CN102611979B - 三维空间声场快速分析方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机声学辅助设计技术领域，具体是一种三维空间声场快速分析方法和装置。该方法包括以下步骤：S10：建立长方体形状的三维声场模型，生成六个辅助听音面；S20：确定音箱位置，并生成至少一个穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面的参考听音面，执行步骤S30或步骤S40；S30：在辅助听音面上确定两个参考点，并确定两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；执行步骤S40；S40：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。本发明使得设计人员可以快速地定义扩声系统设计所需的大部分三维听音面，从而为节奏快、时间紧的扩声系统音源布置设计提供有力的支持。

Description

三维空间声场快速分析方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机声学辅助设计技术领域，具体是一种三维空间声场快速分析方法和装置。

背景技术

利用计算机对厅堂建声和扩声系统声学特性进行辅助设计的实用化软件源于20世纪80年代中期的美国。经过近30年的发展，目前国际上采用最广泛的是德国ADA声学设计公司在90年代初期开始开发的通用数据库设计软件EASE。其后，EAW、EV、TurboSound、MayerSound、RCF等公司都推出了自己的音箱位置、厅堂建声设计软件。这些软件中有三维的分析软件，如EASE；也有二维的分析软件，如MayerSound的MAPP。

但是，计算机声学分析软件不过是一个设计、模拟的工具，其只是利用所提供的参数信息计算出结果。换句话说，虽然能显示出音箱摆放位置在环境中的效果，但并不能分析出摆放在何处最合理。因此工程师需要对各个厂商不同型号音箱的声学特性进行了解，才能够设计出较为合理的扩声系统方案。为了掌握各种音箱的声学特性，也可以采用上述声学分析软件对音箱进行分析。

对于三维分析软件，用于声场辅助分析时，首先要建立三维声场模型，然后在声学模型中再建立音箱和三维听音面。以上工作完成后，方可在听音面上生成声压级分布等声场分析图片，操作流程如图1所示。虽然这种软件可以分析三维空间的声场效果，但是对于某些需要快速分析设计音箱布置的场合，或者是需要分析某型号音箱或某音源的空间声场特性等要求在短时间内得出分析结果的场合，这种软件的操作，尤其是为创建能够满足分析需要的三维听音面的操作比较麻烦，会浪费较多的准备时间。以EASE软件为例，虽然听音面可以在三维声场模型某个或某几个面的基础上生成，但是由于三维声场模型各个面是固定的，若工程人员希望了解更多三维空间内其他位置听音面的声场效果，则需要通过创建听音面各个三维空间点(在EASE软件中逐个输入顶点的坐标)来生成听音面。

对于二维分析软件，用于声场辅助分析时，只需输入二维平面的长度和宽度，并定位音箱的位置后，即可生成音箱的平面声压级分布等声场预测图片，操作流程如图2所示。虽然该类型分析软件所需准备的操作较少，分析的效率较高，但是这种二维分析软件只能提供音箱所在水平面或垂直面的的声压级分布等声场分析，并不能提供空间内其它平面(未包含音箱位置平面)的声场分析，因此对于需要进行三维空间声场分析的场合并不适用。

总而言之，提供一种操作简单，尤其是建立三维听音面的操作比较简单，具有较高分析效率，适合快速进行三维空间声场分析场合的声场分析(测试)方法和装置是一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种操作简单，尤其是建立三维听音面的操作比较简单，具有较高分析效率，适合快速进行三维空间声场分析场合的声场分析方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的三维空间声场快速分析方法，包括以下步骤：

S10：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面；

S20：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面；执行步骤S30或步骤S40；

S30：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面相对的辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；执行步骤S40；

S40：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。

改进之一：在步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面或左侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面。

改进之二：在步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面。

改进之三：在步骤S20中生成的所述参考听音面为矩形；在步骤S30中生成的所述参考听音面为矩形。

改进之四：在步骤S20中，所述参考听音面的四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上。

为解决上述技术问题，本发明采用的三维空间声场快速分析装置包括：

三维模型建立模块：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面；

音箱位置确定模块：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面；并根据用户指令，执行三维听音面快速生成模块或听音面分析模块；

三维听音面快速生成模块：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面的相对辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；

听音面分析模块：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。

改进之一：所述音箱位置确定模块生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面或左侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面。

