不同应用场景下的空间声场重放技术研究

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声场重建技术因能在指定空间内精确重建目标声场,而逐渐成为近年来信号处理研究的热点。实际应用场景中对声场重放技术的要求也干差万别,如:特定区域重放、多区域重放和近场声源重放等,这便需要多种声场重放技术与之相对应。此外,声场重放时存在的三维发声源与二维重建声场间的维数不匹配现象(即,维度失配问题)也是声场重放中面临的一个关键问题。  针对上述问题,本文基于高阶Ambisonics系统开展工作,研究多种适用于不同场景的声场重放方法。  本文主要的研究成果和创新点主要包括以下4个方面  (1)针对全向型扬声器阵列存在利用率低的缺点,本文基于谐波分析理论和球汉克尔函数的附加性质,设计了一种改进的3D高阶扬声器模型。并将此扬声器引入到二维水平面声场重放中,建立三维声源(点声源或高阶扬声器)和二维重建声场之间的对应关系,提出了一种基于高阶扬声器的2.5D声场重放方法,解决了声源与重建声场间维度不匹配问题,实现了水平面声场的有效重放;  (2)由于实际重放环境中存在着障碍物,声场重放时扩散到阵列外的声波经过墙面反射后会传播到听音区内,严重影响的内部声场重建。针对此问题,本文在研究阵列外声场能量消除策略基础上,提出了一种阵列内外区域联合控制2.5D声场重放方法。该方法可以有效地抑制扬声器阵列区域以外的声场能量,从而降低墙面反射对阵列区域内声场的影响;  (3)考虑到在空间不同区域重放出不同的声场景具有明显的应用优势,本文基于不同坐标系下柱谐系数转换理论,提出了一种基于不同扬声器模型的多区域声场重放方法。仿真实验结果表明,本文所提方法在保证各个听音区域(重放区域)具有较高重放质量的同时,有效降低重放系统整体所需要的扬声器数量;  (4)针对目标虚拟声源位于扬声器阵列区域内的重放问题,本文在分析近场失真产生原因的基础上,设计了一种对称S型函数(Symmetry SigmoidRegularization Function,SSRF)来抑制Ambisonics中高阶谐波分量造成的高能量,并将其引入高阶Ambisonics系统中,提出了一种基于SSRF函数的近场声源重放方法。实验结果表明,相比较于现有近场重建方法而言,本文所提方法可以明显消除近场失真,在更大区域内获得很好的重建质量。
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