CN113949983B - 一种听音区域声效恢复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种听音区域声效恢复方法及装置，包括：获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，和原始声源对应的频域信号；获取扬声器阵列中各扬声器在预设坐标系中的扬声器位置坐标；根据预设中心坐标确定扬声器阵列对应的声区，获取声区内各声音采样点的采样点坐标；根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标和频域信号确定原始声源在声区内产生的径向质点速度；根据各扬声器的扬声器位置坐标和各声音采样点的采样点坐标确定扬声器阵列在声区内产生的径向质点速度；根据原始声源和扬声器阵列在声区内产生的径向质点速度确定扬声器阵列的控制信号；根据控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复，提高了听音区域声效恢复的准确度。

Description

一种听音区域声效恢复方法及装置

技术领域

本发明涉及声场重建技术领域，尤其涉及一种听音区域声效恢复方法及装置。

背景技术

目前，声音对比度控制方法(Acoustic Contrast Control method)通过最大化明声区范围内和暗声区范围内的声音对比度实现声场控制，该方法可以获得最大的明声区和暗声区对比度，但是在明声区范围内重建的声场和原始声源产生的声场的声压误差较大。已有声压匹配方法(Pressure Matching method)在控制区域内匹配原始声场和重建声场，可以获得最小的声压重建误差，但是明声区和暗声区范围内的声音对比度较小。声音对比度和声压重建误差都是声场控制比较重要的衡量指标，单独追求一个指标的最优将会忽略另一个指标的实现效果。因此要想实现个人听音区域声效的较好实现，需要综合考虑声音对比度和声压重建误差这两个指标。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种听音区域声效恢复方法及装置，旨在解决现有技术中听音区域声效恢复准确度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种听音区域声效恢复方法，所述方法包括以下步骤:

获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；

获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；

根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；

根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；

根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复。

可选地，所述预设中心坐标包括第一预设中心坐标和第二预设中心坐标，所述声区包括明声区和暗声区，所述根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标，包括：

根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；

根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；

在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；

获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

可选地，所述根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度，包括：

根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算，a＝1,2,...,t。

可选地，所述根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度，包括：

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。

可选地，所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度包括原始声源在明声区内产生的径向质点速度和原始声源在暗声区内产生的径向质点速度，所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度包括扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，所述根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号，包括：

根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；

其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种听音区域声效恢复装置，所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块、声区确定模块、第一径向质点速度确定模块、第二径向质点速度确定模块、控制信号确定模块和听音区域声效恢复模块：

所述第一获取模块，用于获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；

所述第二获取模块，用于获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；

所述声区确定模块，用于根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；

所述第一径向质点速度确定模块，用于根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

所述第二径向质点速度确定模块，用于根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

所述控制信号确定模块，用于根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；

所述听音区域声效恢复模块，用于根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复。

可选地，所述预设中心坐标包括第一预设中心坐标和第二预设中心坐标，所述声区包括明声区和暗声区，所述声区确定模块还用于：

根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；

根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；

在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；

获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

可选地，所述第一径向质点速度确定模块还用于：

根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算，a＝1,2,...,t。

可选地，所述第二径向质点速度确定模块还用于：

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。

可选地，所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度包括原始声源在明声区内产生的径向质点速度和原始声源在暗声区内产生的径向质点速度，所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度包括扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，所述控制信号确定模块还用于：

根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；

其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

本发明通过获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定扬声器阵列的控制信号；根据控制信号控制扬声器阵列完成原始声源的听音区域声效恢复，提高了听音区域声效恢复的准确度。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的听音区域声效恢复设备的结构示意图；

图2为本发明听音区域声效恢复方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明听音区域声效恢复方法一实施例平面直角坐标系示意图；

图4为本发明听音区域声效恢复方法第二实施例的流程示意图；

图5为本发明听音区域声效恢复装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的听音区域声效恢复设备结构示意图。

如图1所示，该听音区域声效恢复设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对听音区域声效恢复设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及听音区域声效恢复程序。

在图1所示的听音区域声效恢复设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明听音区域声效恢复设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在听音区域声效恢复设备中，所述听音区域声效恢复设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的听音区域声效恢复程序，并执行本发明实施例提供的听音区域声效恢复方法。

本发明实施例提供了一种听音区域声效恢复方法，参照图2，图2为本发明听音区域声效恢复方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述听音区域声效恢复方法包括以下步骤：

