CN104469595A - 一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于误差模型的多区域声重放方法，包括：布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，所述明区是需要产生某独立音源的区域，暗区是所有不需要产生某独立音源的区域；对扬声器频响误差进行概率分布建模；根据误差分布模型，分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达式和明区中的频率响应一致性约束表达式；按照频率响应一致性约束的时域声能量对比控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。相比于常规方法，本发明方法可以有效降低扬声器频响误差引入的对比度性能下降的影响，提升装置的鲁棒性和可靠性。

Description

一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置

技术领域

本发明涉及声学领域，特别涉及一种基于误差模型的多区域声重放方法和装置。

背景技术

近年来，随着科技的飞速发展和生活水平的提高，汽车在人们的生活中也占据着越来越重要的位置，用户也越来越重视车内的声环境。如今车内经常会充满各式各样的声音，诸如音乐声、导航语音、电话声、警告声等。通常车内不同的人想听不同的声音，例如驾驶员想听导航语音和警告声，坐在后排座位的乘客可能想听音乐声。在一些家庭影院应用中也存在不同区域的用户想听不同声音的问题，或者由于听力阈值不一样，不同的用户希望能听到不同音量的声音。在博物馆等展览区域，展品之间的声音不能相互干扰，即在不同的展览品面前只能出现跟此展品相关的声音，从而提高用户体验感。同样，餐厅也需要在不同的区域产生不同的背景音乐，满足客户不同的爱好。在上述场景中，现有的音响系统无法在不同的区域内产生独立的音源，不能满足用户需求。虽然通过佩戴耳机可以解决各个区域声音相互干扰的问题，但是长时间佩戴耳机不仅会使用户产生疲劳感也会损伤用户听力。

多区域声重放系统通过调节扬声器阵列输入信号的幅度和相位，在多个区域内各自产生独立的音源，为各用户打造个性化聆听空间，避免了佩戴耳机带来的疲劳感。多区域声重放系统中常用的一种控制方法是声能量对比度控制方法。声能量对比度控制方法主要分为两大类：频域设计和时域设计。现有技术中的频域声能量对比度控制方法无法保证时域冲激响应滤波器信号的因果性，因此在非控制频率点上的对比度性能会下降。现有技术中的时域声能量对比度控制方法直接在时域中设计，避免了时域冲激响应滤波器信号的非因果性问题，因此可以解决频域声能量对比控制方法在非控制频率点对比度性能下降的问题。但是现有技术中的时域声能量对比度控制方法并不考虑扬声器频响存在的误差，这与实际相差甚远。

现有技术中的时域声能量对比度控制方法所存在的问题会降低多区域声重放系统的对比度性能，扩大各区域声场之间的相互干扰，无法为各用户营造个性化的私人聆听空间，并降低了实际系统量产的可能性。针对现有声能量对比度控制方法中存在的由扬声器频响误差引入的对比度性能下降问题，需要寻找更为简便有效的方法来克服由扬声器频响误差引入的对比度性能下降问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的声能量对比度控制方法所存在的由扬声器频响误差引入的对比度性能下降问题，从而提供一种能够改善扬声器频响存在误差情况下的对比度性能的时域声能量对比度控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于误差模型的多区域声场重现方法，包括：

步骤1)：布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，明区是需要产生某独立音源的区域，暗区是所有不需要产生某独立音源的区域；

步骤2)：建立扬声器频响误差分布模型；；

步骤3)：根据步骤2)的误差分布模型和所述扬声器阵列，得到明区和暗区在存在扬声器频响误差情况下的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式；

