CN105120419B - 一种多声道系统效果增强方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种多声道系统效果增强方法及系统，包括扬声器阵列呈正多面体结构摆放时，获取正多面体顶点处扬声器的坐标，构建新的扬声器摆放点，获取新的扬声器摆放点的位置信息，计算所有扬声器的初始分配信号，将新扬声器摆放点处的扬声器信号分配给正多面体顶点处扬声器，通过求和的方法获取正多面体顶点处各个扬声器的最终分配信号，删除新的扬声器摆放点处的扬声器。本发明技术方案可增加空间信息的分解成份，更充分保持原点处、左、右耳处处声音的物理性质，有利于多声道系统重建效果的增强。

Description

一种多声道系统效果增强方法及系统

技术领域

本发明属于声学领域，尤其涉及一种多声道系统效果增强方法及系统。

背景技术

随着三维电视和三维电影技术的发展，三维音频技术成为了多媒体领域的一个研究热点。在三维音频技术中，Ambisonics(高保真度立体声响复制)是一种重要的物理声场重建技术。19世纪70年代英国牛津大学的Michael Gerzon首次提出Ambisonics技术，该技术使用球谐函数表示和重建声场。与其他三维声场重建方法如波场合成(Wave FieldSynthesis，WFS)，基于向量的幅度平移技术(Vector Based Amplitude Panning，VBAP)，头相关传输函数(Head-Related Transfer Function，HRTF)相比，Ambisonics技术是一种较为实用的和逐渐逼近声全息的方法。

在Ambisonics系统中，声场重建效果与Ambisonics的阶数是密切相关的。扬声器数目I与Ambisonics的阶数M之间的关系为：I≥(M+1)²。阶数越高，重建声场的效果越好，但是需要更多的扬声器，将会导致扬声器摆放更加麻烦，不利于实际使用。例如，8个扬声器摆放成正六面体结构时，可以用于Ambisonics系统重建声场，但是由于扬声器数目较少，此种摆放使用传统Ambisonics编码方法进行声场重建的误差较大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种多声道系统效果增强技术方案。

本发明技术方案提供一种多声道系统效果增强方法，包括以下步骤，

步骤1，设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子步骤，

步骤101，获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

步骤102，将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

步骤103，计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

步骤2，将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

步骤3，计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将步骤1中扬声器Spow相应初始分配信号加上步骤2中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

而且，步骤2中，分配方式为，

将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，设这U个扬声器记为d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，计算得到分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU，Spnj与对应分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器d1，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

计算分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU的公式如下：

s.t.LW＝E₁

w_j1,w_j2,…,w_jU≥0

其中，

W＝(w_j1,w_j2,…,w_jU)^T；

v＝1,2,…U；

k为波数，r'_L为左耳球坐标，r'_R为左耳球坐标；

对应Spnj的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；,v＝1,2,…U表示扬声器d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

而且，Q为4或6或8或12或20。

而且，步骤2中，U为3或4或5。

本发明还相应提供一种多声道系统效果增强系统，包括以下模块，

初始分配模块，用于设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子模块，

原始扬声器位置提取子模块，用于获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

扩展扬声器位置提取子模块，用于将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

初始分配计算子模块，用于计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

扩展分配模块，用于将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

最终分配模块，用于计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将初始分配模块中扬声器Spow相应初始分配信号加上扩展分配模块中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

而且，扩展分配模块中，分配方式为，

将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，设这U个扬声器记为d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，计算得到分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU，Spnj与对应分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器d1，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

计算分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU的公式如下：

s.t.LW＝E₁

w_j1,w_j2,…,w_jU≥0

其中，

W＝(w_j1,w_j2,…,w_jU)^T；

v＝1,2,…U；

k为波数，r'_L为左耳球坐标，r'_R为左耳球坐标；

对应Spnj的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；v＝1,2,…U表示扬声器d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

