CN116582792B - 一种无束缚远近场自由可控的音响装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无束缚远近场自由可控的音响装置，包括参数协调模块、模拟响应模块、响应解析模块、声场切换模块、若干音响单元以及若干接收单元，所述音响单元和接收单元对应地安装于同一实体。首先通过对音频需求现场信息的获取，在基准声场模型的基础上，对实景的环境对音响的声音收发带来的影响计算，通过环境约束条件对目标声场位置和音频输出参数之间的关系进行配置，直接可以通过预先配置的环境约束条件计算目标声场位置对应的每个音响单元的需要的音频输出参数，这样可以保证音响单元相互之间无需在变化目标声场位置时再进行协调配置每个音响单元的输出，保证较佳的视听体验。

Description

一种无束缚远近场自由可控的音响装置

技术领域

本发明涉及音响控制技术领域，更具体地说，涉及一种无束缚远近场自由可控的音响装置。

背景技术

目前，音响装置作为大型活动、商演的主要音频输出设备，应用较为广泛，而目前的音响装置主要通过音控台调节输出，而音控台是需要通过音控师根据人为经验进行调节，以使声音输出音响可以达到较佳的协同以及最优，而实际使用过程中，首先较为依赖音控师的经验，其次每次切换时，由于演讲人员或者演唱者以及音乐的音调、音频、音色的不同，导致一般现场的音频输出就需要进行频繁的调节，才能使现场的效果最佳，而这种调节还受到音响设备和环境音的束缚，所以一般例如演唱会这样的活动，才能达到较高的音响输出参数的切换，以及较佳的听觉体验，而如果是设置移动的会议、或者舞台场景，或者移动的音响装置，而近场音效和远场音效也有所不同，音响输出单元之间的配合也需要进行协调，而这种协调会受限于音频装置的输出，难以达到较为舒适的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种无束缚远近场自由可控的音响装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无束缚远近场自由可控的音响装置，包括参数协调模块、模拟响应模块、响应解析模块、声场切换模块、若干音响单元以及若干接收单元，所述音响单元和接收单元对应地安装于同一实体；

所述参数协调模块根据音响单元的参数信息生成基准声场模型；

所述模拟响应模块从基准声场模型中获取每一音响单元的等效输出特征，并根据等效输出特征从预先建立的模拟响应数据库中调取对应的模拟指令，并通过音响单元执行所述模拟指令以输出声音信息；

所述响应解析模块根据接收到的声音信息构建对应当前声场位置的还原声音信息，并比对还原声音信息与理论声音信息以生成差值音频数据，根据差值音频数据生成每一音响单元的环境约束条件，所述环境约束条件反映目标声场位置和音频输出参数之间的关系，将环境约束条件配置于对应的音响单元；

所述声场切换模块根据目标声场位置计算每一音响单元的声场位置变化量，将目标声场位置代入所述环境约束条件以获得对应的音频输出参数，并根据音频输出参数控制对应的音响单元工作。

进一步地，所述参数信息包括基准音控数据，所述基准音控数据包括音控需求参数，所述音控需求参数包括频率范围、音量范围以及特殊音效；

所述参数协调模块包括有表演索引单元、需求输入单元、样本分析单元，所述表演索引单元根据输入的表演数据通过外部数据库索引对应的音控需求参数，所述需求输入单元根据用户输入的信息生成所述音控需求参数，所述样本分析单元根据接收单元获取的音频分析样本生成对应的音控需求参数。

进一步地，所述参数协调模块配置有协调代价算法用于计算协调代价，所述协调代价算法配置为，其中/>为协调代价，/>为预设的频率代价权重，/>为预设的音量代价权重，/>为预设的音效代价权重，有，/>为预设的频率代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的频率代价值，/>为预设的音量代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的音量代价值，/>为音效代价值构成的数组，/>为音控需求参数中特殊音效对应的音效代价值；

所述基准声场模型包括声场需求函数，所述声场需求函数被配置为，其中，/>为坐标值为/>的声场需求值，/>为当前声场位置对应的声场需求值，通过参数信息中输入的环境类型数据查表获得，/>为坐标值为/>的位置与当前声场位置的距离值。

进一步地，所述参数信息包括音响基准数据，所述音响基准数据包括频率负荷函数、音量负荷函数，所述参数协调模块预先构建有基准索引数据库，所述基准索引数据库根据用户输入的音响硬件数据匹配对应的音响基准数据；