步骤4)：根据步骤3)的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

优选地，在所述的步骤1)中，所布放的扬声器阵列为线性阵列或圆形阵列或随机阵列。

优选地，在所述的步骤1)中，所述明区或暗区的区域形状是方形或圆形或线型。

优选地，在所述的步骤2)中，所述的误差概率分布建模可以通过测量获得也可通过模型预测获得。

优选地，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的测量方法包括：

(1)测量一组扬声器在频率f处的频响，分别获取扬声器频响的幅度分布和相位分布；

(2)根据实际测量的分布进行分布曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

优选地，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的预测方法包括：

(1)用声学仪器对步骤1)中的扬声器阵列的测量获得TS参数，所述的TS参数包括音圈直流电阻、音圈电感、机械阻、力顺、振动质量、空气辐射阻、空气辐射抗、等效辐射面积、电磁力感应系数；

(2)采用蒙特卡罗方法通过对TS参数抽样，仿真扬声器的频响，获取扬声器的频响的幅度和相位分布；

(3)根据获得的扬声器频响的幅度和相位分布进行曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

优选地，所述步骤3)包括：

步骤3-1)：假定第l个扬声器在频率ω处的频响误差为：

$A_l\left(\mathrm{\ω}\right)=a_l\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\φ}}_l\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中a_l(ω)和φ_l(ω)分别是频响误差的幅度和相位，都为随机变量。则扬声器阵列到明区第k＝1…K_B个控制点的频响为：

其中o为矩阵的Hadamard积，w是各个通道的时域冲激响应滤波器系数组成的向量，表达式为

w＝[w₁(0),…,w₁(M-1),…,w_L(0),…,w_L(M-1)]^T

其中M为每个通道的滤波器阶数。s_Bk(ω)的表达式为：

s_Bk(ω)＝[r_Bk(0),…,r_Bk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(^I+M-2)]^T

r_Bk(n)＝[h_B1k(n),…,h_B1k(n-M+1),…,h_BLk(n),…,h_BLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到明区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Blk(n)为系数。A的表达式为：

因此扬声器阵列辐射到明区的时域平均声能量为：

${\stackrel{\‾}{e}}_B=\underset{k=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\left|{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{Bk}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2\mathrm{d\ω}/K_B$

因为是随机变量，则明区的期望平均声能量为：

其中E{}是取随机变量的期望值，E{AA^H}包含了误差概率分布模型参数，由步骤2)提供。

步骤3-2)：扬声器阵列到暗区第k＝1…K_D个控制点的频响为：

其中s_Dk(ω)的表达式为：

s_Dk(ω)＝[r_Dk(0),…,r_Dk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(I+M-2)]^T

r_Dk(n)＝[h_D1k(n),…,h_D1k(n-M+1),…,h_DLk(n),…,h_DLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到暗区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Dlk(n)为系数，因此暗区的期望平均声能量为：

步骤3-3)：选定参考频率ω_r，定义明区的频率响应一致性约束RV，该频率响应一致性约束的表达式为：

其中是取元素的实数部分，Ω是所有约束频率点的集合，Q的表达式为：

$Q=\frac{1}{\sqrt{K_B{B}_{\mathrm{\Ω}}}}\left(\begin{array}{c}{s}_{B1}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{B1}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\\ .\\ .\\ .\\ s_{\mathrm{BK}}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{\mathrm{BK}}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\end{array}\right).$

优选地，所述的步骤4)包括：

步骤4-1)：按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，列出其优化问题为：

步骤4-2)：对步骤4-1)所得到的优化问题求出其解：

其中P_max{}是求解矩阵对应最大特征值的单位特征向量，U为单位矩阵，δ为鲁棒性参数，α为权重参数；参数δ和α都取正数；

步骤4-3)：将步骤4-2)所得到的向量w按每隔M个元素进行切割，得到各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

本发明还提供了一种基于误差模型的多区域声重放装置，包括：

扬声器阵列布放模块，用于布放扬声器阵列，并设定明区和暗区的控制点；其中，所述的明区是指是需要产生某独立音源的区域，所述的暗区是指所有不需要产生某独立音源的区域；

扬声器频响误差获取模块，用于对频响误差进行概率分布建模；

期望平均声能量表达式获取模块，用于分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达式；

频率响应一致性约束表达式获取模块，用于选定参考频率，列出明区中的频率响应一致性约束表达式；

时域冲激响应滤波器信号计算模块，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

本发明的优点在于：

1、本发明直接在时域中设计，避免了频域声能量对比度控制设计方法中由逆傅里叶变换得到的时域冲激响应滤波器信号的非因果性，宽带对比度性能会远大于频域声能量对比度控制方法的宽带对比度性能。