而且，Q为4或6或8或12或20。

而且，扩展分配模块中，U为3或4或5。

采用本发明提供的多声道系统效果增强技术方案，当扬声器阵列呈正多面体结构摆放时，获取正多面体顶点处扬声器的坐标，构建新的扬声器摆放点，获取新的扬声器摆放点的位置信息，计算所有扬声器的初始分配信号，将新扬声器摆放点处的扬声器信号分配给正多面体顶点处扬声器，通过求和的方法获取正多面体顶点处各个扬声器的最终分配信号，删除新的扬声器摆放点处的扬声器。当使用少量扬声器摆放成正多面体结构时，可以用于Ambisonics系统重建声场，但是由于扬声器数目较少，此种摆放使用传统Ambisonics编码方法进行声场重建的误差较大。本专利的方法增加空间信息的分解成份，更充分保持原点处、左、右耳处处声音的物理性质，有利于多声道系统重建效果的增强。例如当8个扬声器摆放成正六面体结构时，相较于传统的Ambisonics解码方法，本发明技术方案可以更进一步保持声场的空间信息，可以减少重建声场误差。本发明还可以对采用正四面体、正八面体、正十二面体、正二十面体等方式摆放的扬声器阵列进行类似的处理，可以提升这些摆放方式重建声场的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的基本流程图。

图2是本发明实施例的扬声器摆放位置图。

具体实施方式

本发明针对摆放在同一球面上的多声道系统，提出了一种多声道系统效果增强方法，以下结合附图和具体实施例详细说明本发明技术方案。

实施例对8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8构成的正六面体重建系统进行重建效果增强的过程，参见图1，包含以下步骤：

步骤1，设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子步骤，

步骤101，获得正多面体顶点处扬声器的位置信息：获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

步骤102，获得新的扬声器摆放点：将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

步骤103，计算所有扬声的初始分配信号：计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

实施例的目标是将包含8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8的多声道系统进行声音效果增强。假设8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8摆放成正六面体结构，其外接球面的球心位置为听音点，原始声源为平面波，原始声源信号变换到频域为常数S_O＝1，频率为1000Hz，原始声源入射方向为其中表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，θ₀＝120°。本发明主要寻找更多的扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6，然后将扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6的信号分配给8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8。扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6与扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8位于同一个球面上，球面半径为2米，球面的球心位置为听音点。

实施例的步骤1中，获取14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6的初始分配信号，具体包括以下子步骤，

步骤101，获得8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8的位置信息；

设以听音点为坐标原点O建立三维直角坐标系XYZ，本专利采用球坐标形式，如点坐标中，ρ_A表示点A与坐标原点之间的距离，θ_A表示点A与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，表示点A与原点O之间连线与Z轴之间的夹角。假设8个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8的坐标分别为

假设本实施例中，空心点表示听音点所在位置，实心点表示扬声器所在位置。扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8分别位于球O表面的点，参见图2，坐标分别为：Spo1(2,225°,54.7356°)、Spo2(2,315°,54.7356°)、Spo3(2,45°,54.7356°)、Spo4(2,135°,54.7356°)、Spo5(2,225°,125.2644°)、Spo6(2,315°,125.2644°)、Spo7(2,45°,125.2644°)、Spo8(2,135°,125.2644°)步骤102，将球心分别与正六面体每个正四边形面的对称中心相连，并延长与该正六面体外接球相交于六个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6，获得Spn1、Spn2、…、Spn6的位置信息；

本实施例中计算得到Spn1、Spn2、…、Spn6的坐标分别为Spn1(2,0°,0°)、Spn2(2,270°,90°)、Spn3(2,0°,180°)、Spn4(2,90°,90°)、Spn5(2,0°,90°)、Spn6(2,180°,90°)。步骤103，计算确定14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6初始分配信号S₁,S₂,…S₁₄。

本实施例中，假设任意一个观测点坐标为其中，r_x表示观测点x与坐标原点之间的距离，表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。原始声源入射方向转化为直角坐标为：观测点坐标转化为直角坐标为：x＝|x|，表示对x取模，

