迫切需要跟上三維視頻技術(shù)發(fā)展的步伐。近年來，三維音頻技術(shù)取得了一些進(jìn)展，出現(xiàn)了若干三維音頻再現(xiàn)技術(shù)。在這些三維音頻技術(shù)中，基于向量的幅度平移技術(shù)(vector based amplitude panning簡(jiǎn)記為VBAP)由于操作簡(jiǎn)單使用方便，得到了許多應(yīng)用。VBAP技術(shù)使用三個(gè)揚(yáng)聲器合成一個(gè)虛擬聲源，可以在中心聽音點(diǎn)處高效重建虛擬聲源在中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的三維聲場(chǎng)。5.1聲道系統(tǒng)包含中央聲道，前置左、右聲道，后置左、右環(huán)繞聲道，及所謂的0.1聲道重低音聲道。一套系統(tǒng)總共可連接6個(gè)喇叭。5.1聲道已廣泛運(yùn)用于各類傳統(tǒng)影院和家庭影院中，一些比較知名的聲音錄制壓縮格式，譬如杜比AC-3(Dolby Digital)、DTS等都是以5.1聲音系統(tǒng)為技術(shù)藍(lán)本的，其中“0.1”聲道，則是一個(gè)專門設(shè)計(jì)的超低音聲道，這一聲道可以產(chǎn)生頻響范圍20～120Hz的超低音。7.1聲道系統(tǒng)它在5.1的基礎(chǔ)上又增加了中左和中右兩個(gè)發(fā)音點(diǎn)，一共使用4個(gè)環(huán)繞音箱，以求達(dá)到更加完美的境界。7.1環(huán)繞其實(shí)是虛擬的，實(shí)際上只有5個(gè)音區(qū)(左前方環(huán)繞、右前方環(huán)繞、中置環(huán)繞、左后方環(huán)繞、右后方環(huán)繞)。剩余2個(gè)音區(qū)(左環(huán)繞、右環(huán)繞)是從主音區(qū)分配來的。2012年法國(guó)電信研究院給出了不同維度音頻技術(shù)的定義：聲像固定稱為零維音頻；聲像可在人耳所在水平面的定距離圓周上移動(dòng)稱為一維音頻；聲像在人耳為中心定距離球面上移動(dòng)稱為二維音頻；聲像在人耳為中心的球體內(nèi)移動(dòng)稱為三維音頻。根據(jù)法國(guó)電信研究院給出的定義，三維音頻應(yīng)該保證重建的聲像擁有水平、垂直和距離三個(gè)自由度，而現(xiàn)有家庭影院的立體聲或環(huán)繞聲系統(tǒng)重建的聲像僅能有水平自由度，無法讓聲像脫離揚(yáng)聲器所在的平面，屬于一維范疇。為了進(jìn)一步提升傳統(tǒng)立體聲或環(huán)繞聲的重建效果，日本廣播協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室在VBAP技術(shù)的基礎(chǔ)之上，提出一種包24個(gè)揚(yáng)聲器的22.2多聲道系統(tǒng)，包含2個(gè)低頻效果聲道。其余22個(gè)揚(yáng)聲器分三層擺放，上層擺放9個(gè)揚(yáng)聲器，中層擺放10個(gè)揚(yáng)聲器，下層擺放3個(gè)揚(yáng)聲器。22.2多聲道系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)多聲道系統(tǒng)可以給人們帶來更加逼真的聽音感受。但是22.2多聲道系統(tǒng)僅能在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域完美重建三維聲場(chǎng)，非中心聽音點(diǎn)或非中心聽音區(qū)域聽音效果較差。隨后，日本廣播協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室基于一種類似于VBAP的理論，提出了一種高效下混方法，該方法可以將22.2多聲道系統(tǒng)的聲道數(shù)目減少12-14個(gè)，同時(shí)不會(huì)給人們?cè)斐扇S聽音效果很大的下降。但是，該下混方法也僅能在中心聽音點(diǎn)或中心聽音區(qū)域較好的恢復(fù)原始聲場(chǎng)，在非中心聽音點(diǎn)或者非中心聽音區(qū)域聲場(chǎng)重建效果未能得到很好的保證。在實(shí)際聽音環(huán)境中，人們有時(shí)候處于多聲道系統(tǒng)的中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域，但是有時(shí)候可能發(fā)生位置移動(dòng)，導(dǎo)致人們不是一直都待在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域，此時(shí)，22.2多聲道系統(tǒng)以及其精簡(jiǎn)系統(tǒng)就不能在非中心聽音點(diǎn)或者非中心聽音區(qū)域?yàn)槿藗兲峁┝己玫穆犚趔w驗(yàn)，具有一定的技術(shù)局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聲場(chǎng)重建方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種聲場(chǎng)重建方法，包括以下步驟，