2、本发明对扬声器频响误差进行概率分布建模，并在控制设计中利用了此误差模型，相比于时域声能量对比度控制设计方法，能有效降低扬声器频响误差引入的对比度性能下降的影响，提升装置的鲁棒性和可靠性。

3、本发明的多区域声重放装置能够应用于家庭影院，汽车音响等需要产生多个独立音源区域的领域，能够有效降低扬声器频响误差，从而营造出较好的私人聆听空间。

附图说明

图1是本发明的基于误差模型的多区域声重放方法的流程图；

图2是在一个实施例中，线性扬声器阵列和明暗区的布放示意图；

图3(a)为扬声器频响幅度误差的实验分布以及相应的高斯分布拟合曲线；

图3(b)为扬声器频响相位误差的实验分布以及相应的高斯分布拟合曲线

图4(a)为本发明方法与现有方法在扬声器频响误差为平均分布时对比度性能的比较示意图；

图4(b)为本发明方法与现有方法在扬声器频响误差为高斯分布时对比度性能的比较示意图；

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本发明的基本思想是对扬声器频响误差进行概率分布建模，根据误差模型，求取明暗区的期望平均声能量，最后采用基于频率响应一致性约束的时域声能量对比度准则进行设计，从而使多区域声重放装置可以有效的降低由扬声器频响误差引入对比度性能下降问题，提高了系统的鲁棒性。基于上述思想设计的本发明方法消除了现有技术中的声能量对比度控制方法并不考虑扬声器频响误差引入的对比度性能下降问题。

参考图1，本发明的基于误差模型的多区域声重放方法包括以下步骤：

步骤1)：布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，明区是需要产生某独立音源的区域，暗区是所有不需要产生某独立音源的区域；

步骤2)：建立扬声器频响误差分布模型；；

步骤3)：根据步骤2)的误差分布模型和所述扬声器阵列，得到明区和暗区在存在扬声器频响误差情况下的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式；

步骤4)：按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

下面对本发明方法中的各个步骤做进一步的描述。

在所述的步骤1)中，所布放的扬声器阵列为线性阵列或圆形阵列，也可以为随机阵列。所述明区或暗区的区域形状可以是方形或圆形，也可以是线型。

在所述的步骤2)中，误差概率分布建模可以通过测量获得也可通过模型预测获得。

所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的测量方法包括：

(1)测量一组扬声器在频率f处的频响，分别获取扬声器频响的幅度分布和相位分布；

(2)根据实际测量的分布进行分布曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的预测方法包括：

(1)用声学仪器对步骤1)中的扬声器阵列的测量获得TS参数，所述的TS参数包括音圈直流电阻、音圈电感、机械阻、力顺、振动质量、空气辐射阻、空气辐射抗、等效辐射面积、电磁力感应系数；

(2)采用蒙特卡罗方法通过对TS参数抽样，仿真扬声器的频响，获取扬声器的频响的幅度和相位分布；

(3)根据获得的扬声器频响的幅度和相位分布进行曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

步骤3-1)：假定第l个扬声器在频率ω处的频响误差为：

$A_l\left(\mathrm{\ω}\right)=a_l\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\φ}}_l\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中a_l(ω)和φ_l(ω)分别是频响误差的幅度和相位，都为随机变量。则扬声器阵列到明区第k＝1…K_B个控制点的频响为：