原始声源信号在观测点处产生的声压为S(x,k)：

其中：

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

(1)式也可以利用球谐函数表示为：

其中：

M为Ambisonics的阶数，M的下限为上限满足I≥(M+1)²，具体实施时本领域技术人员可在上下限范围内自行预设取值，其中k为波数，f为声音信号频率，c为声音在空气中的传播速度，x₀为拟精确重建球形声场区域的半径，本实施例中x₀＝0.05，得到M＝1，x₀也可以取其他值；

i为虚部单位；

为球谐函数，n取值为0,…,M；

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数(Associated Legendre Function)；

为的共轭；

j_n(·)为第一类n阶球贝塞尔函数。

假设原始声源产生的平面波被半径为R＝2的球面上的14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6重建，任意一个扬声器y_l在观测点x处产生的声压为：

其中：

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

y_l为扬声器的坐标；

为观测点坐标。

则14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6在观测点x处产生的声压为：

其中：

M为Ambisonics的阶数；

R表示扬声器组构成球面的半径，本实施例中R＝2；

i为虚部单位；

为球谐函数，

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数(Associated Legendre Function)；

为的共轭；

j_n(·)为第一类n阶球贝塞尔函数。

a_l(l＝1,2,…,14)为14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6分配信号系数；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数。

令(2)式与(4)式相等，可以得到：

n＝0,…,M,m＝-n,…,n

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数(Associated Legendre Function)；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l(l＝1,2,…,14)为14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，θ₀＝120°；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数；

R表示扬声器组构成球面的半径，R＝2；

求解方程(5)，即可得到14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6分配信号的系数a_l(l＝1,2,…,14)。

而后计算14个扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8、Spn1、Spn2、…、Spn6初始分配信号S₁,S₂,…S₁₄。计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…14 (6)

步骤2，将新扬声器摆放点处的信号分配到正多面体顶点处的扬声器：将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P。具体实施时，本领域技术人员可自行预设U取值，例如U为3或4或5。

步骤2中，分配方式为，

将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，设这U个扬声器记为d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，计算得到分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU，Spnj与对应分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器d1，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

计算分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU的公式如下：

s.t.LW＝E₁

w_j1,w_j2,…,w_jU≥0

其中，

W＝(w_j1,w_j2,…,w_jU)^T；

v＝1,2,…U；

k为波数，r'_L为左耳球坐标，r'_R为左耳球坐标；

对应Spnj的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；v＝1,2,…U表示扬声器d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

以U＝4为例，分配方式为，将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的4个顶点处的扬声器Spoa、Spob、Spoc和Spod，a,b,c,d∈{1,2,…P}且a、b、c和d互不相等，计算得到分配系数w_ja,w_jb,w_jc,w_jd，Spnj与对应分配系数w_ja,w_jb,w_jc,w_jd相乘，得到正Q面体的4个顶点处的扬声器Spoa、Spob、Spoc和Spod的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P。

实施例中，将6个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6的信号分配给正六面体八个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8。分配方法为每次将一个新扬声器Spnj(j＝1,2,…6)的信号分配给离其最近的正六面体的四个顶点处的扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)，计算得到分配系数w_ja,w_jb,w_jc,w_jd，Spnj(j＝1,2,…6)与对应分配系数w_ja,w_jb,w_jc,w_jd相乘，即得到正六面体的四个顶点处的扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)的信号，逐渐将6个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6的信号分配给Spo1、Spo2、…、Spo8，在此过程中Spo1、Spo2、…、Spo8分配得到的信号为Spnj(j＝1,2,…6)分配给对应扬声器Spoi(i＝1,2,…8)的信号之和。

单个扬声器在听音点处产生的声压为p(r',ω)：

单个扬声器在听音点处产生的粒子速度u(r',ω)为：

其中：

ξ＝(ξ_x,ξ_y,ξ_z)^T为单个扬声器的三维直角坐标坐标；

r′＝(x′,y′,z′)^T为听音点坐标；

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

s(ω)表示单个扬声器输入信号的傅里叶变换，角频率ω＝2πf。

假设单个扬声器Spnj(j＝1,2,…6)在听音点O产生的声压与离其最近的正六面体的四个顶点处的扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)在听音点O处产生的声压相等，则：

