一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法以及系统

摘要

一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法以及系统，属于车内混响技术领域，解决了现有的车载声重放系统没有重放声场的环绕感和包围感的问题。所述方法包括以下步骤：步骤S1，将音乐厅参考信号与车载声重放系统后排通路声信号进行卷积；步骤S2，将卷积后的音频信号经过功率放大器处理后馈给车载声重放系统中的后排环绕声通道的扬声器单元，实现音乐厅环绕声场的包围感。本发明涉及车内混响技术领域中，提出了一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法以及系统。

说明书

技术领域

本发明涉及车内混响技术领域，具体涉及一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法以及系统。

背景技术

现有汽车声学空间进行立体声重放(简称车载立体声重放系统)面临的困难：(1)汽车声学空间体积小、构造复杂等特点，使得车内声场条件与传统室内声场条件相比更为复杂，不利于声重放；(2)汽车的体积较小，相比较于传统室内声场条件，反射声会更快的到达接收点，使得直达声和反射声之间的延时较小，混响感不明显；(3)车内小空间的声场条件下，使得在车内声重放时，声像与听众之间的距离比较近，难以获得良好的空间感受，后方通路的重放效果尤其存在不足。

由于汽车内部的尺寸较小，混响时间实际上较低，在这种小空间的环境下，形成混响场较为困难。车内的声场主要是由直达声和早期反射声构成。直达声直接影响倾听者对声源的空间定位判断，各个方向的反射声是形成声音空间印象的主要原因之一。反射声又可以分成早期反射声和后期反射声(即后期混响)，早期反射声主要是影响听众对于声源宽度的感知，而后期反射声对于听众的包围感有显著的影响。

现有的车载声重放系统中，汽车小空间限制了扬声器布局和扬声器辐射声波的传播声程(从扬声器至听音者)，因此难以像室内标准多通路声一样通感扬声器合理布局重放出理想的目标声场。

在现有技术中，专利文献CN113115199A公开了“一种适应听音中心位的车载声重放信号延时方法”，采用适应于听音中心位置的车载声重放信号的延时后处理，可根据不同听音者进行重放信号延时的个性化处理，从而实现更优的空间声场重放效果。该专利文献解决的是更优的空间声场重放效果。专利文献CN112511966A公开了“一种车载立体声重放的自适应主动分频方法”，根据节目源的特征进行主动分频模式的选择，从而尽量保证重放节目源声音呈现过程中的完整性，不因分频不当而导致重放信号失真，并在不损失音质的前提下改善车载立体声重放的效果。该专利文献解决的问题是在不损失音质的前提下改善车载立体声重放的效果。

综上，现有车载多通路声重放系统并都没有考虑重放声场的环绕感和包围感。

发明内容

本发明解决了现有的车载声重放系统没有重放声场的环绕感和包围感的问题。

本发明所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法，包括以下步骤：

步骤S1，将音乐厅参考信号与车载声重放系统后排通路声信号进行卷积；

步骤S2，将卷积后的音频信号经过功率放大器处理后馈给车载声重放系统中的后排环绕声通道的扬声器单元，实现音乐厅环绕声场的包围感。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中，所述的音乐厅参考信号是从音乐厅现场采集一对脉冲响应信号经过预处理获得的，所述一对脉冲响应信号是指相关系数小于0.3的两个脉冲相应信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的现场采集方法为：使用测量设备或声学仿真软件获取音乐厅声场的脉冲响应信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的预处理方式为：重采样、长度截取、低频补偿、相位校正或归一化处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中，所述的卷积公式为：

式中，k为信号的时序，n为信号的长度，y[n]为接收到的信号，x[n]为输入的信号，h[n]为音乐厅声场的脉冲响应信号，x[k]为第k点的输入信号，h[n-k]为第n-k点的脉冲响应信号。

本发明所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感系统，所述的系统包括以下模块：

模块S1，用于将音乐厅参考信号与车载声重放系统后排通路声信号进行卷积；

模块S2，用于将卷积后的音频信号经过仪器处理后馈给车载声重放系统中的后排环绕声通道的扬声器单元，实现音乐厅环绕声场的包围感。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述模块S1中，所述的卷积公式为：

式中，k为信号的时序，n为信号的长度，y[n]为接收到的信号,x[n]为输入的信号，h[n]为音乐厅声场的脉冲响应信号，x[k]为第k点的输入信号，h[n-k]为第n-k点的脉冲响应信号。

