用于非球面扬声器阵列的三维音频信号生成方法及系统

摘要

本发明提供用于非球面扬声器阵列的三维音频信号生成方法及系统，创造性的针对大多数家庭或影院等所处环境，即非球面环境布置扬声器阵列，输入现有环境布置的扬声器的位置信息，需要模拟的虚拟声源的位置信息和声源信号，将位置转换为相对于原点的坐标；根据转换后的扬声器坐标和虚拟声源坐标进行分析选取，选择一至三个扬声器，将扬声器映射到以坐标原点为球心、以选定扬声器距坐标原点最短距离为半径形成的球面上形成虚拟扬声器，计算虚拟扬声器的增益，再基于声音传播的衰减规律，将虚拟扬声器的增益推导至原始的实际的扬声器，以达到使用增益后的声音信号重建虚拟声源的目的。

主权项

一种用于非球面扬声器阵列的三维音频信号生成方法，其特征在于，执行以下步骤：步骤1，输入现有环境布置的扬声器的位置信息，需要模拟的虚拟声源的位置信息和声源信号；步骤2，根据输入的扬声器的位置信息和虚拟声源的位置信息，以听音点为原点建立三维坐标系，对于扬声器阵列，将各个扬声器的位置转换为相对于原点的坐标，对于需要模拟的虚拟声源，计算虚拟声源的方位，将设定的虚拟声源的位置转换为相对于原点的坐标；步骤3，根据转换后的扬声器坐标和虚拟声源坐标进行分析选取，如果虚拟声源P坐标在某一扬声器与坐标原点的连线上，则选择该扬声器，提取选择的扬声器坐标和虚拟声源坐标；如果虚拟声源P坐标在某两个扬声器坐标的连线与原点形成的平面上，则选择这两个扬声器，提取选择的扬声器坐标和虚拟声源坐标；如果声源坐标不符合上述情况，计算扬声器与虚拟声源的方向关系，选择与虚拟声源同方向的三个扬声器；步骤4，计算各扬声器的增益因子，对于选定三个扬声器的情况，以选定的扬声器与原点距离中的最短距离为半径形成球面，将不在此球面上的扬声器映射到该球面上形成虚拟扬声器，根据基于矢量的幅度平移公式计算虚拟扬声器的增益因子g₁，然后基于声音传播的衰减规律，将虚拟扬声器的增益推导至原始实际的扬声器得到最终的增益因子g₂，所述基于矢量的幅度平移公式如下，$g_1=p^t{L}_{123}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}{p}_1& p_2& p_3\end{array}\right]{\left[\begin{array}{ccc}{l}_{11}& l_{12}& l_{13}\\ l_{21}& l_{22}& l_{23}\\ l_{31}& l_{32}& l_{33}\end{array}\right]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}& g_{\mathrm{12}}& g_{\mathrm{13}}\end{array}\right]$其中，g₁₁,、g₁₂、g₁₃分别为三个选定扬声器的增益，g₁＝[g₁₁ g₁₂ g₁₃]；记l₁、l₂、l₃为三个选定扬声器相对听音点的坐标，l_i＝[l_i1 l_i2 l_i3]，i＝1,2,3；定义矩阵L₁₂₃＝[l₁,l₂,l₃]^T，p＝[p₁,p₂,p₃]^T为虚拟声源坐标；设虚拟声源距原点距离为d₀，三个选定扬声器L₁、L₂、L₃距原点距离为d₁、d₂、d₃，增益因子g₂计算公式如下，$g_2=\frac{1}{\sqrt{d_0}}\left[\begin{array}{ccc}\sqrt{d_1}& \sqrt{d_2}& \sqrt{d_3}\end{array}\right]$对于选定两个扬声器的情况，以选定的扬声器与原点距离中的最短距离为半径形成球面，将不在此球面上的扬声器映射到该球面上形成虚拟扬声器，令设选定的两个扬声器相对听音点的坐标为l₁、l₂，l₃＝[l₃₁ l₃₂ l₃₃]＝[0 0 0]，根据基于矢量的幅度平移公式计算虚拟扬声器的增益因子g₁；设选定的两个扬声器距原点距离为d₁、d₂，距离d₃＝0，采用增益因子g₂计算公式计算得到增益因子g₂；对于只选定一个扬声器的情况，增益因子g₁＝1，设选定的扬声器距原点距离为d₁，距离d₂＝d₃＝0，采用增益因子g₂计算公式计算得到增益因子g₂；步骤5，对输入的声源信号进行分析，并将输入的声源信号转换为系统可以使用的系统声源信号；步骤6，将系统声源信号和选定扬声器的增益因子g₂做运算后分配至所选择的扬声器上，所选择的扬声器发声对虚拟声源进行模拟。