步骤S10：获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号。

需要说明的是，本实施例的执行主体可以是一种具有数据处理、网络通信以及程序运行功能的计算服务设备，例如平板电脑、个人电脑、手机等，或者是一种能够实现上述功能的电子设备、听音区域声效恢复设备等。以下以听音区域声效恢复设备为例，对本实施例及下述各实施例进行说明。

可以理解的是，预设坐标系可以是平面直角坐标系、空间直角坐标系，也可以是其他坐标系，可以根据实际应用场景确定具体的坐标系，建立平面直角坐标系，坐标系的原点为O，原点坐标为(0，0)，若建立空间直角坐标系，坐标系原点为O，则原点坐标为(0,0,0)，本实施例以预设坐标系为平面直角坐标系为例进行说明，并不构成本实施例的限制。

应该理解的是，原始声源是需要进行听音区域声效恢复的声源，原始声源可以是一个，也可以是多个，若有一个原始声源时，则获取该原始声源的位置坐标和该原始声源的频域信号；若有多个原始声源时，则获取各原始声源的位置坐标以及各原始声源对应的频域信号，本实施例以一个原始声源为例进行说明，并不构成对本实施例的限制。

步骤S20：获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标。

可以理解的是，扬声器阵列是进行听音区域声效恢复的扬声器组成的阵列，在扬声器阵列中有多个扬声器，可以根据实际使用场景确定扬声器的个数，扬声器阵列中的各扬声器可以被设置在一个圆形平面上，也可以设置在一个球面上，在扬声器阵列中的各扬声器设置在一个圆形平面上时，可以使用平面直角坐标系，在扬声器阵列中的各扬声器设置在一个球面上时，可以使用空间直角坐标系，在具体的使用中，可以存在多种使用情况，根据具体的使用场景选取合适的坐标系，本实施例对此不作限制。

步骤S30：根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标。

可以理解的是，在对原始声源进行听音区域声效恢复的时候，需要将目标声场聚焦于特定区域内，并且降低其他区域的声能量。

应该理解的是，预设中心坐标是提前设置的需要将目标声场聚焦或降低的特定区域的中心坐标，可以预设中心坐标为圆心，以设定的长度为半径确定声区，可将需要声场聚焦的区域设定为明声区，需要将声音能量降低的区域设定为暗声区。

可以理解的是，可以在声区内进行随机采样，获得若干个采样点，采样点的个数可根据实际使用场景对听音区域声效恢复精度的要求进行确定，在得到若干个采样点后，获取各采样点在预设坐标系中的采样点坐标，其中在明声区中采样点的坐标为明声区声音采样点坐标，在暗声区中采样点的坐标为暗声区声音采样点坐标。

步骤S40：根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度。

可以理解的是，根据明声区声音采样点坐标、声源位置坐标和原始声源对应的频域信号可以确定原始声源在明声区内产生的径向质点速度；根据暗声区声音采样点坐标、原始声源的位置坐标和原始声源对应的频域信号后，可以确定原始声源在暗声区内的径向质点速度。

步骤S50：根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度。

可以理解的是，在获取到扬声器位置坐标和明声区声音采样点坐标后，可以根据获取到的数据确定扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度；在获取到扬声器位置坐标和暗声区声音采样点坐标后，可以根据获取到的数据确定扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度。

步骤S60：根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号。

可以理解的是，在得到原始声源在明声区内产生的径向质点速度、原始声源在暗声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度后，使得扬声器阵列的控制信号对应的代价函数F最小，此时根据代价函数的最小值可求得对应的扬声器阵列的控制信号。

步骤S70：根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复。

可以理解的是，在扬声器阵列的控制信号确定后，可根据所述控制信号完成原始声源的听音区域声效恢复。

进一步地，为了确定原始声源在声区内产生的径向质点速度，所述步骤S40包括：根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算。