步驟1，獲得原始多聲道系統(tǒng)中m個(gè)待替換的揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom分別的位置信息原始信號(hào)κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的位置信息設(shè)中心聽音點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為

設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、spekom的揚(yáng)聲器原始信號(hào)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)為要求解的信號(hào)，記為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)；

步驟2，計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重，計(jì)算公式如下，

s.t.AW_h＝B

其中，

A表示替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)L處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

B表示待替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)O處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_hn)^T，是信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)w_hj構(gòu)成的向量；w_hj表示待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)，將相應(yīng)計(jì)算結(jié)果作為初始分配權(quán)重；

表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的矩陣；

H₁表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的向量；

步驟3，將單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)分別乘以步驟2所得初始分配系數(shù)后分配到相應(yīng)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn中，刪除待替換揚(yáng)聲器spekoh，計(jì)算公式如下，

其中，

λ_h1(ω)、λ_h2(ω)、…、λ_hn(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的初始分配信號(hào)；

κ_h(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)；

w_h1,w_h2,…,w_hm為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)；

步驟4，計(jì)算得到重建多聲道系統(tǒng)中揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的最終信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式為將步驟3中所得揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn初始分配信號(hào)求和，揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的最終分配信號(hào)λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)的計(jì)算公式為，

其中，j＝1，2，…，n。

而且，n和m為正整數(shù)，n大于等于3、m大于3，并且m大于n。

而且，步驟2中，矩陣A和B建立方式如下，

其中，k為波數(shù)。

而且，步驟2中，矩陣和向量H₁建立方式如下，

其中，k為波數(shù)。

本發(fā)明相應(yīng)提供一種聲場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括以下模塊，

第一模塊，用于獲得原始多聲道系統(tǒng)中m個(gè)待替換的揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom分別的位置信息原始信號(hào)κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的位置信息設(shè)中心聽音點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為

設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、spekom的揚(yáng)聲器原始信號(hào)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)為要求解的信號(hào)，記為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)；

第二模塊，用于計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重，計(jì)算公式如下，

s.t.AW_h＝B

其中，

A表示替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)L處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

B表示待替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)O處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_hn)^T，是信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)w_hj構(gòu)成的向量；w_hj表示待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)，將相應(yīng)計(jì)算結(jié)果作為初始分配權(quán)重；

表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的矩陣；

H₁表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的向量；

第三模塊，用于將單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)分別乘以步驟2所得初始分配系數(shù)后分配到相應(yīng)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn中，刪除待替換揚(yáng)聲器spekoh，計(jì)算公式如下，

其中，

λ_h1(ω)、λ_h2(ω)、…、λ_hn(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的初始分配信號(hào)；

κ_h(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)；

w_h1,w_h2,…,w_hm為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)；

第四模塊，用于計(jì)算得到重建多聲道系統(tǒng)中揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的最終信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式為將步驟3中所得揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn初始分配信號(hào)求和，揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的最終分配信號(hào)λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)的計(jì)算公式為，

其中，j＝1，2，…，n。

而且，n和m為正整數(shù)，n大于等于3、m大于3，并且m大于n。

而且，第二模塊中，矩陣A和B建立方式如下，

其中，k為波數(shù)。

而且，第二模塊中，矩陣和向量H₁建立方式如下，

其中，k為波數(shù)。

本發(fā)明充分考慮聽音點(diǎn)所在位置和聲場(chǎng)物理性質(zhì)對(duì)非中心聽音點(diǎn)處聲場(chǎng)的影響，構(gòu)建非中心聽音點(diǎn)聲場(chǎng)重建模型并求解，使得聽音者在非中心聽音點(diǎn)處可以獲得和中心聽音點(diǎn)處同樣的聽音體驗(yàn)，提升了現(xiàn)有多聲道系統(tǒng)聲音回放的靈活性。

