CN113965842A

CN113965842A - 一种基于wfs波场合成技术的可变声学家庭影院音响***

Info

Publication number: CN113965842A
Application number: CN202111454479.2A
Authority: CN
Inventors: 徐真德
Original assignee: Full Dimension Multimedia Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Full Dimension Multimedia Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-01-21

Abstract

本发明公开了一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，包括数字音源信号模块、解码器、波场合成处理器、若干阵列分布的拾音器和卷积矩阵模块，所述若干阵列分布的拾音器实时地拾取空间中的声源信号，各拾音器所拾取的信号分别与虚拟空间的3D脉冲响应实时卷积处理，得到各拾音器位置所触发的相应的3D虚拟空间反射声信号，这些反射声的信号也实时地馈送进波场合成的处理器中，用“平面波”进行还原来自各个方向的反射声来叠加空间印象。本发明提供一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，可以做到相对所有物理座位均处在“虚拟扬声器”所覆盖中心区域，大幅扩大了“皇帝位”，让每一个座位都能处于最佳的听音区内进行体验片源内容的重构，有效解决了“皇帝位”受制于物理空间的限制，达到360°全方位更为均匀、饱满的声场体验。

Description

一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***

技术领域

本发明涉及家用音响技术领域，具体来说是一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***。

背景技术

家庭影院音响***是指将只有在影院才能享受到的音响效果逼真地呈现在家中，这是当今数字技术和模拟音频技术完美结合的产物。当今现代家庭影院的片源格式较为丰富，无论是CD、DVD、蓝光碟、硬盘播放器等传统播放媒介，或是基于流媒体技术的网络媒介，无论其采用基于声道的技术还是采用基于对象技术进行制作与编码，最终解码后的音频格式基本上可以概括为以下几种：2声道立体声、5.1声道、7.1声道、5.1.2声道、5.1.4声道、7.1.4声道、9.1.6声道等多声道的形式进行还音。然而这些多声道格式的声场重构，会在音响布局的中心点或中心区域存在一个最佳听音点或听音区，这一点或区通常被称作为“皇帝位”，即在“皇帝位”方能较为准确地对片源信号内容进行主观体验，重构出录制时录音师、混音师的制作意图，相反越是偏离“皇帝位”的座位，其声像定位越会发生畸变。

家庭影院音响***涉及的方面有很多，功放，喇叭，音箱的布局，声场环境的处理都会对音质和“皇帝位”产生较大影响。鉴于一般家庭的影院面积均为中小型房间，其场地面积有限，无法达到相关行业认证的商业影院的空间尺寸规模 (如杜比认证的商业影厅有一定的尺寸规模要求)，为了获得更高的音质和更广阔的“皇帝位”，一般家庭影院的音响位置摆放就变得尤为重要，同时音响的摆放也是最为复杂。现有的家庭影院音响大多数是固定摆放，为了追求音质效果和“皇帝位”范围，需要反复实验摆放位置，非常不方便，且由于一般家庭影院的场地限制，在摆放完成后，会随着室内格局或人数的变化，音质效果和“皇帝位”范围都产生较大差异，很难追求完美。

为了解决以上技术问题，业界进行了调节音箱位置以提高音质和扩大“皇帝位”的相关研究。如中国发明专利公告第CN 105959869 A号，其公开了一种方便调节音箱位置的家庭影院音箱***，包括中部的功放，所述功放下部设有用于收集信息线缆的收线盘，所述收线盘外部还环绕有滑轨，所述滑轨上嵌套有至少一个能够在滑轨上滑动的音箱，所述音箱通过信息线缆与功放连接。该发明通过增设滑轨，并在滑轨上嵌套可随滑轨运动的音箱，方便实时调整音箱的位置，使音箱发出的声音达到最佳效果；增设收线盘，可以方便功放通过信息线缆与不同位置的音箱进行连接，由于音箱是可以较为方便的移动位置，收线盘可以放出和收入信息线缆，信息线缆不会散乱，整个安装在电视墙上的家庭影院音响***也显得很美观；使家庭影院音响***与电视墙结合成一个整体，实用性大大增加，适宜广泛推广应用。然而，该专利所公开的一种方便调节音箱位置的家庭影院音响***虽然通过增设滑轨来达到可方便调节音箱位置的作用，但是结构上更为复杂，设备成本上耗费更多，虽然解决了家庭影院音箱移动的难题并适当提升了音质，但是在调节音箱位置时依然需要进行人工干预，且整体未起到扩大“皇帝位”的效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***。