可以理解的是，参照图3，图3为在平面直角坐标系下的示意图，也可以是在空间直角坐标系或其他坐标系，本实施例以平面直角坐标系为例进行说明，并不构成对本实施例的限制，假设为明声区的中心点坐标，/>为暗声区的中心点坐标，在明声区内随机选取t个声音采样点，可分别用/>表示，对应的平面直角坐标为(h_1x,h_1y),(h_2x,h_2y),...(h_tx,h_ty)，每一个采样点对应一个单位径向向量，可分别用/>表示，将明声区内的采样点坐标，声源频率，声源位置坐标，单位径向向量和声源的频域信号代入如上公式，即可得到原始声源在明声区内产生的径向质点速度；在暗声区内随机选取l个声音采样点，可分别用/>表示，对应的平面直角坐标为(k_1x,k_1y),(k_2x,k_2y),...(k_lx,k_ly)，每一个采样点对应的单位径向向量可分别用/>表示，将暗声区内的采样点坐标，声源频率，声源位置坐标，单位径向向量和声源频率代入如上公式，即可得到原始声源在暗声区内产生的径向质点速度。

进一步地，为了确定扬声器阵列在声区内产生的径向质点速度，所述步骤S50包括：根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。

可以理解的是，参照图3，假设扬声器整列中有n个扬声器，将n个扬声器的坐标，明声区的声音采样点坐标，声源频率，明声区的声音采样点坐标对应的单位径向向量代入上式，可得到扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度u_b1；将n个扬声器的坐标，暗声区的声音采样点坐标，声源频率，暗声区的声音采样点坐标对应的单位径向向量代入上式，可得到扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度u_d1。

进一步地，为了提高听音区域声效恢复的准确度，所述步骤S60包括：根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

可以理解的是，权重因子σ所属的区间为[0,1]，可根据实际使用场景确定权重因子的取值，将权重因子，扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度和原始声源在明声区内产生的径向质点速度代入预设代价函数，在代价函数F取最小值时，对应的q即为扬声器阵列的控制信号。

本实施例通过获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复，由于本实施例是通过原始声源在声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在声区内产生的径向质点速度确定扬声器阵列的控制信号，根据控制信号控制扬声器阵列完成原始声源的听音区域声效恢复，提高了听音区域声效恢复的准确度。

参考图4，图4为本发明听音区域声效恢复方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S30包括：

步骤S301：根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区。

可以理解的是，可以预先设定的第一预设中心坐标为圆心，以第一预设半径为圆的半径确定一个圆形区域，该圆形区域即为明声区。

应该理解的是，扬声器阵列对应的声区可以有多个明声区，若有多个明声区，可以根据预先设定的中心坐标和半径，确定其他明声区的区域范围，明声区个数的多少可根据实际使用场景设定，本实施例对此不作限制。

步骤S302：根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区。

可以理解的是，可以预先设定的第二预设中心坐标为圆心，以第二预设半径为圆的半径确定一个圆形区域，该圆形区域即为暗声区。

应该理解的是，扬声器阵列对应的声区可以有多个暗声区，若有多个暗声区，可以根据预先设定的中心坐标和半径，确定其他暗声区的区域范围，暗声区个数的多少可根据实际使用场景设定，本实施例对此不作限制。

步骤S303：在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点。

可以理解的是，在明声区区域内，可以随机采集预设数量的明声区声音采样点，在暗声区内，可以随机采集预设数量的暗声区声音采样点。

步骤S304：获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

可以理解的是，在明声区声音采样点和暗声区声音采样点确定后，可以获取各采样点在预设坐标系中的坐标。

本实施例根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标，能够满足不同的使用场景。

参照图5，图5为本发明听音区域声效恢复装置第一实施例的结构框图。

如图5所示，本发明实施例提出的听音区域声效恢复装置包括：第一获取模块10、第二获取模块20、声区确定模块30、第一径向质点速度确定模块40、第二径向质点速度确定模块50、控制信号确定模块60和听音区域声效恢复模块70；

所述第一获取模块10，用于获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；

所述第二获取模块20，用于获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；

所述声区确定模块30，用于根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；

所述第一径向质点速度确定模块40，用于根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

所述第二径向质点速度确定模块50，用于根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

所述控制信号确定模块60，用于根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；

所述听音区域声效恢复模块70，用于根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复。

基于本发明上述听音区域声效恢复装置第一实施例，提出本发明听音区域声效恢复装置的第二实施例。

在本实施例中，所述声区确定模块30还用于根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

所述第一径向质点速度确定模块40还用于根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算，a＝1,2,...,t。

所述第二径向质点速度确定模块50还用于根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，/>为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。