其中o为矩阵的Hadamard积，w是各个通道的时域冲激响应滤波器系数组成的向量，表达式为

w＝[w₁(0),…,w₁(M-1),…,w_L(0),…,w_L(M-1)]^T

其中M为每个通道的滤波器阶数。s_Bk(ω)的表达式为：

s_Bk(ω)＝[r_Bk(0),…,r_Bk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(I+M-2)]^T

r_Bk(n)＝[h_B1k(n),…,h_B1k(n-M+1),…,h_BLk(n),…,h_BLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到明区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Blk(n)为系数。A的表达式为：

因此扬声器阵列辐射到明区的时域平均声能量为：

${\stackrel{\‾}{e}}_B=\underset{k=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\left|{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{Bk}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2\mathrm{d\ω}/K_B$

因为是随机变量，则明区的期望平均声能量为：

其中E{}是取随机变量的期望值，E{AA^H}包含了误差概率分布模型参数，由步骤2)提供。

步骤3-2)、扬声器阵列到暗区第k＝1…K_D个控制点的频响为：

其中s_Dk(ω)的表达式为：

s_Dk(ω)＝[r_Dk(0),…,r_Dk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(I+M-2)]^T

r_Dk(n)＝[h_D1k(n),…,h_D1k(n-M+1),…,h_DLk(n),…,h_DLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到暗区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Dlk(n)为系数。因此暗区的期望平均声能量为：

步骤3-3)、选定参考频率ω_r，定义明区的频率响应一致性约束RV，该频率响应一致性约束的表达式为：

其中是取元素的实数部分，Ω是所有约束频率点的集合，Q的表达式为：

$Q=\frac{1}{\sqrt{K_B{B}_{\mathrm{\Ω}}}}\left(\begin{array}{c}{s}_{B1}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{B1}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\\ .\\ .\\ .\\ s_{\mathrm{BK}}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{\mathrm{BK}}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\end{array}\right).$

所述的步骤4)具体包括以下步骤：

步骤4-1)：按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，列出其优化问题为：

步骤4-2)：对步骤4-1)所得到的优化问题求出其解：

其中P_max{}是求解矩阵对应最大特征值的单位特征向量，U为单位矩阵，δ为鲁棒性参数，α为权重参数；参数δ和α都取正数；

步骤4-3)：将步骤4-2)所得到的向量w按每隔M个元素进行切割，得到各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明的方法作进一步详细描述。

在一个仿真实施例中，如图2所示，放置一线性扬声器阵列，明区和暗区处在扬声器阵列中垂线上左右各45度方向，距离扬声器阵列间距离都为1m，并与扬声器阵列处于同一水平面上；其中扬声器阵列由8单元组成，间距为4cm。

本实施例的具体实施过程包括以下几步：

(1)获取扬声器频响误差的概率分布，假定扬声器频响误差在每个频率点上的概率分布是一致的。图3(a)给出了幅度误差的实验分布以及相应的高斯分布拟合曲线。图3(b)给出了相位误差的实验分布以及相应的高斯分布拟合曲线。在仿真中，直接假定两种误差分布，并在此情况下进行了系统性能比较。第一种分布为平均分布，幅度误差在[0.88,1.12]之间均匀分布，相位误差在[-24°,24°]之间均匀分布。第二种分布为高斯分布，幅度误差分布的均值和方差参数分别为1和0.04，相位误差分布的均值和方差参数分别为0°和8°。

(2)仿真环境为自由声场，系统采样率设为8kHz，扬声器到控制点的冲激响应建模为FIR滤波器，长度I为1600阶，设定每个通道的时域冲激响应滤波器长度为100，根据第(1)步给出的概率分布，分别列出明区和暗区的期望平均声能量。

(3)选定参考频率为1kHz，约束频率点为[80,80×2,…80×49]Hz，列出频率响应一致性的约束表达式。

(4)按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制，计算出权向量w，其中δ取0.5，β取0.000005。

