一種帶方位傳感器耳機(jī)及其3d聲場還原方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電聲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶方位傳感器耳機(jī)及其3D聲場還原方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的3D聲場是混音師通過影視作品或者音樂的需求，加入3D聲場，讓人們被動(dòng) 的欣賞3D聲場，此3D聲場只是考慮了靜態(tài)，也就是人頭部固定的情況，缺少了動(dòng)態(tài)3D聲 場。但在現(xiàn)實(shí)中人們所聽到的聲音并不是一成不變的，而是隨著我們的移動(dòng)、聲源與人耳相 對位置的不斷變化而做著相應(yīng)的即時(shí)變化，同時(shí)3D聲源本身也是根據(jù)用戶或者實(shí)際需求 不斷變化的，就是我們所說的"動(dòng)態(tài)"3D聲場還原方法。當(dāng)人們對音樂的現(xiàn)場感和動(dòng)態(tài)聲場 需求不斷提高，人們需要主觀的調(diào)整3D聲場并與其動(dòng)作情緒相匹配，如何讓用戶自由實(shí)時(shí) 地產(chǎn)生動(dòng)態(tài)3D聲場效果，是本發(fā)明所要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決用戶希望能夠自由實(shí)時(shí)地產(chǎn)生動(dòng)態(tài)3D聲場效果的需求，本發(fā)明提供一 種帶方位傳感器耳機(jī)及其3D聲場還原方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種帶方位傳感器的3D聲場還原方法，包括：
[0006] 設(shè)定虛擬3D聲源的參數(shù)，得到聲源信號；
[0007] 通過實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針的參數(shù)信息，來獲 得耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息；
[0008] 依據(jù)耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息和虛擬3D聲源的輻射特性，計(jì)算虛擬 3D聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)；
[0009] 將虛擬3D聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算虛擬3D聲源的雙耳傳 遞函數(shù)；
[0010] 將虛擬3D聲源的雙耳傳遞函數(shù)與虛擬3D聲源的聲源信號進(jìn)行卷積，得到重構(gòu)的 3D聲場信號。
[0011] 優(yōu)選的，所述虛擬3D聲源的參數(shù)包括虛擬3D聲源所處空間的尺寸和虛擬3D聲源 所處空間材料的吸聲系數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步的，在實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針的參數(shù)信 息步驟之前，還包括對方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述陀螺儀用于測量耳機(jī)的動(dòng)態(tài)角速度，所述加速度計(jì)用于測量耳機(jī) 的靜態(tài)傾角和加速度信息，所述指南針用于校準(zhǔn)耳機(jī)的方向。
[0014] 其中，所述虛擬聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)通過實(shí)時(shí)計(jì)算獲得。
[0015] -種帶方位傳感器的耳機(jī)，所述耳機(jī)包括微處理器單元，所述耳機(jī)還包括方位傳 感器組，所述方位傳感器組包括陀螺儀，加速度計(jì)和指南針，所述微處理器單元包括：
[0016] 虛擬3D聲源設(shè)定模塊，用于設(shè)定虛擬3D聲源的參數(shù)，得到聲源信號；
[0017] 物理位置信息獲取模塊，用于通過實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速度 計(jì)和指南針的參數(shù)信息，來獲得耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息；
[0018] 計(jì)算模塊，用于依據(jù)耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息和虛擬3D聲源的輻射 特性，計(jì)算虛擬3D聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)，以及用于將虛擬3D聲源的直達(dá)聲函數(shù) 和混響聲函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，來計(jì)算虛擬3D聲源的雙耳傳遞函數(shù)；
[0019] 3D聲場信號獲取模塊，用于將虛擬3D聲源的雙耳傳遞函數(shù)與虛擬3D聲源的聲源 信號進(jìn)行卷積，得到重構(gòu)的3D聲場信號。
[0020] 進(jìn)一步的，在物理位置信息獲取模塊實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速 度計(jì)和指南針的參數(shù)信息之前，還包括對方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針進(jìn)行 校準(zhǔn)。
[0021] 進(jìn)一步的，所述陀螺儀用于測量耳機(jī)的動(dòng)態(tài)角速度，所述加速度計(jì)用于測量耳機(jī) 的靜態(tài)傾角和加速度信息，所述指南針用于校準(zhǔn)耳機(jī)的方向。
[0022] 其中，所述物理位置信息包括虛擬3D聲源到耳機(jī)位置之間的水平夾角和仰角，虛 擬3D聲源到耳機(jī)位置的距離。
[0023] 優(yōu)選的，所述耳機(jī)還包括接收模塊，用于接收移動(dòng)終端設(shè)備的傳感器信息。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：