为了实现上述目的，本发明专利设计一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***。一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，包括：

数字音源信号模块：数字音源信号模块通过解码器将数字音源信号分解为多通道音床信号、对象音频和对象元数据；

解码器：解码器通过音频线连接输入路由和声像矩阵，将多通道音床信号和对象音频传输至波场合成处理器，最后通过网络协议将对象元数据传输至波场合成处理器；

波场合成处理器：波场合成处理器采用WFS扬声器阵列来重构声场(详情见中国实用新型专利ZL201620657041.2—一种基于WFS波场合成的听音室扬声器布局结构)，虚拟扬声器被重构于物理空间之外，所述波场合成处理器是通过平面波进行还原来自各个方向的反射声来叠加空间印象；

还包括：

若干阵列分布的拾音器：能够实时地拾取空间中的声源信号；

卷积矩阵模块：对各拾音器所拾取的信号分别与虚拟空间的3D脉冲响应实时卷积处理，得到各拾音器位置所触发的相应的虚拟房间3D反射声信号和虚拟房间3D反射声方位元数据，虚拟房间3D反射声信号通过输入路由和声像矩阵传输至波场合成处理器，虚拟房间3D反射声方位元数据通过网络协议传输至波场合成处理器。

优选地，所述一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，还包括所述波场合成处理器通过DA转换器连接功放阵列和WFS扬声器阵列。

优选地，所述一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，还包括所述阵列分布的拾音器Mic 1-Mic n所拾取的音频信号定义为X(n),n取整数，n的数值表示拾音器的编号。

优选地，所述一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，还包括所述虚拟空间3D脉冲响应IR定义为h(m)，m表示3D空间中各个方向参量ID，数量的多少取决于空间的离散细分或微分程度。

优选地，所述一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，还包括所述平面波定义为虚拟房间3D反射声方位元数据。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.免去调试音箱位置的步骤，且得到的音质更高；

2.最佳听音点“皇帝位”范围明显扩大，有效解决了“皇帝位”受制于物理空间的限制，达到360°全方位更为均匀、饱满的声场体验。

附图说明

图1为一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院***图。

1.数字音源信号模块2.解码器3.波场合成处理器4.卷积矩阵模块5.若干阵列分布的拾音器6.多通道音床信号7.对象音频8.对象元数据9.音频线10.输入路由 11.声像矩阵12.网络协议13.WFS扬声器阵列14.虚拟房间3D反射声15.虚拟房间3D反射声方位元数据16.DA转换器17.功放阵列。

图2为传统多声道家庭影院音响***的皇帝位局限示意图。

图3为一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音箱***的皇帝位示意图。

图4为矩阵分布式拾音器点位示意图。

图5为7.0.4的3D方向示意图。

图6为添加IR定义的7.0.4的3D方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的所采用的技术方案作进一步的说明，以便本领域技术人员能够更好地理解本发明。

参考《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》(GB/T 50356-2005)、《电影院建筑设计规范》(JBJ5B-2008)、《电影院视听环境技术要求》(GB/T 3557-94)、《数字立体声电影院的技术规范》(GY/183-2002)等标准，影院的音质设计通常把混响时间限制在一个较低参数如下：

各小型影院500-1000HZ影响时间：

房间容积	≤200m3	200～350m3	350～500m3
				混响时间(s)	0.15～0.35	0.25～0.40	0.30～0.45

但是有时候聆听如Hi-Fi双声道等片源内容或者当体验者希望身处于各种音乐厅、教堂等声场环境下聆听时，视听室对声学的设计有着完全不同的要求。

参见图1和图4，本发明提供一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，用于解决传统家庭影院音响***存在的调整音箱步骤繁琐和皇帝位较少且音质较差等问题，所述一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***包括数字音源信号模块1、解码器2、波场合成处理器3、卷积矩阵模块4、若干阵列分布的拾音器(即是图4中的黑点，吊装布局在房间天花板上) 5、多通道音床信号6、对象音频7、对象元数据8、音频线9、输入路由10、声像矩阵11、网络协议12、WFS扬声器阵列13、虚拟房间3D反射声信号14、虚拟房间3D反射声方位元数据15、DA转换器16和功放阵列17。