其中：

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

s(ω)表示单个扬声器输入信号的傅里叶变换；

s_jv(ω)，v＝a,b,c,d(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)分别表示扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod的输入信号的傅里叶变换；

ρ表示扬声器与原点O之间距离

联合s_jv(ω)＝w_jvs(ω)，得到：

w_ja+w_jb+…+w_jd＝1 (10)

其中：

w_ja，w_jb，w_jc，w_jd表示单个扬声器Spnj分配信号给扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod的信号分配系数。

单个扬声器在听音点处产生的粒子速度在球坐标中可以表示为：

其中：

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

λ为空气密度；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

s(ω)表示单个扬声器输入信号的傅里叶变换；

r′＝(0,90°,0°)表示听音点的球坐标；

对应Spnj(j＝1,2,…6)的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

则4个扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod共同在听音点处产生的粒子速度在球坐标中可以表示为

其中：

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

λ为空气密度；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

s(ω)表示单个扬声器输入信号的傅里叶变换；

r′＝(0,90°,0°)表示听音点的球坐标；

对应Spnj(j＝1,2,…6)的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

v＝a,b,c,d表示扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)的坐标，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

w_ja，w_jb，w_jc，w_jd表示单个扬声器Spnj分配信号给扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod的信号分配系数。

令得到：

式(13)的第一行，第二行分别除以第三行得到：

其中：v＝a,b,c,d(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)。

利用式(14)和式(10)得到：

其中：

W＝(w_ja,w_jb,w_jc,w_jd)^T；

v＝a,b,c,d(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)。

假设人头半径为0.085米，人们听音时左耳球坐标为r'_L＝(0.085,90°,180°)，右耳球坐标为r'_R＝(0.085,90°,0°)，则单个扬声器Spnj(j＝1,2,…6)在左、右耳处产生的声压分别为：

其中：

ξ＝(ξ_x,ξ_y,ξ_z)^T为单个扬声器三维直角坐标坐标；

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

s(ω)表示单个扬声器输入信号的傅里叶变换。

4个扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod共同在左、右耳处产生的声压分别为：

其中：

G表示在与一个扬声器单位距离处该扬声器的声压与扬声器处产生声压之比例系数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

v＝a,b,c,d表示扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)的坐标，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

定义：

其中：

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

v＝a,b,c,d表示扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)的坐标，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。对应Spnj(j＝1,2,…6)的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

w_ja，w_jb，w_jc，w_jd表示单个扬声器Spnj分配信号给扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod的信号分配系数，(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)。

要使听音者左右耳处声压误差最小，只需要使得E(w_ja,w_jb,w_jc,w_jd)最小即可。则使用4个扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod替换一个扬声器Spnj(j＝1,2,…6)，保证替换前后原点处声压不变，原点处粒子速度方向不变，左右耳处声压误差最小等价于:

s.t.LW＝E₁(19)

w_ja,w_jb,w_jc,w_jd≥0

其中：

W＝(w_ja,w_jb,w_jc,w_jd)^T；

v＝a,b,c,d；

k为波数，f为声音信号频率；

对应Spnj(j＝1,2,…6)的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

v＝a,b,c,d表示扬声器Spoa，Spob，Spoc，Spod(a,b,c,d∈{1,2,…8}且a，b，c，d互不相等)的坐标，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

式(19)是一个最小二乘问题，可以由现有多种成熟算法求解，例如罚函数法。

本实施例中，Spn1的信号分配信号给扬声器Spo1，Spo2，Spo3，Spo4，分配系数为w₁₁，w₁₂，w₁₃，w₁₄；Spn2的信号分配信号给扬声器Spo1，Spo2，Spo6，Spo5，分配系数为w₂₁，w₂₂，w₂₆，w₂₅；Spn3的信号分配信号给扬声器Spo5，Spo6，Spo7，Spo8，分配系数为w₃₅，w₃₆，w₃₇，w₃₈；Spn4的信号分配信号给扬声器Spo3，Spo7，Spo8，Spo4，分配系数为w₄₃，w₄₇，w₄₈，w₄₄；Spn5的信号分配信号给扬声器Spo2，Spo6，Spo7，Spo3，分配系数为w₅₂，w₅₆，w₅₇，w₅₃；Spn6的信号分配信号给扬声器Spo1，Spo5，Spo8，Spo4，分配系数为w₆₁，w₆₅，w₆₈，w₆₄。因此在步骤2中，Spo1、Spo2、…、Spo8分配得到的信号为S'₁,S'₂,…S'₈：