所述基准声场模型包括有对应每一音响单元配置的声场负荷函数，所述声场负荷函数被配置为，其中，/>为第/>个音响单元对应坐标值为/>的声场负荷值，/>为预设的频率负荷权重，/>为预设的音量负荷权重，/>为频率负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到频率基准需求时对应该音响单元的频率负荷，为音量负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到音量基准需求时对应该音响单元的音量负荷，/>为参数信息中频率需求基准，/>为参数信息中音量需求基准。

进一步地，所述的等效输出特征为声场负荷值最大和最小值，对应的频率负荷和音量负荷，对应的，模拟响应数据库配置有对应的频率负荷范围和音量负荷范围作为模拟指令的索引。

进一步地，每一所述接收单元配置有旁瓣滤波器，每一旁瓣滤波器对应不同的模拟指令配置对应的滤波指令，所述响应解析模块根据音响单元与当前声场位置的距离生成音频叠加权重，并通过音频叠加权重加权叠加获得的声音信息以生成还原声音信息；

所述响应解析模块包括音频解析单元，所述音频解析单元根据差值音频数据生成频率干扰差值和音量干扰差值。

进一步地，所述环境约束条件为目标声场位置对应的约束值最小值，所述的约束值通过约束公式计算获得，获取每一音响单元的负荷配置变量权重，所述音频输出参数根据负荷配置权重通过查询预先配置有音频参数表获得，所述约束公式为，其中，/>为约束值，/>，/>为基准声场模型对应的面域，/>为面域中坐标为/>的坐标价值，/>为干扰基准负荷值，根据频率干扰差值和音量干扰差值通过查询预先配置的干扰索引表获得，/>为负荷配置变量权重。

进一步地，还包括更新模块，所述更新模块配置有更新条件，当更新条件满足时，所述更新模块向所述模拟响应模块发送更新请求，所述模拟响应模块根据更新请求重新输出模拟指令。

进一步地，所述更新条件为更新间隔时间达到预设的第一更新时长。

本发明技术效果主要体现在以下方面：通过这样设置，首先通过对音频需求现场信息的获取，构建出固态的基准声场模型，然后在基准声场模型的基础上，通过模拟音响单元的输出，以及比对实际接收到的情况，对实景的环境对音响的声音收发带来的影响计算，通过环境约束条件对目标声场位置和音频输出参数之间的关系进行配置，当需要更换目标声场位置时，直接可以通过预先配置的环境约束条件计算目标声场位置对应的每个音响单元的需要的音频输出参数，这样可以保证音响单元相互之间无需在变化目标声场位置时再进行协调配置每个音响单元的输出，同时能够消除环境、硬件、现场需求等因素对音响单元参数调整的束缚，保证较佳的视听体验。

附图说明

图1：本发明一种无束缚远近场自由可控的音响装置系统架构原理图；

图2：本发明一种无束缚远近场自由可控的音响装置系统基准声场模型原理图。

附图标记：100、参数协调模块；200、模拟响应模块；300、响应解析模块；400、声场切换模块；500、更新模块；11、音响单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

一种无束缚远近场自由可控的音响装置，包括参数协调模块100、模拟响应模块200、响应解析模块300、声场切换模块400、若干音响单元11以及若干接收单元，所述音响单元11和接收单元对应地安装于同一实体；首先，本发明的音响单元11和其他的音响单元11不同之处在于，对应每个音响单元11都会设置一个接收单元，这个接收单元是用于接收模拟指令产生的声音信息，这样就可以获知到期望的声音信息和理论上的声音信息的区别，而传统的调音方式是一个调音师在现场的目标位置站立，另一个调音师进行调节和输出，通过调音师的直观经验反馈获得对应的调节信息，而本发明可以通过每个接收单元分别接收到的声音信息，尝试重构目标声场位置的接收到的声音信息，而通过数据计算的方式进行分析，这样对人为经验的依赖降低。

所述参数协调模块100根据音响单元11的参数信息生成基准声场模型；如图2所示，基准声场模型包括目标声场的位置、音响的位置，以及每个坐标对应的声场需求值和参数信息的函数关系（通过虚线的包络线示出），每个坐标对应音响单元11的声场负荷值（通过实线的包络线示出），如果是有四个音响单元11组成的模型，那么对应没有坐标在参数信息没有变化的情况下都有一个生产需求值以及四个声场负荷值，这样就可以在位置发生变化时，确定在保证大部分的位置听感效果的前提下，可以动态计算出每个音响单元11的负荷情况，同时，在参数信息变化的情况下，例如音乐会或者演唱会中，所演绎的音乐节目的风格变化较大的情况时产生的参数信息的变化，可以马上重新构建出新的基准声场模型，保证调节的重新计算。例如所述参数信息包括基准音控数据，所述基准音控数据包括音控需求参数，所述音控需求参数包括频率范围、音量范围以及特殊音效；一般音控需求参数是表示需要听众感知到的音量、音频的范围以及对应需要用到了一些特殊音效。例如快节奏的摇滚在音量和频率上都需要较高。反之，如果是舒缓的音乐，则需要较低的频率和音量。

