CN111628838B - 一种分布式应急广播的声场均匀化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式应急广播的声场均匀化方法，所述方法包括：各广播节点接收播放信号；利用预先计算出的加权系数与播放信号进行卷积得到均衡后的播放信号；各广播节点对均衡后的播放信号进行广播。本发明的方法通过麦克风接收其它应急广播分布式节点的语音能量，通过数字通信将语音能量信息传输到中央处理器，处理后将频带均衡的加权参数再传回各应急广播分布节点，实现大范围内广播的声场均匀化；本发明的方法可以用于广播系统正式投入前的调校，能够一次性完成，无需人工干预即可自动实现；投入使用后，无需再进行操作。

Description

一种分布式应急广播的声场均匀化方法

技术领域

本发明涉及声场均衡技术领域，具体涉及一种分布式应急广播的声场均匀化方法。

背景技术

近年来，在一些突发性重大安全事故中，对应急处理及警报的分发手段落后，反应不及时。对于煤矿等连环爆炸事故，应急广播可以避免后续的人员伤亡。目前国家还没有相应的应急广播标准，应急广播仅多是布置在厂矿区内部，没有能够覆盖到周边的居民或者机构，因此发生大规模事故时通知范围有限。即便是多点布放的应急广播系统也没有声场均衡技术，使得在使用过程中出现有的地方声音大，有的地方声音小，信息不能很好的传达到厂矿附近居民。

现有的声场均衡方法是针对单一系统，使某一个位置或者某位置附近的声品质有所提高，这种方法可能会使其它位置点的声品质下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的问题和技术不满足需求的缺陷，提出一种分布式应急广播的声场均匀化方法。该方法能够在大型厂矿企业事故时将应急广播语音均匀覆盖到周边区域。本发明的方法是利用多个声源和反馈点的数据，通过迭代声场均衡算法得到各应急广播节点的均衡加权参数，通过对每一个应急广播节点进行频带均衡使整个声场的声压均匀化。

为了实现上述目的，本发明提出了一种分布式应急广播的声场均匀化方法，所述方法包括：

各广播节点接收播放信号；

利用预先计算出的加权系数与播放信号进行卷积得到均衡后的播放信号；

各广播节点对均衡后的播放信号进行广播。

作为上述方法的一种改进，所述加权函数的计算步骤具体包括：

步骤1)中央处理器向第i个广播节点发送声场均匀化音频播放指令，使该节点分别播放相应的音频信号，所有麦克风进行数据采集并将数据传输到中央处理器；其中，1≤i≤n，n为广播节点的总数；

步骤2)中央处理器接收到麦克风上传的数据后，根据自相关算法计算出第i个广播节点到第j个麦克风的传递函数矩阵H_i,j(z)：

其中，Y_i,j(z)为第j个麦克风接收到第i个广播节点的信号，X(z)为广播节点的发射信号；1≤j≤m，m为麦克风的数量；

步骤3)计算各广播节点的加权函数G_i(z)；

通过声场计算方法计算第j个麦克风的接收信号

根据(1)式计算各个广播节点加权函数：

利用步进参数多次调整G_i(z)，根据(1)式计算得到若干个第j个麦克风的接收信号

当所有的麦克风的接收信号的声场幅度波动小于2dB时；最终得到各广播节点的加权函数G_i(z)；

步骤4)中央处理器将加权函数发送到对应的广播节点。

作为上述发方法的一种改进，所述麦克风设置在广播节点处，或者设置在信噪比满足要求的与广播节点具有一定距离的位置处。

作为上述发方法的一种改进，所述麦克风将数据传输到中央处理器的传输方式为有线方式、无线方式或者两者的结合；所述有线方式为光线或者电缆；所述无线方式为wifi、zegebee或者广播。

作为上述发方法的一种改进，所述均衡后的播放信号为：

其中，X_l,i(w)为播放信号，G_l,i(w)为G_i(z)在第l个子带上的时域加权值，N为频带内的子带数量。

本发明的优势在于：

1、本发明公开一种分布式应急广播声场均匀化方法，该声场均匀化方法是通过麦克风接收其它应急广播分布式节点的语音能量，通过数字通信将语音能量信息传输到中央处理器，处理后将频带均衡的加权参数再传回各应急广播分布节点，实现大范围内广播的声场均匀化；

2、本发明的方法可以用于广播系统正式投入前的调校，能够一次性完成，无需人工干预即可自动实现；投入使用后，无需再进行操作。

附图说明

图1为本发明的分布式应急广播的声场均匀化方法的示意图；

图2为本发明的分布式应急广播的声场均匀化方法的参数生成示意图；

图3为本发明的声波发射与采集示意图；

图4为应急广播节点分布及障碍物示意图；

图5为图4的均衡前声场效果示意图；

图6为图4的均衡后声场效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明。

如图1所示，中央处理器发送节点x的声场均匀化音频播放指令使第x广播节点分别播放相应的音频信号，由其它所有麦克风进行数据采集，如果数据低于一定的信噪比，则视为无效数据。例如1号节点发送播放信号，由其它所有的麦克风检测，如图2所示。此过程为中央处理器顺序发送某个节点播放，当此节点播放完成，麦克风数据采集并上传到中央处理器后，再播放下一个广播节点播放指令。每个广播节点声场均匀化音频信号完全相同。

