[发明专利]一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法

权利要求书

1.一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建多排扬声器阵列；

S2、根据波束投射的反射直达比设置多排扬声器阵列参数；

S3、根据阵列重放的频带范围对输入的音源信号进行分频处理，并得到各阵列对应的频带信号；

S4、根据阵列灵敏度计算步骤S3中得到的不同频带信号之间的衔接增益；

S5、将步骤S3中得到的不同频带信号馈给对应的多排扬声器阵列；

S6、设置波束投射的角度以及波束投射所需的单元延时和增益；

S7、根据各通路的声程，对各通路做相应的增益和延时的调节；

步骤S2中，根据人耳听觉前向掩蔽的特性，波束投射的反射直达比大于9dB；

步骤S2中，首先确定构建的多排扬声器阵列的扬声器单元个数、扬声器单元间隔，然后计算每个阵列在全频带的反射直达比，再根据波束投射的反射直达比的要求确定各阵列的重放的频带；

步骤S6中，音源信号类型包括立体声通路音源和5.1通路音源；

步骤S6中，根据重放房间尺寸、倾听者位置和音源信号类型设置波束投射的角度以及波束投射所需的单元延时和增益，具体如下：

对于5.1通路音源类型，有L,R,C,LS,RS五个全频带通路信号，根据重放房间的尺寸，倾听者位置以及阵列位置决定的；设重放房间的水平尺寸为X₀,Y₀，阵列的中心位置为(x_S,y_S)，倾听者的坐标为(x_F,y_F)，L和R通路的反射点坐标分别为(x_L,0)，(x_R,Y₀)，LS和RS通路的两次反射点坐标分别为(x_LS,0)，(X₀,y_LS’)和(x_RS,Y₀)，(X₀,y_RS’)；对于L通路有：

θ_L表示L通路的波束投射角度；

对于LS通路有：

θ_LS表示LS通路的波束投射角度；

R通路的反射点推导与L通路类似，RS通路的推导与R通路类似；

计算得到各通路的波束投射角度后，进而得到各通路的波束投射所需的单元延时和增益；

对于立体声通路音源类型，只有L,R两个全频带通路信号，其处理方式和5.1通路音源类型的L,R通路一样；

步骤S6中，采用延时和的算法形成波束，对于单位间距为d，单元数为N的等间距线性多排扬声器阵列，为了产生θ方向的波束，第i个单元需要的延时t_i为：

其中，i∈[1,N]，c₀表示声速。

2.根据权利要求1所述的一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法，其特征在于，步骤S1中，根据需求构建多排扬声器阵列，包括低频扬声器阵列的长度L，以及高频扬声器阵列的间距d，具体如下：

其中，f_L和f_H分别为不能形成波束的低频截止频率和高频混叠频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法，其特征在于，步骤S3中，采用二阶的IIR滤波器进行分频。

4.根据权利要求1所述的一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法，其特征在于，步骤S4中，根据扬声器阵列的灵敏度，计算不同频带信号之间的衔接增益，具体如下：

设多排扬声器阵列中有M个扬声器阵列，第j个扬声器阵列的灵敏度为S_j，j＝1，2，……,M，以第一个扬声器阵列的灵敏度为基准，则第j个扬声器阵列的衔接增益为：

其中，j∈[1,M]，g_j表示第j个扬声器阵列的衔接增益。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于高低分频多扬声器阵列的波束投射方法，其特征在于，步骤S7中，根据各通路的声程，对各通路做相应的增益和延时的调节，具体如下：

设有Q个通路，第k个通路声程记为L_k，其需要调节的增益和延时分别记为A_k和τ_k，k＝1，2，……,Q；以声程最大的通路为基准，则有L_max＝max{L₁,L₂,…,L_k}，则第k个通路的衔接增益A_k和延时τ_k分别为：

其中c₀表示声速。