采用本發(fā)明提供的包含n個(gè)揚(yáng)聲器的重建多聲道系統(tǒng)重建包含m個(gè)揚(yáng)聲器的原始多聲道系統(tǒng)的技術(shù)方案，相較于日本廣播協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室提出的22.2多聲道系統(tǒng)及其簡(jiǎn)化系統(tǒng)僅能在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域重建原始的三維聲場(chǎng)，本發(fā)明的技術(shù)方案既可以在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域重建原始的三維聲場(chǎng)，還可以在任意的非中心聽音點(diǎn)或者非中心聽音區(qū)域低失真地重建聲場(chǎng)，提供與原始系統(tǒng)中中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域一樣的聽音感受，提高了多聲道系統(tǒng)在實(shí)際使用中的靈活性，給人們的聽音娛樂帶來了便利。

本發(fā)明可以對(duì)包含任意擺放的任意多個(gè)揚(yáng)聲器的多聲道系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)調(diào)配處理，在重建聲場(chǎng)中的任意聽音點(diǎn)低失真重建三維聲場(chǎng)，具備很好的普適性，具有重要的市場(chǎng)價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基本流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的原始多聲道系統(tǒng)的揚(yáng)聲器擺放位置圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的重建多聲道系統(tǒng)的揚(yáng)聲器擺放位置圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明針對(duì)任意擺放的多聲道系統(tǒng)，提出了一種多聲道系統(tǒng)的聲場(chǎng)重建技術(shù)方案，該重建技術(shù)方案可以在重建聲場(chǎng)中的任意點(diǎn)還原原始聲場(chǎng)，使得聽音者可以在非中心聽音點(diǎn)獲得在中心聽音點(diǎn)同樣的聽音效果。該技術(shù)方案的核心技術(shù)是在保證原始系統(tǒng)中中心聽音點(diǎn)處的聲音物理性質(zhì)與重建系統(tǒng)中指定的任意非中心聽音點(diǎn)處的聲音物理性質(zhì)一致的前提下，利用任意多個(gè)揚(yáng)聲器替換一個(gè)待替換揚(yáng)聲器。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。

為了實(shí)現(xiàn)用任意多個(gè)揚(yáng)聲器對(duì)包含任意多個(gè)揚(yáng)聲器的多聲道系統(tǒng)進(jìn)行重建處理，并且原始系統(tǒng)與重建系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器可以進(jìn)行任意位置擺放。本發(fā)明提供使用包含n個(gè)揚(yáng)聲器的多聲道系統(tǒng)重建包含m個(gè)揚(yáng)聲器的多聲道系統(tǒng)的方法，n、m可以根據(jù)具體情況進(jìn)行取值，設(shè)為正整數(shù)，實(shí)施方式相同。一般，n大于等于3、m大于3，并且m大于n。

實(shí)施例的目標(biāo)是利用包含10個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10的多聲道系統(tǒng)重建包含22個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、speko22的原始多聲道系統(tǒng)，保證重建系統(tǒng)中選定的非中心聽音點(diǎn)處的聲場(chǎng)效果與原始系統(tǒng)中中心聽音點(diǎn)處的聲場(chǎng)效果一致，即n＝10、m＝22。。原始多聲道系統(tǒng)中的22個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、speko22被稱為待替換揚(yáng)聲器組，22個(gè)揚(yáng)聲器的原始信號(hào)假設(shè)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ₂₂(ω)，重建多聲道系統(tǒng)中的10個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10被稱為替換揚(yáng)聲器組，10個(gè)揚(yáng)聲器的信號(hào)假設(shè)為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ₁₀(ω)，為待求的信號(hào)。因此本發(fā)明主要利用重建多聲道系統(tǒng)中的10個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10替換原始多聲道系統(tǒng)中的一個(gè)待替換揚(yáng)聲器，最終用重建系統(tǒng)中的10個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10全部替換原始多聲道系統(tǒng)中的22個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、speko22。本實(shí)施例為了處理的方便假設(shè)替換揚(yáng)聲器組和待替換揚(yáng)聲器組均位于同一球面上，實(shí)際上替換揚(yáng)聲器組和待替換揚(yáng)聲器組可以任意擺放，不一定必須位于同一球面上，球面半徑為2米，球面的球心位置為中心聽音點(diǎn)或者最佳聽音點(diǎn)，記為O，三維直角坐標(biāo)為球面的非球心位置為非中心聽音點(diǎn)，記為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為ω表示角頻率。