(5)将向量w按每隔M个元素进行切割，得到各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

图4给出了本发明方法存在扬声器频响误差情况下的宽带期望对比度性能，并与现有技术中的方法做了比较。其中期望对比度C_f性能定义如下

$C_f=E\{\frac{1}{K_B}\underset{k=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{Bk}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2/\frac{1}{K_D}\underset{k=1}{\overset{K_D}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{Dk}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2\}$

从图中可以看出，无论误差是平均分布还是高斯分布，现有技术中的频域声能量对比度控制方法(J.H.Chang,C.H.Lee,J.Y.Park and Y.H.Kim.A realization of sound focused personal audiosystem using acoustic contrast control.J Acoust.Soc.Am.125(4):2091-7)的宽带对比度性能最差，在某些频率点对比度性能急剧下降，只能在有限的控制点取得较好的效果。而现有技术中的时域声能量对比度控制方法(Y.Cai,M.Wu and J.Yang.Design of atime-domain acoustic contrast control for broadband input signalsin personal audio systems.ICASSP2013.)可以在整个宽带上取得较好的期望对比度性能，经过对比，可以看出，本发明的方法在整个频带上的期望对比度性能要比时域的方法性能好。这表明相比于现有技术中的声能量对比度控制方法，本方法对扬声器频响误差的具有更好的搞干扰性。

本实施例中虽然限定了采样频率为8kHz，并选定明区和暗区为线型区域，但这仅仅是对本发明所提供方法的一个举例说明，并不限定本发明所提供方法仅适用人说话声频率范围内，或者明区，暗区只能选择线型。事实上，本发明所提供方法能够拓展到整个可听声频率段的宽带信号并实现多区域声重放。

本发明还提供了基于误差模型的多区域声重放装置，包括：

扬声器阵列布放模块，用于布放扬声器阵列，并设定明区和暗区的控制点；其中，所述的明区是指是需要产生某独立音源的区域，所述的暗区是指所有不需要产生某独立音源的区域；

扬声器频响误差获取模块，用于对频响误差进行概率分布建模；

期望平均声能量表达式获取模块，用于分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达式；

频率响应一致性约束表达式获取模块，用于选定参考频率，列出明区中的频率响应一致性约束表达式；

时域冲激响应滤波器信号计算模块，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于误差模型的多区域声重放方法，包括以下步骤：

步骤1)：布放扬声器阵列，设定明区和暗区的控制点；其中，明区是需要产生一独立音源的区域，暗区是所有不需要产生一独立音源的区域；

步骤2)：建立扬声器频响误差分布模型；

步骤3)：根据步骤2)的误差分布模型和所述扬声器阵列，得到明区和暗区在存在扬声器频响误差情况下的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式；

步骤4)：根据步骤3)的期望平均声能量表达式和频率响应一致性约束表达式，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

2.根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所布放的扬声器阵列为线性阵列或圆形阵列或随机阵列。

3.根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述明区或暗区的区域形状是方形或圆形或线型。

4.根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述的扬声器频响误差分布模型通过测量获得或者通过模型预测获得。

5.根据权利要求4所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的建立方法包括：

(1)测量一组扬声器在频率f处的频响，分别获取扬声器频响的幅度分布和相位分布；

(2)根据实际测量的分布进行分布曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

6.根据权利要求4所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤2)中的扬声器频响误差分布模型的建立方法包括：

(1)用声学仪器对步骤1)中的扬声器的测量获得TS参数，所述的TS参数包括音圈直流电阻、音圈电感、机械阻、力顺、振动质量、空气辐射阻、空气辐射抗、等效辐射面积、电磁力感应系数；

(2)采用蒙特卡罗方法通过对TS参数抽样，仿真扬声器的频响，获取扬声器的频响的幅度和相位分布；

(3)根据获得的扬声器频响的幅度和相位分布进行曲线拟合，获取扬声器频响误差分布模型。

7.根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

步骤3-1)：假定第l＝1…L个扬声器在频率ω处的频响误差A_l(ω)，其表达式为：

$A_l\left(\mathrm{\ω}\right)=a_l\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\φ}}_l\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，a_l(ω)和φ_l(ω)分别是频响误差的幅度和相位，都为随机变量，L为扬声器个数，则扬声器阵列到明区第k＝1…K_B个控制点的频响其表达式为：