改进之二：所述音箱位置确定模块生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面。

改进之三：所述音箱位置确定模块生成的所述参考听音面为矩形，所述三维听音面生成的所述参考听音面为矩形。

改进之四：所述参考听音面的四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上。

与现有技术相比，有益效果是：本发明的方法和装置确定了至少七个听音面，而且还可以通过辅助听音面上选定两个参考点的方式快速地生成各个倾斜角度的三维听音面。因此本发明可以简单、快速地定义扩声系统设计所需的绝大部分三维听音面，并在该面上生成的声场分析图(例如直达声声压级分布图)，可以避免现有三维声场分析方法操作麻烦，耗时较多的技术问题，从而为节奏快、时间紧的扩声系统音源布置设计提供有力的支持。

附图说明

图1是现有三维声场分析方法的流程示意图；

图2是现有二维声场分析方法的流程示意图；

图3是实施例一的分析方法的流程示意图；

图4是实施例二的三维声场模型示意图；

图5是实施例二生成的音箱所在水平面和垂直面示意图；

图6是实施例二在左侧面上选取两点的示意图；

图7是实施例二生成的第三参考听音面示意图；

图8是实施例二生成的第三、第四参考听音面示意图；

图9是实施例二的声场分析效果图之一；

图10是实施例二的声场分析效果图之二；

图11是实施例三的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

实施例一

本实施例提出了一种三维空间声场快速分析方法。如图3所示，该方法包括以下步骤：

S10：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面。

S20：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面(例如可以生成一个垂直于顶面的参考听音面，或同时生成两个垂直于顶面的参考听音面，又或生成分别垂直于顶面和侧面的两个参考听音面等等。总之所生成的参考听音面需要穿过音箱位置，并垂直于三维声场模型的某个面)；执行步骤S30或步骤S40。

S30：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面相对的辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；执行步骤S40。

S40：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。这里的听音面既可以是三维声场模型的六个辅助听音面，也可以是确定音箱位置后生成的参考听音面，还可以是通过辅助听音面上确定两个参考点后生成的参考听音面。

通过三维声场模型的六个听音面和根据音箱位置生成的参考听音面，已经可以大致了解和判断音箱的空间声场特性。若再加上根据辅助听音面上确定的两个参考点所生成的参考听音面，还可以进一步了解音箱在任意角度平面内的声场特性。

实施例二

本实施例提出了另一种三维空间声场快速分析方法。本实施例二与上述实施例一的基本原理是类似的，然而两者的不同之处在于：

首先，本实施例二在步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的左侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面。在本实施例中，该长方体形状的三维声场模型包括4个侧面，分别是前侧面、后侧面、左侧面和后侧面。在步骤S20中生成的这两个参考听音面相当于将三维声场模型分割成4个小的长方体。由此一来，这两个参考听音面加上长方体形状三维声场模型所确定的六个辅助听音面，基本形成了大致能够分析出音源的空间声场分布所需的三维听音面，使技术人员可以快速识别和判断音源的空间声场特性，为改进音源结构设计或扩声系统的音源布置设计提供有价值的参考。

其次，本实施例步骤S20中所生成的参考听音面为矩形，其四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上；并且在步骤S30中，所生成的参考听音面也是矩形。

下面进一步结合附图4至10，对本实施例二作详细说明。

第一步，根据长、宽、高三个数据，建立一个如图4所示的三维声场模型空间。图4中a、b、c、d、e、f、g、h分别是该模型的八个三维点，这八个三维点确定了六个面，分别定义为前侧面abfe、后侧面dcgh、左侧面bcgf、右侧面adhe、顶面abcd、底面efgh。

第二步，选择某一型号的音箱，输入音箱的三维坐标数据，音箱定位在S点，如图5所示。此时，模型空间i、j、k、l、m、n、o、p八个三维点的位置确定，由i、j、k、l四个点组成的面确定，为音箱S所在的水平面(平行于顶面)，由m、n、o、p四个点组成的面确定，为音箱S所在的垂直面(平行于前侧面)。这时，已经可以确定的面有八个，分别是前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面，音箱所在垂直面(第一参考听音面)、音箱所在水平面(第二参考听音面)。