步骤3，获得正多面体顶点处扬声器的最终分配信号，删除正多面体顶点以外的扬声器：计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将步骤1中扬声器Spow相应初始分配信号加上步骤2中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

实施例中，计算得到正六面体八个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、Spo8的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、Spn6。计算方法为将步骤1中扬声器Spoj(w＝1,2,…8)分配所得信号(即相应初始分配信号)加上步骤2中扬声器Spoj(w＝1,2,…8)分配所得信号，得到扬声器Spoj(w＝1,2,…8)的最终分配信号S_f1,S_f2,…S_f8:

本发明的计算中涉及的各种中间变量A_nm、R_n(kR)、H、W、L、E₁、t_1q、F等，根据相应计算公式即可知其含义，本领域技术人员能够理解并实施，本发明不予赘述。

本发明还可以用于对正四面体、正八面体、正十二面体、正二十面体摆放的扬声器阵列进行处理，可以提升这些摆放方式重建声场的效果，具体实施方式类似。

具体实施时，本领域技术人员还可采用模块化方式实现相应系统。本发明实施例还提供一种多声道系统效果增强系统，包括以下模块：

初始分配模块，用于设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子模块，

原始扬声器位置提取子模块，用于获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

扩展扬声器位置提取子模块，用于将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

初始分配计算子模块，用于计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

扩展分配模块，用于将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

最终分配模块，用于计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将初始分配模块中扬声器Spow相应初始分配信号加上扩展分配模块中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

各模块实现可参见相应步骤，本发明不予赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种多声道系统效果增强方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为 表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子步骤，

步骤101，获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

步骤102，将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

步骤103，计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

步骤2，将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

步骤3，计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将步骤1中扬声器Spow相应初始分配信号加上步骤2中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

2.根据权利要求1所述多声道系统效果增强方法，其特征在于：步骤2中，分配方式为，

将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，设这U个扬声器记为d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，计算得到分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU，Spnj与对应分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器d1，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

计算分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU的公式如下：

$\underset{W}{min}\frac{1}{2}\left|\right|\tilde{F}W-F|{|}_2^2$

s.t. LW＝E₁

w_j1,w_j2,…,w_jU≥0

其中，

$\tilde{F}=\left(\begin{array}{cccc}\frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\end{array}\right);$

$F=\left(\begin{array}{c}\frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{sin\left(k\right|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}|}\end{array}\right);$

W＝(w_j1,w_j2,…,w_jU)^T；

$E_1=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right);$

k为波数，r'_L为左耳球坐标，r'_R为左耳球坐标；

对应Spnj的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；表示扬声器d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

3.根据权利要求1或2所述多声道系统效果增强方法，其特征在于：Q为4或6或8或12或20。

4.根据权利要求1或2所述多声道系统效果增强方法，其特征在于：步骤2中，U为3或4或5。

5.一种多声道系统效果增强系统，其特征在于：包括以下模块，

初始分配模块，用于设P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP呈正Q面体结构摆放在同一球面上，原始声源为平面波，原始声源信号记为S_O，原始声源入射方向为 表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角，θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角，球面的球心位置为听音点，扩展正Q面体结构，得到新的Q个扬声器摆放点并摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，利用P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ合成原始声源信号，得到P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号，包括以下子模块，

原始扬声器位置提取子模块，用于获得P个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的位置信息；

扩展扬声器位置提取子模块，用于将球心分别与正Q面体每个正多边形面的对称中心相连，并延长与该正Q面体外接球相交于Q个新扬声器摆放点，并在新扬声器摆放点摆放扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，获得Spn1、Spn2、…、SpnQ的位置信息；

