基于Ambisonics的多区域声场重放方法研究

发布时间：2017-04-09 01:23

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【摘要】：基于球谐函数可以对目标声场进行分解和重构是Ambisonics声重发系统的理论基础。Ambisonics是声场重放的经典方法之一,其可在无需固定听众方位情况下使得多位听众体验同一空间声场。然而,Ambisonics无法针对不同类型听众或是多个方位听众重放不同的空间声场。多区域声场重放旨在无需物理隔离或使用耳机从而给予听众各自独立的听音环境,其可应用于展览中心的环绕声系统、公共环境下的独立扬声器系统、嘈杂环境下设置安静区域等方面。基于此,本文研究基于Ambisonics的三维(3D)空间多区域声场重放方法,以及分析在混响空间下的3D多区域声场重放情况。本文的研究工作主要体现在:(1)本文对基于Ambisonics的3D空间单区域声场重放方法进行了深入研究。基于几种空间单区域重放方法包括模式匹配法、简单源法及连续扬声器阵列假设法,本文给出了扬声器激励信号的求导过程并给出了一般表达形式,实现了空间单区域声场的重放。在空间声场模式匹配法的基础上,针对求解扬声器信号时矩阵求逆引起的病态问题导致听音区重放误差急剧增大,结合遗传算法等数值优化方法,本文提出了一种控制扬声器激励信号的优化方法,解决了求解扬声器信号时矩阵求逆引起的病态问题,从而减小了听音区域的声场重放误差。(2)本文提出了一种自由场下基于Ambisonics的空间多区域声场重放方法。空间多区域声场重放,是对单区域重放的扩展技术。其可针对于不同类型的听众,为不同听众提供单独的视听感受。本文方法采用空间谐波系数的转换方法,基于球贝塞尔函数叠加理论,获得等价的全局声场系数,有效地将多区域声场重放问题转换为单区域声场重放问题,实现了自由场下3D空间多区域声场的有效重放。(3)本文在自由场下的多区域声场重放方法基础上,对混响空间下的声学传递函数(Acoustic Transfer Function,ATF)进行了有效估计,提出了一种混响空间下基于球形扬声器阵列的3D多区域声场重放方法。该方法依据基于球贝塞尔函数的3D空间谐波系数转换理论,将多区域声场重放问题转换为混响空间下的单区域声场重放问题,并运用模式空间理论对ATF进行有效参数化估计,求解扬声器激励信号的最小二乘解,实现了混响空间下的3D多区域声场重放。
【关键词】：声信号处理 声场重放 球谐函数 扬声器阵列
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN643
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.3 研究目标15
• 1.4 研究内容15-16
• 1.5 论文结构16-18
• 第2章 基于Ambisonics的单区域声场重放方法18-42
• 2.1 Ambisonics系统的基本原理18-22
• 2.2 基于Ambisonics的单区域声场重放方法22-33
• 2.2.1 模式匹配法23-25
• 2.2.2 简单源法25-26
• 2.2.3 连续扬声器阵列假设法26-28
• 2.2.4 声场重放仿真实验28-33
• 2.3 基于Ambisonics的单区域声场重放优化方法33-41
• 2.3.1 扬声器激励信号求解33-34
• 2.3.2 扬声器激励信号优化34-38
• 2.3.3 优化方法的声场重放仿真实验38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 基于Ambisonics的空间多区域声场重放方法42-52
• 3.1 空间多区域声场建模42-44
• 3.2 空间球谐系数转换理论44-45
• 3.3 扬声器激励信号求解45-46
• 3.4 声场重放仿真实验46-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 混响空间的 3D多区域声场重放方法52-68
• 4.1 混响声场52-58
• 4.1.1 声学传递函数53-54
• 4.1.2 镜像模型54-58
• 4.2 混响空间的 3D多区域声场重放方法58-63
• 4.2.1 混响空间的多区域声场建模58-60
• 4.2.2 混响空间的球谐系数转换理论60
• 4.2.3 混响空间的声学传递函数60-62
• 4.2.4 扬声器激励信号求解62-63
• 4.3 声场重放仿真实验63-66
• 4.4 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文76-78
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目78-80
• 致谢80-81

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本文编号：294149