實(shí)施例采用10個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)重建22.2多聲道系統(tǒng)，擬實(shí)現(xiàn)在重建系統(tǒng)中非中心聽音點(diǎn)處聲場(chǎng)低失真恢復(fù)的過程，參見圖1，實(shí)施例所提供流程包含以下步驟：

步驟1，獲得原始多聲道系統(tǒng)中m個(gè)待替換的揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom分別的位置信息，原始信號(hào)，重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的位置信息，設(shè)中心聽音點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為可將最佳聽音點(diǎn)設(shè)為中心聽音點(diǎn)，非最佳聽音點(diǎn)為非中心聽音點(diǎn)，任意選取一個(gè)非中心聽音點(diǎn)。

設(shè)以中心聽音點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立三維直角坐標(biāo)系XYZ，本發(fā)明采用直角坐標(biāo)形式，如點(diǎn)D的坐標(biāo)(x_D,y_D,z_D)中，x_D表示點(diǎn)D在XOY平面的投影到Y(jié)軸的距離，y_D表示點(diǎn)D在XOY平面的投影到X軸的距離，z_D表示點(diǎn)D到XOY平面的垂直距離。假設(shè)原始多聲道系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的坐標(biāo)分別為：重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的坐標(biāo)分別為：一般對(duì)于球面擺放的多聲道系統(tǒng)，球面的球心即為最佳聽音點(diǎn)，也為中心聽音點(diǎn)，非球心位置為非中心聽音點(diǎn)；而任意擺放的多聲道系統(tǒng)，最佳聽音點(diǎn)位置即為中心聽音點(diǎn)，非最佳聽音點(diǎn)位置即為非中心聽音點(diǎn)。中心聽音點(diǎn)記為O，非中心聽音點(diǎn)記為L(zhǎng)。

設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、spekom的揚(yáng)聲器原始信號(hào)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)為要求解的信號(hào)，記為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)。

假設(shè)本實(shí)施例中，中心點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為本實(shí)施例選定待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、speko22分別位于球O表面的點(diǎn)，參見圖2，揚(yáng)聲器主要分布于高角度Elevation＝45°、0°、-30°處，(高度角表示表示點(diǎn)D與原點(diǎn)O之間連線與XOY平面之間的夾角，水平角表示表示點(diǎn)D與原點(diǎn)O之間連線在XOY平面上的投影與X軸之間的夾角)，坐標(biāo)分別為：假設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、speko22的揚(yáng)聲器原始信號(hào)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ₂₂(ω)。

替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10分別位于球O表面的點(diǎn)，參見圖3，揚(yáng)聲器主要分布于高角度Elevation＝45°、0°、-30°處，坐標(biāo)分別為：替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10的信號(hào)為要求解的信號(hào)，為了后續(xù)處理的方便，假設(shè)它們的最終分配信號(hào)分別為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ₁₀(ω)。

步驟2，計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重。

按照原始多聲道系統(tǒng)中單個(gè)待替換的揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)在中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的聲壓大小和質(zhì)子速度方向與重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn在非中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的聲壓大小和質(zhì)子速度方向相等，原始多聲道系統(tǒng)中單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)在中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子速度大小與重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn在非中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子速度大小的誤差盡可能小的原則，本發(fā)明提出初始分配權(quán)重計(jì)算方案。本實(shí)施例取m＝22，n＝10。

單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)在聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的聲壓p_oh為：

10個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10在聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的聲壓p_rh為：

其中：

表示中心聽音點(diǎn)O的坐標(biāo)

表示非中心聽音點(diǎn)L的坐標(biāo)本實(shí)施例選定

表示原始多聲道系統(tǒng)中待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)的三維直角坐標(biāo)