其中，K_B为明区的控制点个数；о为矩阵的Hadamard积，w是各个通道的时域冲激响应滤波器系数组成的向量，其表达式为

w＝[w₁(0),…,w₁(M-1),…,w_L(0),…,w_L(M-1)]^T

其中M为每个通道的滤波器阶数，s_Bk(ω)的表达式为：

s_Bk(ω)＝[r_Bk(0),…,r_Bk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(I+M-2)]^T

r_Bk(n)＝[h_B1k(n),…,h_B1k(n-M+1),…,h_BLk(n),…,h_BLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到明区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Blk(n)为系数。A的表达式为：

因此扬声器阵列辐射到明区的时域平均声能量为：

${\stackrel{\‾}{e}}_B=\underset{k=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\left|{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{Bk}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2\mathrm{d\ω}/K_B$

因为是随机变量，则明区的期望平均声能量为：

其中E{}是取随机变量的期望值，E{AA^H}包含了误差概率分布模型参数，由步骤2)提供。

步骤3-2)：扬声器阵列到暗区第k＝1…K_D个控制点的频响为：

其中K_D为明区的控制点个数，s_Dk(ω)的表达式为：

s_Dk(ω)＝[r_Dk(0),…,r_Dk(M+I-2)][1,e^-jω,…,e^-jω(I+M-2)]^T

r_Dk(n)＝[h_D1k(n),…,h_D1k(n-M+1),…,h_DLk(n),…,h_DLk(n-M+1)]^T

其中将扬声器第l通道到暗区的第k个控制点之间的冲激响应建模成一个长度为I的FIR滤波器，h_Dlk(n)为系数。因此暗区的期望平均声能量为：

步骤3-3)：选定参考频率ω_r，定义明区的频率响应一致性约束RV，该频率响应一致性约束的表达式为：

其中是取元素的实数部分，Ω是所有约束频率点的集合，Q的表达式为：

$Q=\frac{1}{\sqrt{K_B{B}_{\mathrm{\Ω}}}}\left(\begin{array}{c}{s}_{B1}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{B1}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\\ .\\ .\\ .\\ s_{\mathrm{BK}}\left(\mathrm{\ω}\right)-s_{\mathrm{BK}}\left({\mathrm{\ω}}_r\right)\end{array}\right).$

8.根据权利要求1所述的基于误差模型的多区域声重放方法，其特征在于，所述的步骤4)包括：

步骤4-1)：按照频率响应一致性约束的时域声能量对比度控制准则，列出其优化问题为：

步骤4-2)：对步骤4-1)所得到的优化问题求出其解：

其中P_max{}是求解矩阵对应最大特征值的单位特征向量，U为单位矩阵，δ为鲁棒性参数，α为权重参数；参数δ和α都取正数；

步骤4-3)：将步骤4-2)所得到的向量w按每隔M个元素进行切割，得到各个通道的时域冲激响应滤波器信号。

9.一种基于误差模型的多区域声重放装置，其特征在于，包括：

扬声器阵列布放模块，用于布放扬声器阵列，并设定明区和暗区的控制点，其中，所述的明区是指是需要产生某独立音源的区域，所述的暗区是指所有不需要产生某独立音源的区域；

扬声器频响误差获取模块，用于对频响误差进行概率分布建模；

期望平均声能量表达式获取模块，用于分别列出明区和暗区的期望平均声能量表达式；

频率响应一致性约束表达式获取模块，用于选定参考频率，列出明区中的频率响应一致性约束表达式；

时域冲激响应滤波器信号计算模块，按照频率响应一致性约束的时域声能量对比控制准则，计算出各个通道的时域冲激响应滤波器信号。