参见图1，图中若干阵列分布的拾音器4(Mic 1-Mic n)所拾取的音频信号定义为X(n)，n取整数，n的数值表示拾音器的编号。

参见图1和图5，虚拟房间3D脉冲响应IR定义为h(m)，m表示3D空间中各个方向参量ID，数量的多少取决于空间的离散细分或微分程度，图中，m取 1-11的整数，1表示L(左前方向)，2表示R(右前方向)，3表示C(中前方向)，4表示LSS(左侧方向)，5表示RSS(右侧方向)，6表示Lb(左后方向)，7表示Rb(右后方向)，8表示Ltf(左前高方向)，9表示Rtf(右前高方向)，10表示Ltb(左后高方向)，11表示Rtb(右后高方向)，由此h(m)则可分别为：h(1)＝IR(L)、h(2)＝IR(R)、h(3)＝IR(C)、h(4)＝IR(LSS)、h(5)＝IR(RSS)、 h(6)＝IR(Lb)、h(7)＝IR(Rb)、h(8)＝IR(Ltf)、h(9)＝IR(Rtf)、h(10)＝IR(Ltb)、 h(11)＝IR(Rtb)。

参见图1，定义y_m(n)为各个方向矩阵式卷积后的虚拟房间3D反射声信号 14，则有：

参见图1，在具体使用过程中，数字音源信号模块1通过解码器2将数字音源信号分解为多通道音床信号6、对象音频7和对象元数据8，所述解码器2通过音频线9连接输入路由10和声像矩阵11，将多通道音床信号6和对象音频7 传输至波场合成处理器3，最后通过网络协议12将对象元数据8传输至波场合成处理器3；若干阵列分布的拾音器5所拾取的信号分别与虚拟空间的3D脉冲响应实时卷积处理，得到各拾音器5位置所触发的相应的虚拟房间3D反射声信号14和虚拟房间3D反射声方位元数据15，虚拟房间3D反射声信号14通过输入路由10和声像矩阵11传输至波场合成处理器3，虚拟房间3D反射声方位元数据15通过网络协议12传输至波场合成处理器3。最终波场合成处理器3通过 DA转换器16连接功放阵列17和WFS扬声器阵列13，用“平面波”进行还原来自各个方向的反射声来叠加空间印象，最终大幅扩大了“皇帝位”，让每一个座位都能处于最佳的听音区内进行体验片源内容的重构，有效解决了“皇帝位”受制于物理空间的限制，达到360°全方位更为均匀、饱满的声场体验。

以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，其特征在于包括

数字音源信号模块，数字音源信号模块通过解码器将数字音源信号分解为多通道音床信号、对象音频和对象元数据；

解码器通过音频线连接输入路由和声像矩阵，最后将多通道音床信号和对象音频传输至波场合成处理器；

解码器通过网络协议将对象元数据传输至波场合成处理器；

波场合成处理器采用WFS扬声器阵列来重构声场，虚拟扬声器被重构于物理空间之外；

还包括

若干阵列分布的拾音器，实时地拾取空间中的声源信号；

卷积矩阵模块，对各拾音器所拾取的信号分别与虚拟空间的3D脉冲响应实时卷积处理，得到各拾音器位置所触发的相应的虚拟房间3D反射声信号和虚拟房间3D反射声方位元数据，虚拟房间3D反射声信号通过输入路由和声像矩阵传输至波场合成处理器，虚拟房间3D反射声方位元数据通过网络协议传输至波场合成处理器；

所述波场合成处理器通过平面波进行还原来自各个方向的反射声来叠加空间印象。

2.如权利要求1所述的一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，其特征在于所述波场合成处理器通过DA转换器连接功放阵列和WFS扬声器阵列。

3.如权利要求1所述的一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院音响***，其特征在于所述阵列分布的拾音器Mic 1-Mic n所拾取的音频信号定义为X(n),n取整数，n的数值表示拾音器的编号。

4.如权利要求1所述的一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院影像***，其特征在于所述虚拟空间的3D脉冲响应IR定义为h(m),m表示3D空间中各个方向参量ID，数量的多少取决于空间的离散细分或微分程度。

5.如权利要求1所述的一种基于WFS波场合成技术的可变声学家庭影院影像***，其特征在于所述平面波定义为虚拟房间3D反射声方位元数据。