[发明专利]一种沉浸式宽带3D声场重放方法

权利要求书

1.一种沉浸式宽带3D声场重放方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1，以扬声器所在墙面的中心位置为原点，建立空间直角坐标系

其中，x轴平行于地面，y轴垂直于地面，z轴垂直于墙面；指定待重放的虚拟声源的坐标位置为s，设所使用的扬声器数最多为N个，在听音区域内选取M个位置进行听音；

步骤2，构建虚拟声源辐射声场

基于格林函数构建全指向性的虚拟声源到听音点的声学传播特征，将该点的格林函数值作为声源在指定区域内辐射声场的声压值；

步骤3，构建扬声器辐射声场

设定N个扬声器的位置，分别计算各扬声器在所有听音点位置处产生的声压值，作为扬声器辐射声场的声压值集合；

步骤4，针对虚拟声源求取扬声器权值向量

通过l₁范数正则化，将虚拟声源辐射声场和扬声器辐射声场加以约束，把扬声器权值的求取问题转换为最小绝对收缩和选择算子问题，并利用交替方向乘子法进行求解，得到重放各虚拟单频声源的一组扬声器权值向量；

步骤5，确定激活扬声器的数量

汇总所有虚拟单频声源对应的扬声器权值向量，保留其中非零项内容，作为重放系统中选定的扬声器；同时去除其中的零项，即未被选择的扬声器；

步骤6，针对待重放声源求取激活扬声器的权值信号

对拟重放声源和所有激活的扬声器重新按照步骤2与步骤3计算待重放声源辐射声场和激活扬声器的辐射声场，并利用l₂范数正则化，在均方最小准则下计算出各个扬声器的权值，在重放中作为扬声器的驱动信号。

2.如权利要求1所述的沉浸式宽带3D声场重放方法，其特征在于：步骤2利用格林函数来表征频率为f_b的虚拟单频声源到第m个听音点的声学传输函数：

其中，k_b＝2πf_b/c为波数；c为空气中的声速，约为340m/s；b为频率索引；s为虚拟单频声源的位置；y_m为第m个听音点的位置，m＝1,2,…,M，考虑宽带语音声场，选择1倍频程从100Hz至16kHz中8个频带的中心频率进行联合优化，即8个频带分别为：88Hz-177Hz、177Hz-355Hz、355Hz-710Hz、710Hz-1420Hz、1420Hz-2840Hz、2840Hz-5680Hz、5680Hz-11360Hz和11360Hz-33720Hz，对应的中心频率分别为125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz和16kHz，故设定f₁＝125Hz,…,f₈＝16kHz，即，b＝1,2,…,8；

所述虚拟声源用于系统设计过程，即：从所有扬声器中选取激活扬声器的过程，激活的扬声器用于声场重放，所重放的声源与虚拟声源位置相同，所述虚拟声源是8个频率分别为f₁,f₂,…,f₈的单频声源，由于虚拟声源具有全指向性，其辐射声场的声压值与格林函数值相等，可记为：

其中，^T代表转置运算；y_m为第m个听音点的位置，m＝1,2,…,M；是频率为f_b的虚拟单频声源在M个听音点处的辐射声场集合，是扬声器阵列待拟合的声场集合。

3.如权利要求1所述的沉浸式宽带3D声场重放方法，其特征在于：步骤3具体为：

首先计算第n个扬声器到第m个听音点处的声学传输函数，如下：

其中，x_n为扬声器阵列中第n个扬声器的坐标，n＝1,2,…,N；则扬声器到所有听音点处的声传输函数集合为：

假定待求取的扬声器权值向量为w_b＝[w_b(1),w_b(2),…,w_b(N)]^T，N是扬声器总数，此时，扬声器辐射声场的声压值集合可表示为：