所述控制信号确定模块60还用于根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

本发明听音区域声效恢复装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种听音区域声效恢复方法，其特征在于，所述方法包括：

获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；

获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；

根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；

根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；

根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复；

其中，所述声区包括明声区和暗声区，所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度包括原始声源在所述明声区内产生的径向质点速度和原始声源在所述暗声区内产生的径向质点速度，所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度包括扬声器阵列在所述明声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在所述暗声区内产生的径向质点速度，所述根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号的步骤，包括：

根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；

其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设中心坐标包括第一预设中心坐标和第二预设中心坐标，所述根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标，包括：

根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；

根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；

在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；

获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度，包括：

根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算，a＝1,2,...,t。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度，包括：

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。

5.一种听音区域声效恢复装置，其特征在于，所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块、声区确定模块、第一径向质点速度确定模块、第二径向质点速度确定模块、控制信号确定模块和听音区域声效恢复模块；

所述第一获取模块，用于获取原始声源在预设坐标系中的声源位置坐标，以及所述原始声源对应的频域信号；

所述第二获取模块，用于获取扬声器阵列中各扬声器在所述预设坐标系中的扬声器位置坐标；

所述声区确定模块，用于根据预设中心坐标确定所述扬声器阵列对应的声区，并获取所述声区内各声音采样点的采样点坐标；

所述第一径向质点速度确定模块，用于根据所述各声音采样点的采样点坐标、所述声源位置坐标和所述频域信号确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

所述第二径向质点速度确定模块，用于根据所述各扬声器的扬声器位置坐标和所述各声音采样点的采样点坐标确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

所述控制信号确定模块，用于根据所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度和所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度确定所述扬声器阵列的控制信号；

所述听音区域声效恢复模块，用于根据所述控制信号控制所述扬声器阵列完成听音区域声效恢复；

其中，所述声区包括明声区和暗声区，所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度包括原始声源在所述明声区内产生的径向质点速度和原始声源在所述暗声区内产生的径向质点速度，所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度包括扬声器阵列在所述明声区内产生的径向质点速度和扬声器阵列在所述暗声区内产生的径向质点速度，所述控制信号确定模块，还用于：

根据原始声源在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度、扬声器阵列在暗声区内产生的径向质点速度和权重因子，通过预设代价函数确定所述扬声器阵列的控制信号；

其中，所述预设代价函数为：

F＝σu_d1 ^Hu_d1+(1-σ)(u_b1-u_b0)^H(u_b1-u_b0)

式中，σ为权重因子，u_d1为扬声器阵列在暗声区内产生径向质点速度，u_b1为扬声器阵列在明声区内产生的径向质点速度，u_b0为原始声源在明声区内产生的径向质点速度，H表示共轭转置运算。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设中心坐标包括第一预设中心坐标和第二预设中心坐标，所述声区包括明声区和暗声区，所述声区确定模块还用于：

根据第一预设中心坐标和第一预设半径确定所述扬声器阵列对应的明声区；

根据第二预设中心坐标和第二预设半径确定所述扬声器阵列对应的暗声区；

在所述明声区内选取预设数量的明声区声音采样点，在所述暗声区内选取预设数量的暗声区声音采样点；

获取各明声区声音采样点的坐标和各暗声区声音采样点的坐标。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一径向质点速度确定模块还用于：

根据各声音采样点的采样点坐标、声源位置坐标、频域信号、声源频率和单位径向向内向量，通过第一预设公式确定所述原始声源在所述声区内产生的径向质点速度；

其中，所述第一预设公式为：

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，表示声源位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，s(ω)表示频域信号，t表示采样点的数量，T表示转置运算，a＝1,2,...,t。

8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述第二径向质点速度确定模块还用于：

根据所述各扬声器的扬声器位置坐标、所述各采样点坐标、声源频率、单位径向向内向量，通过第二预设公式确定所述扬声器阵列在所述声区内产生的径向质点速度；

其中所述第二预设公式为：

u₂＝Eq

式中，为采样点坐标，i为虚数单位，k＝2πf/c，f表示声源频率，c表示声音传播速度，为扬声器位置坐标，/>表示以所述各声音采样点所包围的区域中心点为原点的单位径向向内向量，q为扬声器阵列的控制信号，j＝1,2,...,n，a＝1,2,...,t，n表示扬声器数量，t表示采样点数量。