麦克风的位置可安装广播节点上，也可以位于广播节点有一定距离的某处，但是必须满足广播声音传输到麦克风有一定的信噪比，能够使采集数据准确。

数据采集后可在本地完成数据转换，也可以传输到中央处理器后再进行数据转换，相对的，在本地完成数据转换更为合理，因为传输的数据量将会大大减少。数据转换可以有多种方法，例如可以采用时频域转换，不局限于一种某一种形式，只要是能够表征广播节点的声场信息即可。

数据传输是将各广播节点的数据传输到中央处理器，该传输形式可以是有线方式，也可以是无线方式，也可以是两种传输方式的结合。有线方式可以是光线和电缆，但不限于这两种传输介质；无线方式可以是通过wifi、zegebee或者广播等，但不限于这几种无线传输方式。

中央处理器(可以为PC、服务器、智能设备等)接收到采集数据后，根据自相关算法计算出广播节点i到麦克风j的传递函数矩阵。

其中Y_i,j(z)为麦克风j接收到广播节点i的信号，X(z)为发射信号。

通过声场计算方法计算覆盖区域的声场幅度和相位，例如采用线性叠加原理，得到各个广播节点单次加权参数G_i,k(z)，经过多次迭代，最终使该区域的幅度均达到一定值，得到各广播节点的最终加权系数G_i(z)，发送到各广播节点，如图3所示。

其中

为广播节点i的第k次加权后计算结果，H_i,j(z)为广播节点i到麦克风j的传递函数，X(z)为播放信号,G_i(z)_k为广播节点i的第k次加权函数。

各广播节点接收数据后，第i个广播节点加权函数G_l,i(w)与输入信号X_l,i(w)进行卷积得到均衡后的输出结果。

其中N为频带内的子带数量。

实例：

以3个应急警报节点为例，如图4所示，在声波的传播方向上有三个障碍物，障碍物可能是楼房、小山或者树林等，会影响到声场的均匀。图5是按照图3的声源分布，根据麦克风测量结果模拟出的声场图，从模拟的结果看，①、②、③之间的位置，声场波动比较严重。通过采用本发明的方法，可以得到图6的结果，从图6结果中可以看出整个区域中声场已经比较均匀，波峰和波谷现象减弱。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种分布式应急广播的声场均匀化方法，所述方法包括：

各广播节点接收播放信号；

利用预先计算出的加权函数与播放信号进行卷积得到均衡后的播放信号；

各广播节点对均衡后的播放信号进行广播；

所述加权函数的计算步骤具体包括：

步骤1)中央处理器向第i个广播节点发送声场均匀化音频播放指令，使该节点分别播放相应的音频信号，所有麦克风进行数据采集并将数据传输到中央处理器；其中，1≤i≤n，n为广播节点的总数；

步骤2)中央处理器接收到麦克风上传的数据后，根据自相关算法计算出第i个广播节点到第j个麦克风的传递函数矩阵H_i,j(z)：

其中，Y_i,j(z)为第j个麦克风接收到第i个广播节点的信号，X(z)为广播节点的发射信号；1≤j≤m，m为麦克风的数量；

步骤3)计算各广播节点的加权函数G_i(z)；

通过声场计算方法计算第j个麦克风的接收信号

根据(1)式计算各个广播节点加权函数：

其中，

为第j个麦克风的第k次加权后计算结果，G_i(z)_k为第i个广播节点的第k次加权函数；H_i,j(z)_k为第k次迭代的第i个广播节点到第j个麦克风的传递函数矩阵；

利用步进参数多次调整G_i(z)，根据(1)式计算得到第j个麦克风的接收信号

当所有的麦克风的接收信号的声场幅度波动小于2dB时，最终得到各广播节点的加权函数G_i(z)；

步骤4)中央处理器将加权函数发送到对应的广播节点；

所述均衡后的播放信号Y_i(w)为：

其中，X_l,i(w)为第i个广播节点的第l个子带上的播放信号，G_l,i(w)为G_i(z)在第l个子带上的时域加权值，N为频带内的子带数量。

2.根据权利要求1所述的分布式应急广播的声场均匀化方法，其特征在于，所述麦克风设置在广播节点处，或者设置在信噪比满足要求的与广播节点具有一定距离的位置处。

3.根据权利要求1所述的分布式应急广播的声场均匀化方法，其特征在于，所述麦克风将数据传输到中央处理器的传输方式为有线方式、无线方式或者两者的结合；所述有线方式为光纤或者电缆；所述无线方式为wifi、zegebee或者广播。

Images