表示重建多聲道系統(tǒng)中替換揚(yáng)聲器spekrj(j＝1，2，…，10)的三維直角坐標(biāo)(η_jx,η_jy,η_jz)；

G表示在與一個(gè)揚(yáng)聲器單位距離處該揚(yáng)聲器的聲壓與揚(yáng)聲器處產(chǎn)生聲壓之比例系數(shù)；

e為數(shù)學(xué)常數(shù)；

i為虛部單位；

k為波數(shù)，f為聲音信號(hào)頻率；

c為聲音在空氣中的傳播速度；

w_hj表示待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)，j＝1，2，…，10；

κ_h(ω)，h＝1，2，…，22表示揚(yáng)聲器輸入信號(hào)的傅里葉變換。

由p_oh＝p_rh相等，可以得到：

其中：

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_hn)^T，實(shí)施例中為W_h＝(w_h1 w_h2 … w_h10)^T，是信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)w_hj構(gòu)成的向量，T表示矩陣轉(zhuǎn)置。將相應(yīng)計(jì)算結(jié)果作為初始分配權(quán)重。

單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)在聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子速度u_oh為：

10個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10在聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子速度u_rh：

其中：

表示中心聽音點(diǎn)O的坐標(biāo)

表示非中心聽音點(diǎn)L的坐標(biāo)本實(shí)施例選定

表示原始多聲道系統(tǒng)中待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)的三維直角坐標(biāo)

表示重建多聲道系統(tǒng)中替換揚(yáng)聲器spekrj(j＝1，2，…，10)的三維直角坐標(biāo)(η_jx,η_jy,η_jz)；

G表示在與一個(gè)揚(yáng)聲器單位距離處該揚(yáng)聲器的聲壓與揚(yáng)聲器處產(chǎn)生聲壓之比例系數(shù)；

e為數(shù)學(xué)常數(shù)；

i為虛部單位；

k為波數(shù)，f為聲音信號(hào)頻率；

c為聲音在空氣中的傳播速度；

λ為空氣密度；

κ_h(ω)，h＝1，2，…，22表示揚(yáng)聲器輸入信號(hào)的傅里葉變換。

由u_oh＝u_rh相等，可以得到：

表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的矩陣；

H₁表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的向量；

其中：

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_h10)^T，T表示矩陣轉(zhuǎn)置。

在方程(6)中，第一行到第五行分別除以第六行，可以得到：

(7)、(8)、(9)、(10)、(11)式經(jīng)過化簡(jiǎn)可以得到：

t_1,j、t_2,j、t_3,j、t_4,j、t_5,j表示質(zhì)子速度方向衍生變量，j＝1，2，…，10。

其中：

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_h10)^T，T表示矩陣轉(zhuǎn)置。

由式(3)和(12)，可以得到：

AW_h＝B (13)

A表示替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)L處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

B表示待替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)O處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

其中：

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_h10)^T；

T表示矩陣轉(zhuǎn)置。

中心聽音點(diǎn)O處的質(zhì)子速度與非中心聽音點(diǎn)L處的質(zhì)子速度大小的誤差C(w_h1,w_h2,…,w_h10)為：

對(duì)于一個(gè)給定信號(hào)κ_h(ω)，為一個(gè)常數(shù)。因此要使得質(zhì)子速度大小的誤差最小，即使得式(14)中中括號(hào)內(nèi)部式子取值最小即可，令(14)中中括號(hào)內(nèi)部式子為C₂(w_h1,w_h2,…,w_h10)：

則使用重建多聲道系統(tǒng)中10個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10在非中心點(diǎn)處恢復(fù)原始多聲道系統(tǒng)中單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)在中心點(diǎn)處的聲場(chǎng)等價(jià)于求解：

s.t.AW_h＝B

其中，

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_h10)^T；

表示中心聽音點(diǎn)O的坐標(biāo)