所述参数协调模块100包括有表演索引单元、需求输入单元、样本分析单元，所述表演索引单元根据输入的表演数据通过外部数据库索引对应的音控需求参数，首先音控需求参数可以根据表演数据，例如要演唱的曲目，然后通过外部数据库可以对曲目和对应的音控需求参数之间的关联提取，从而得到音控需求信息，因为外部数据库可以调取完整的音乐内容，提前对音乐内容进行特征化提取，就可以确定对应的音量和频率。所述需求输入单元根据用户输入的信息生成所述音控需求参数，可以通过调音师直接输入对应曲目的音控需求参数，所述样本分析单元根据接收单元获取的音频分析样本生成对应的音控需求参数。如果遇到自定义曲目，可以在通过试演中获取的对应的音频分析样本直接生成音控需求参数，而将音乐转化成音控需求参数的逻辑较为简单，已经在多个场景中适用。

所述参数协调模块配置有协调代价算法用于计算协调代价，所述协调代价算法配置为，其中/>为协调代价，/>为预设的频率代价权重，/>为预设的音量代价权重，/>为预设的音效代价权重，有/>，为预设的频率代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的频率代价值，/>为预设的音量代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的音量代价值，/>为音效代价值构成的数组，/>为音控需求参数中特殊音效对应的音效代价值；协调代价算法是根据对应的获得音控需求参数进行代价的计算，也就是计算理论上在目标区域产生这样的听感需要的固定的代价，首先频率映射函数和音量映射函数都是通过调取对应的代价值，然后将代价值再带入到函数中获得的，而代价值是通过预先构建的额频率代价表和音量代价表根据对应的频率范围和音量范围索引获得，需要说明的是，作为优选的，对应的频率范围和音量范围还可以包括浓度，浓度表示该范围出现对应频率值和音量值的次数，这样可以得到的代价值的粒度也就越细，而每个特殊音效都通过查表有对应的代价值，然后通过求和所有特殊音效所在的数组就可以获得对应的特殊音效的代价，也就表征了，而代价的映射函数就是反映音量效果和音频效果在空气中的衰减的效率，所以这个频率代价映射函数和音量代价映射函数可以根据对应场景下的理论上的音量衰减和频率干扰去设置，而也可以采用最为基准的音量衰减公式以及设置最基准的频率干扰因子去配置，代价已知的情况下，具体越远，对应产生的损失也就越大，对硬件设备的参数输出的要求也就越高。

所述基准声场模型包括声场需求函数，所述声场需求函数被配置为，其中，/>为坐标值为/>的声场需求值，/>为当前声场位置对应的声场需求值，通过参数信息中输入的环境类型数据查表获得，/>为坐标值为/>的位置与当前声场位置的距离值。由于代价已知，所以每个位置的需求值也可以通过计算获得，声场需求值反映这个位置对声音清晰度的要求，例如有些场景对声音清晰度要求较高，某些场景对音量要求较高，所以根据输入的不同的场景就可以确定当前位置的声场需求值，也就可以分析出其他所有坐标的声场需求值，而这样就可以计算对应的声场需求。

所述参数信息包括音响基准数据，所述音响基准数据包括频率负荷函数、音量负荷函数，所述参数协调模块预先构建有基准索引数据库，所述基准索引数据库根据用户输入的音响硬件数据匹配对应的音响基准数据；每个音响单元对应不同的硬件参数配置，所以就可以根据硬件参数配置调取对应音响基准数据，频率负荷函数反映了输出不同频率对音响产生的负荷，音量负荷函数反映了输出不同的音量对音响产生的负荷，这个负荷包括器件的使用负荷，更包括音质上的损失，而这个基准索引数据库的构建是根据调音师对音响单元的参数和其音质输出的关联性预先录入的，通过索引就可以获得。