初始分配计算子模块，用于计算确定P+Q个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ分别的初始分配信号S₁,S₂,…S_P+Q，令扬声器的个数I＝P+Q，计算公式如下：

S_l＝a_lS_o,l＝1,2,…I

其中：

P_n|m|(·)为缔合勒让德函数；

e为数学常数；

i为虚部单位；

k为波数，f为声音信号频率；

c为声音在空气中的传播速度；

R_n(kR)＝-ikRe^ikRi^-nh_n(kR)，h_n(·)为n阶第二类球汉克尔函数；

a_l为扬声器分配信号系数；

表示平面波入射方向与Z轴之间的夹角；

θ₀表示平面波入射方向在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

表示观测点所在位置与原点O之间连线与Z轴之间的夹角；

θ表示观测点所在位置与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；

M为Ambisonics的阶数，I≥(M+1)²；

R表示扬声器组构成球面的半径；

I表示扬声器的个数；

S_l为I个扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP、Spn1、Spn2、…、SpnQ初始分配信号S₁,S₂,…S_I；

扩展分配模块，用于将Q个新的扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP，

分配方式为将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，计算得到U个分配系数，Spnj与对应分配系数相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器的信号；按此逐渐将Q个新扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

最终分配模块，用于计算得到正Q面体P个顶点处的扬声器Spo1、Spo2、…、SpoP的最终信号，删除扬声器Spn1、Spn2、…、SpnQ，计算方法为将初始分配模块中扬声器Spow相应初始分配信号加上扩展分配模块中扬声器Spow分配所得信号，得到扬声器Spow的最终分配信号，w＝1,2,…P。

6.根据权利要求5所述多声道系统效果增强系统，其特征在于：扩展分配模块中，分配方式为，

将一个新的扬声器Spnj的信号分配给离其最近的正Q面体的U个顶点处的扬声器，设这U个扬声器记为d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，计算得到分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU，Spnj与对应分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU相乘，得到正Q面体的U个顶点处的扬声器d1，d2，…dU的信号；按此逐渐将Q个扬声器Spn1、Spn2、…、Spn Q的信号分配给Spo1、Spo2、…、SpoP后，Spo1、Spo2、…、SpoP分配得到的信号为Spnj分配给对应扬声器Spow的信号之和，j＝1,2,…Q，w＝1,2,…P；

计算分配系数w_j1,w_j2,…,w_jU的公式如下：

$\underset{W}{min}\frac{1}{2}\left|\right|\tilde{F}W-F|{|}_2^2$

s.t. LW＝E₁

w_j1,w_j2,…,w_jU≥0

其中，

$\tilde{F}=\left(\begin{array}{cccc}\frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_L-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}|}& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}|}& ...& \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)})}{|{r^{\′}}_R-{\mathrm{\ξ}}^{\left(U\right)}|}\end{array}\right);$

$F=\left(\begin{array}{c}\frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{sin\left(k\right|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_L-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{\cos \left(k\right|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}|}\\ \frac{\sin \left(k\right|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}\left|\right)}{|{r^{\′}}_R-\mathrm{\ξ}|}\end{array}\right);$

W＝(w_j1,w_j2,…,w_jU)^T；

$E_1=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right);$

k为波数，r'_L为左耳球坐标，r'_R为左耳球坐标；

对应Spnj的坐标，ρ表示ξ与原点O之间距离，表示ξ与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ′表示ξ与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角；表示扬声器d1，d2，…dU，其中d1，d2，…dU∈{Spo1、Spo2、…、SpoP}，ρ表示ξ^(v)与原点O之间距离，表示ξ^(v)与原点O之间连线与Z轴之间的夹角，θ_v表示ξ^(v)与原点O之间连线在XOY平面的射影与X轴之间的夹角。

7.根据权利要求5或6所述多声道系统效果增强系统，其特征在于：Q为4或6或8或12或20。

8.根据权利要求5或6所述多声道系统效果增强系统，其特征在于：扩展分配模块中，U为3或4或5。