表示非中心聽音點(diǎn)L的坐標(biāo)本實(shí)施例選定

表示原始多聲道系統(tǒng)中待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)的三維直角坐標(biāo)表示重建多聲道系統(tǒng)中替換揚(yáng)聲器spekrj(j＝1，2，…，10)的三維直角坐標(biāo)(η_jx,η_jy,η_jz)；

k為波數(shù)，f為聲音信號(hào)頻率；

c為聲音在空氣中的傳播速度；

w_h,j表示待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重，j＝1，2，…，10。

求解方程(16)可采用現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例使用高斯-牛頓算法求解。

不失一般性，計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重，計(jì)算公式如下，

s.t.AW_h＝B

其中，

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_hn)^T；

表示中心聽音點(diǎn)O的坐標(biāo)

表示非中心聽音點(diǎn)L的坐標(biāo)

表示原始多聲道系統(tǒng)中待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)的三維直角坐標(biāo)

表示重建多聲道系統(tǒng)中替換揚(yáng)聲器spekrj(j＝1，2，…，n)的三維直角坐標(biāo)(η_jx,η_jy,η_jz)；

k為波數(shù)，f為聲音信號(hào)頻率；

c為聲音在空氣中的傳播速度；

w_h,j表示待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重，j＝1，2，…，n。

步驟3，將單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)的信號(hào)分別乘以步驟2所得初始分配權(quán)重(即w_h1,w_h2,…,w_hm)后分配到相應(yīng)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn中，刪除待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，m)；

本實(shí)施例中，將待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)的信號(hào)κ_h(ω)(h＝1，2，…，22)乘以替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10初始分配權(quán)重w_h1,w_h2,…,w_h10，即可得到揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10的初始分配信號(hào)，刪除待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)。假設(shè)待替換揚(yáng)聲器spekoh(h＝1，2，…，22)分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekr10初始分配信號(hào)分別為λ_h1(ω)、λ_h2(ω)、…、λ_h10(ω)，則其計(jì)算公式為：

步驟4，計(jì)算得到重建多聲道系統(tǒng)中揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的最終信號(hào)。將步驟3中所得揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn初始分配信號(hào)求和，揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的最終分配信號(hào)λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)的計(jì)算公式為:

其中，j＝1，2，…，n。

本實(shí)施例中按照公式：

其中，j＝1，2，…，10?？梢杂?jì)算得到重建多聲道系統(tǒng)中揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的最終分配信號(hào)λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ₁₀(ω)。

具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明所提供方法可基于軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行流程，也可采用模塊化方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)施例相應(yīng)提供一種聲場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括以下模塊，

第一模塊，用于獲得原始多聲道系統(tǒng)中m個(gè)待替換的揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom分別的位置信息原始信號(hào)κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，重建多聲道系統(tǒng)中n個(gè)替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的位置信息設(shè)中心聽音點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L(zhǎng)，三維直角坐標(biāo)為

設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、spekom的揚(yáng)聲器原始信號(hào)分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)為要求解的信號(hào)，記為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)；

第二模塊，用于計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個(gè)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個(gè)揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重，計(jì)算公式如下，

s.t.AW_h＝B

其中，

A表示替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)L處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

B表示待替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)O處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；

W_h＝(w_h1 w_h2 … w_hn)^T，是信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)w_hj構(gòu)成的向量；w_hj表示待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr j的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)，將相應(yīng)計(jì)算結(jié)果作為初始分配權(quán)重；

表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的矩陣；

H₁表示質(zhì)子速度中間變量構(gòu)成的向量；

第三模塊，用于將單個(gè)待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)分別乘以步驟2所得初始分配系數(shù)后分配到相應(yīng)揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn中，刪除待替換揚(yáng)聲器spekoh，計(jì)算公式如下，

其中，

λ_h1(ω)、λ_h2(ω)、…、λ_hn(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的初始分配信號(hào)；

κ_h(ω)為待替換揚(yáng)聲器spekoh的信號(hào)；

w_h1,w_h2,…,w_hm為待替換揚(yáng)聲器spekoh分配給替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號(hào)分配權(quán)重系數(shù)；

第四模塊，用于計(jì)算得到重建多聲道系統(tǒng)中揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的最終信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式為將步驟3中所得揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn初始分配信號(hào)求和，揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的最終分配信號(hào)λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)的計(jì)算公式為，

其中，j＝1，2，…，n。

各模塊具體實(shí)現(xiàn)可參見相應(yīng)步驟，本發(fā)明不予贅述。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。