所述基准声场模型包括有对应每一音响单元配置的声场负荷函数，所述声场负荷函数被配置为，其中，/>为第/>个音响单元对应坐标值为/>的声场负荷值，/>为预设的频率负荷权重，/>为预设的音量负荷权重，/>为频率负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到频率基准需求时对应该音响单元的频率负荷，为音量负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到音量基准需求时对应该音响单元的音量负荷，/>为参数信息中频率需求基准，/>为参数信息中音量需求基准。由于频率和音量负荷已知，所以要在目标位置输出对应频率以及对应音量的数据，同时保证音质的情况下，需要音响输出的音量以及数据频率的大小，就可以计算出在这个场域中的每个坐标的负荷值，然后通过加权的方式就可以计算出每个音响单元去输出对应频率和音量的声音，所需要的负荷，例如考虑到声音干扰，所以需要设置数据更加精细的频率输出，提高音质，保证清晰度，例如声音衰减，就需要设置更高的音量输出。

所述模拟响应模块200从基准声场模型中获取每一音响单元11的等效输出特征，所述的等效输出特征为声场负荷值最大和最小值，对应的频率负荷和音量负荷，对应的，模拟响应数据库配置有对应的频率负荷范围和音量负荷范围作为模拟指令的索引。等效输出特征是声场负荷值分别在最大值和最小值时，对应的频率负荷和音量负荷，将这些值作为模拟指令的索引，模拟指令通过模拟对应的情况，从而得出实际情况和理论情况的差别，以消除环境约束。

并根据等效输出特征从预先建立的模拟响应数据库中调取对应的模拟指令，并通过音响单元11执行所述模拟指令以输出声音信息；每一所述接收单元配置有旁瓣滤波器，每一旁瓣滤波器对应不同的模拟指令配置对应的滤波指令，所述响应解析模块300根据音响单元11与当前声场位置的距离生成音频叠加权重，并通过音频叠加权重加权叠加获得的声音信息以生成还原声音信息；首先如果需要消除环境因素，理论上需要在目标位置安装一个接收装置，而这样成本过高也存在不便性，所以在每个音响单元11一体设置一个接收单元，通过旁瓣滤波器进行滤波，然后对接收到的声音进行加权叠加，就可以近似对声音目标位置的实际接收到的声音进行还原。

所述响应解析模块300包括音频解析单元，所述音频解析单元根据差值音频数据生成频率干扰差值和音量干扰差值。通过干扰差值的计算，就可以得到实际与理论的偏差，通过这个偏差就可以生成对应的约束条件，例如不同的频率干扰差值和音量干扰差值对应的干扰基准负荷值不同，如果偏差非常小，则说明环境音影响较小，则可以适当减小干扰基准负荷值，使调节的变量尽可能减小，反之需要增加调节的变量。

所述响应解析模块根据接收到的声音信息构建对应当前声场位置的还原声音信息，并比对还原声音信息与理论声音信息以生成差值音频数据，根据差值音频数据生成每一音响单元的环境约束条件，所述环境约束条件反映目标声场位置和音频输出参数之间的关系，将环境约束条件配置于对应的音响单元；所述环境约束条件为目标声场位置对应的约束值最小值，所述的约束值通过约束公式计算获得，获取每一音响单元的负荷配置变量权重，所述音频输出参数根据负荷配置权重通过查询预先配置有音频参数表获得，所述约束公式为，其中，/>为约束值，/>，/>为基准声场模型对应的面域，/>为面域中坐标为/>的坐标价值，为干扰基准负荷值，根据频率干扰差值和音量干扰差值通过查询预先配置的干扰索引表获得，/>为负荷配置变量权重。通过约束条件，使整个区域以目标位置为中心，每个位置都得到对应的听感上的保证，如果越多的位置在听感上的能够得打保证，则约束值越小，反之，则约束值越大，所以约束值标识对应的听感，而每个音响的负荷配置变量的权重分配又应县过了约束值的计算，所以在约束值最小时，可以得到最优的负荷配置变量权重，利用这个负荷配置变量权重，就可以获得对应的音频参数，也就是负荷配置变量权重表示在该目标位置下，每个音响单元需要承担的责任的比例，依据这个比例，音响单元可以自行协调任务，也就是说，而不用人为进行介入，也能保证听感。

所述声场切换模块400根据目标声场位置计算每一音响单元11的声场位置变化量，将目标声场位置代入所述环境约束条件以获得对应的音频输出参数，并根据音频输出参数控制对应的音响单元11工作。

还包括更新模块500，所述更新模块500配置有更新条件，当更新条件满足时，所述更新模块500向所述模拟响应模块200发送更新请求，所述模拟响应模块200根据更新请求重新输出模拟指令。所述更新条件为更新间隔时间达到预设的第一更新时长。更新模块500的设置是为了重新进行调试，保证外部情况变化时，可以及时进行反馈和更新。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：包括参数协调模块、模拟响应模块、响应解析模块、声场切换模块、若干音响单元以及若干接收单元，所述音响单元和接收单元对应地安装于同一实体；