[0025] 本發(fā)明提供一種帶方位傳感器耳機(jī)及其3D聲場還原方法，設(shè)定虛擬3D聲源的參 數(shù)，得到聲源信號；通過實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針的參數(shù)信 息，來獲得耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息；依據(jù)耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信 息和虛擬3D聲源的輻射特性，計(jì)算虛擬3D聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)；將虛擬3D聲 源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算虛擬3D聲源的雙耳傳遞函數(shù)；將虛擬3D聲源 的雙耳傳遞函數(shù)與虛擬3D聲源的聲源信號進(jìn)行卷積，得到重構(gòu)的3D聲場信號。依照本發(fā) 明提供的方法能夠?qū)崿F(xiàn)自由實(shí)時(shí)地產(chǎn)生動(dòng)態(tài)3D聲場，滿足人們對音樂的現(xiàn)場感和動(dòng)態(tài)聲 場的體驗(yàn)需求。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 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(shí)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(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0027] 圖1是本發(fā)明一種帶方位傳感器耳機(jī)的3D聲場還原方法的流程圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明一種帶方位傳感器耳機(jī)的3D聲場還原方法的球空間直達(dá)聲和兩次 反射聲傳遞函數(shù)聲學(xué)路徑的幾何示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明一種帶方位傳感器的耳機(jī)與虛擬聲源坐標(biāo)幾何示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明一種帶方位傳感器的耳機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明一種帶方位傳感器的耳機(jī)的方位傳感器組組成結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行描述，顯 然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí) 施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬 于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033] 如圖1所示，其為本發(fā)明一種帶方位傳感器的3D聲場還原方法的流程圖。
[0034] 在步驟101中，設(shè)定虛擬3D聲源的參數(shù)，得到聲源信號。
[0035] 這些參數(shù)包括虛擬3D聲源所處空間的尺寸和虛擬3D聲源所處空間材料的吸聲系 數(shù)。為了提高運(yùn)算效率，我們建立模型如圖2所示，我們把實(shí)際的空間或房間假想成一個(gè)密 閉的球空間10,佩戴耳機(jī)1的聽音者在球空間10的球心位置（即耳機(jī)1亦代表聽音者，在 球空間10的球心位置），密閉球空間10的半徑為L。其中，虛擬3D聲源所處空間材料的吸 聲系數(shù)設(shè)為α。
[0036] 其中，虛擬3D聲源的位置信息可以是人為在后期制作虛擬得到的，也可以是錄制 過程中記錄下來的實(shí)際聲源運(yùn)動(dòng)軌跡。在虛擬3D聲源的錄音過程中，虛擬3D聲源與附有 若干傳感器的設(shè)備綁定，傳感器包括陀螺儀、加速度計(jì)和指南針，這些傳感器與錄音設(shè)備同 步記錄信息，包括但不限于聲音錄制時(shí)刻虛擬3D聲源所處的位置及其指向特性，其中指向 特性用于設(shè)置虛擬3D聲源全空間輻射聲音的方向性，即對各方向和各頻帶的聲信號作用 相應(yīng)的增益控制，該增益控制最終體現(xiàn)在傳遞函數(shù)的增益控制。
[0037] 在步驟102中，通過實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針的 參數(shù)信息，來獲得耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息。
[0038] 通過實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組3的陀螺儀31、加速度計(jì)33和指南針33的參數(shù) 信息，參數(shù)信息包括動(dòng)態(tài)角速度、加速度和方向。在方位傳感器組3中，陀螺儀31用于測量 耳機(jī)1的動(dòng)態(tài)角速度，加速度計(jì)32用于測量耳機(jī)1的靜態(tài)傾角和加速度信息，指南針33用 于校準(zhǔn)耳機(jī)1的方向，以消除累計(jì)誤差。
[0039] 具體的，在建立模型中，當(dāng)佩戴耳機(jī)1的聽音者相對于聲源5進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生 位移和加速度，其中加速度包括角加速度和運(yùn)動(dòng)方向的加速度，角加速度是描述佩戴耳機(jī)1 的聽音者相對于虛擬3D聲源5角速度的大小和方向?qū)r(shí)間變化率的物理量，加速度是描述 佩戴耳機(jī)1的聽音者相對于虛擬3D聲源5在運(yùn)動(dòng)方向上速度的大小對時(shí)間變化率的物理 量。
[0040] 優(yōu)選的，在實(shí)時(shí)獲取耳機(jī)方位傳感器組3的陀螺儀31、加速度計(jì)32和指南針33的 參數(shù)信息步驟之前，還包括對方位傳感器組3的陀螺儀31、加速度計(jì)32和指南針33進(jìn)行校 準(zhǔn)。
[0041] 具體的，獲得佩戴耳機(jī)1的聽音者相對虛擬3D聲源5的物理位置信息是微處理器 2通過方位傳感器組3提供的參數(shù)信息，利用微積分原理，通過對動(dòng)態(tài)角速度和加速度的積 分計(jì)算得出的。其中佩戴耳機(jī)1的聽音者相對于虛擬3D聲源5的物理位置信息包括：虛擬 3D聲源5到佩戴耳機(jī)1的聽音者位置之間的水平夾角Θ和仰角爐:，虛擬3D聲源5到佩戴 耳機(jī)1的聽音者位置的距離r。
[0042] 具體的，Θ為虛擬3D聲源5到佩戴耳機(jī)1的聽音者之間連成的線與正北方向在 水平面上的投影的夾角，P為虛擬3D聲源5到佩戴耳機(jī)1的聽音者之間連成的線與水平面 的夾角，r為虛擬3D聲源5到佩戴耳機(jī)1的聽音者位置的距離，其中佩戴耳機(jī)1的聽音者以 聽音者的中點(diǎn)為參考。其中Θ的取值范圍是[0,360° ]，妒的取值范圍是[-90°，90° ]， r的取值范圍是[0, L]。如圖3所示。
[0043] 所述虛擬3D聲源的輻射特性由虛擬3D聲源播放設(shè)備的頻響決定，設(shè)為函數(shù)T。
[0044] 在步驟103中，依據(jù)耳機(jī)相對虛擬3D聲源的物理位置信息和虛擬3D聲源的輻射 特性，計(jì)算虛擬3D聲源的直達(dá)聲函數(shù)和混響聲函數(shù)。
[0045] 依據(jù)耳機(jī)1相對虛擬3D聲源5的物理位置信息和虛擬3D聲源的輻射特性T，通過 人頭傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可獲得人耳在自由場中對各個(gè)方向信