第三步，选择听音面，上述第一步和第二步所确定的八个面作为声场辅助分析的听音面，供生成声压级分布等声场分析图。

如果需要生成更多的听音面，可以通过以下方法建立听音面：选择三维声场模型所确定的任意一个辅助听音面作为辅助输入面。例如选择b、c、g、f四个点所形成的前侧面作为辅助输入面，如图6所示，在该左侧面上确定两个参考点P1和P2，然后根据对应关系在右侧面自动生成两个对应参考点P1’、P2’。此时P1、P2、P1’、P2’四个点的空间位置确定，由P1、P2、P1’、P2’所确定的面(第三参考听音面)也确定(参见图7)。如图8所示，可以同样地方法快速生成P3、P4、P3’、P4’四个点，以及由该四个点确定的面(第四参考听音面)。然后再选择所需的听音面进行声场分析。

图9、图10为本实施例的声场分析效果图。图8中选取的听音面为底面、音箱所在的垂直面以及右侧面。图10选取的听音面为两个倾斜的三维参考听音面。对于扩声系统的工程师或设计师而言，采用本实施例的方法可以简单、快速地定义扩声系统设计所需的绝大部分三维听音面，并在该面上生成的声场分析图(例如直达声声压级分布图)，可以避免现有三维声场分析方法操作麻烦，耗时较多的技术问题，从而为节奏快、时间紧的扩声系统音源布置设计提供有力的支持。

此外，在本实施例中的步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面可以采取不同于上述方式的设置方式，例如其中一个平行于所述三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面；或者是其中一个平行于三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面。

实施例三

本实施例提出了一种三维空间声场快速分析装置，该装置包括：

三维模型建立模块：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面。

音箱位置确定模块：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面；并根据用户指令，执行三维听音面快速生成模块或听音面分析模块。

三维听音面快速生成模块：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面的相对辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，然后根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面。

听音面分析模块：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。

在本实施例中，所述音箱位置确定模块生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的左侧面(音箱位置所在的垂直面)，另一个平行于所述三维声场模型的顶面(音箱位置所在的水平面)。另外，这两个参考听音面也可以采用设置方式：两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面，而另一个则平行于所述三维声场模型的顶面；或者是，其中一个平行于三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面等等。

此外，为方便计算，所述音箱位置确定模块生成的所述参考听音面为矩形，其四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上。而且所述三维听音面生成模块生成的所述参考听音面也为矩形。

Claims (10)

1.一种三维空间声场快速分析方法，其特征在于包括以下步骤：

S10：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面；

S20：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面；执行步骤S30或步骤S40；

S30：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面相对的辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；执行步骤S40；

S40：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图，所述听音面为辅助听音面和/或参考听音面。

2.根据权利要求1所述的三维空间声场快速分析方法，其特征在于，在步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面或左侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面。

3.根据权利要求2所述的三维空间声场快速分析方法，其特征在于，在步骤S20中，根据所述音箱位置生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面。

4.根据权利要求1至3任一所述的三维空间声场快速分析方法，其特征在于，在步骤S20中生成的所述参考听音面为矩形；在步骤S30中生成的所述参考听音面为矩形。

5.根据权利要求4所述的三维空间声场快速分析方法，其特征在于，在步骤S20中，所述参考听音面的四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上。

6.一种三维空间声场快速分析装置，其特征在于包括：

三维模型建立模块：根据长、宽、高数据建立长方体形状的三维声场模型，生成前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面、底面六个辅助听音面；

音箱位置确定模块：确定音箱位置，并生成至少一个参考听音面，参考听音面穿过该音箱位置并垂直于该三维声场模型的某个面；并根据用户指令，执行三维听音面快速生成模块或听音面分析模块；

三维听音面快速生成模块：在辅助听音面上确定两个参考点，并在该辅助听音面的相对辅助听音面上确定与该两个参考点相对的两个对应参考点的坐标，并根据该两个参考点和该两个对应参考点生成参考听音面；

听音面分析模块：选定的一个或多个听音面，生成二维声场分析图。

7.根据权利要求6所述的三维空间声场快速分析装置，其特征在于，所述音箱位置确定模块生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面或左侧面，另一个平行于所述三维声场模型的顶面。

8.根据权利要求6所述的三维空间声场快速分析装置，其特征在于，所述音箱位置确定模块生成两个参考听音面，这两个参考听音面中的一个平行于所述三维声场模型的前侧面，另一个平行于所述三维声场模型的左侧面。

9.根据权利要求6至8任一所述的三维空间声场快速分析装置，其特征在于，所述音箱位置确定模块生成的所述参考听音面为矩形，所述三维听音面生成的所述参考听音面为矩形。

10.根据权利要求9所述的三维空间声场快速分析装置，其特征在于，所述参考听音面的四个顶点分布在所述三维声场模型的棱边上。