所述参数协调模块根据音响单元的参数信息生成基准声场模型；

所述模拟响应模块从基准声场模型中获取每一音响单元的等效输出特征，并根据等效输出特征从预先建立的模拟响应数据库中调取对应的模拟指令，并通过音响单元执行所述模拟指令以输出声音信息；

所述响应解析模块根据接收到的声音信息构建对应当前声场位置的还原声音信息，并比对还原声音信息与理论声音信息以生成差值音频数据，根据差值音频数据生成每一音响单元的环境约束条件，所述环境约束条件反映目标声场位置和音频输出参数之间的关系，将环境约束条件配置于对应的音响单元；

所述声场切换模块根据目标声场位置计算每一音响单元的声场位置变化量，将目标声场位置代入所述环境约束条件以获得对应的音频输出参数，并根据音频输出参数控制对应的音响单元工作；

所述参数信息包括基准音控数据，所述基准音控数据包括音控需求参数，所述音控需求参数包括频率范围、音量范围以及特殊音效；

所述参数协调模块包括有表演索引单元、需求输入单元、样本分析单元，所述表演索引单元根据输入的表演数据通过外部数据库索引对应的音控需求参数，所述需求输入单元根据用户输入的信息生成所述音控需求参数，所述样本分析单元根据接收单元获取的音频分析样本生成对应的音控需求参数；

所述参数协调模块配置有协调代价算法用于计算协调代价，所述协调代价算法配置为，其中/>为协调代价，/>为预设的频率代价权重，/>为预设的音量代价权重，/>为预设的音效代价权重，有/>，为预设的频率代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的频率代价值，/>为预设的音量代价映射函数，/>为音控需求参数中频率范围对应的音量代价值，/>为音效代价值构成的数组，/>为音控需求参数中特殊音效对应的音效代价值；

所述基准声场模型包括声场需求函数，所述声场需求函数被配置为，其中，/>为坐标值为/>的声场需求值，/>为当前声场位置对应的声场需求值，通过参数信息中输入的环境类型数据查表获得，/>为坐标值为/>的位置与当前声场位置的距离值。

2.如权利要求1所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：所述参数信息包括音响基准数据，所述音响基准数据包括频率负荷函数、音量负荷函数，所述参数协调模块预先构建有基准索引数据库，所述基准索引数据库根据用户输入的音响硬件数据匹配对应的音响基准数据；

所述基准声场模型包括有对应每一音响单元配置的声场负荷函数，所述声场负荷函数被配置为，其中，/>为第/>个音响单元对应坐标值为/>的声场负荷值，/>为预设的频率负荷权重，/>为预设的音量负荷权重，/>为频率负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到频率基准需求时对应该音响单元的频率负荷，为音量负荷函数，反映坐标值为/>的位置需要达到音量基准需求时对应该音响单元的音量负荷，/>为参数信息中频率需求基准，/>为参数信息中音量需求基准。

3.如权利要求2所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：所述的等效输出特征为声场负荷值最大和最小值，对应的频率负荷和音量负荷，对应的，模拟响应数据库配置有对应的频率负荷范围和音量负荷范围作为模拟指令的索引。

4.如权利要求3所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：每一所述接收单元配置有旁瓣滤波器，每一旁瓣滤波器对应不同的模拟指令配置对应的滤波指令，所述响应解析模块根据音响单元与当前声场位置的距离生成音频叠加权重，并通过音频叠加权重加权叠加获得的声音信息以生成还原声音信息；

所述响应解析模块包括音频解析单元，所述音频解析单元根据差值音频数据生成频率干扰差值和音量干扰差值。

5.如权利要求4所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：所述环境约束条件为目标声场位置对应的约束值最小值，所述的约束值通过约束公式计算获得，获取每一音响单元的负荷配置变量权重，所述音频输出参数根据负荷配置权重通过查询预先配置有音频参数表获得，所述约束公式为，其中，/>为约束值，，/>为基准声场模型对应的面域，/>为面域中坐标为/>的坐标价值，/>为干扰基准负荷值，根据频率干扰差值和音量干扰差值通过查询预先配置的干扰索引表获得，/>为负荷配置变量权重。

6.如权利要求1所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：还包括更新模块，所述更新模块配置有更新条件，当更新条件满足时，所述更新模块向所述模拟响应模块发送更新请求，所述模拟响应模块根据更新请求重新输出模拟指令。

7.如权利要求6所述的一种无束缚远近场自由可控的音响装置，其特征在于：所述更新条件为更新间隔时间达到预设的第一更新时长。