本发明所述的一种车载声重放系统，所述车载重放系统中嵌入有权利要求6或7所述的系统，用于对后排通路声信号进行处理。

本发明所述的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述方法中任意一项权利要求所述的方法的步骤。

本发明所述的一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述的存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行上述方法中任意一项权利要求所述的方法的步骤。

本发明解决了现有的车载声重放系统没有重放声场的环绕感和包围感的问题。具体有益效果包括：

1、本发明所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法，该方法通过将音乐厅的脉冲响应信号作为修正参数来对车载声重放系统后排通路声信号进行卷积处理，进而实现对后排环绕声通道的扬声器单元的上声音进行处理，最终有效的达到增强车载声重放系统的环绕感和包围感的效果。

2、本发明所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法，通过选择不同的音乐厅的脉冲响应信号作为修正参数，或者调整所述脉冲相应信号的长短，来控制混响时间的大小。进而达到能够根据不同的需求，在车内声重放的过程中得到不同的环绕感。

3、本发明与现有同类技术相比较，采用了完全不同的设计思路，没有去采用车内声场的信号、也没有对播放的音频数据做分频处理、更没有调整不同声道扬声器的驱动信号，而是仅仅针对车载声重放系统后排通路声信号进行处理，所述方法简单、易实现，适用于各种车型。并且，本发明能够根据预设多种参考信号，实现对不同类型音乐厅的混响效果进行模拟。

本发明适用于车载重放系统，还可以应用于小空间的声音重放系统，解决了汽车座舱等典型小空间内难以实现混响声场的环绕感和包围感的技术问题。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明所述的车载重放系统实现音乐厅听感的实现原理图。

图2是实施方式一所述的车载5.1声重放声系统各单元扬声器位置俯视图；S

图3是实施方式十一所述的获得的脉冲响应处理前后的时频图。

图4是实施方式十一所述的LS通路卷积脉冲响应信号前后时频对比图。

图5是实施方式十一所述的LS卷积脉冲响应后进行延时和增益处理时域、频域对比图。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法，参照图1可以更好理解本实施方式，包括以下步骤：

步骤S1，将音乐厅参考信号与车载声重放系统后排通路声信号进行卷积；

步骤S2，将卷积后的音频信号经过功率放大器处理后馈给车载声重放系统中的后排环绕声通道的扬声器单元，实现音乐厅环绕声场的包围感。

本实施方式中，车载声重放系统后排通路馈给卷积并经过后处理的音频信号，前排各个扬声器响应器也应馈给立体声或者多通路声信号，前排扬声器指图2中的S

通过将音乐厅的脉冲响应信号作为修正参数来对车载声重放系统后排通路声信号进行卷积处理，进而实现对后排环绕声通道的扬声器单元的上声音进行处理，最终有效的达到增强车载声重放系统的环绕感和包围感的效果。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S1中，所述的音乐厅参考信号是从音乐厅现场采集一对脉冲响应信号经过预处理获得的，所述一对脉冲响应信号是指相关系数小于0.3的两个脉冲相应信号。

本实施方式中，一个音乐厅声场可以获取一对脉冲响应信号，不同的音乐厅声场将获取不同的脉冲响应信号，将所有通过音乐厅获取的脉冲响应信号预处理后，则可以选择输入对应的脉冲信号进行处理，可以实现个性化的声场感知。

脉冲响应信号的选取应该满足相关系数小于0.3的要求，同时脉冲响应信号的中频混响时间应该控制在1.1s之内，以满足目标声场的混响感和环绕感还原。

实施方式三、本实施方式是对实施方式二所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法的进一步限定，本实施方式中，所述的现场采集方法为：使用测量设备或声学仿真软件获取音乐厅声场的脉冲响应信号。

本实施方式中，获取音乐厅脉脉冲响应信号的方式包括但不限于使用测量设备测量目标声场的脉冲响应信号，或者使用声学仿真软件(如EASE)对目标声场进行建模，进而获取音乐厅声场的脉冲响应信号。

实施方式四、本实施方式是对实施方式二所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法的进一步限定，本实施方式中，所述的预处理方式为：重采样、长度截取、低频补偿、相位校正或归一化处理。

本实施方式中，对获取的脉冲响应进行重采样、长度截取、低频补偿、相位校正、归一化处理等预处理方法，以适应车载声重放系统对低频表现力，通路延时和相位的要求。

实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S1中，所述的卷积公式为：

本实施方式中，对于室内声学来说，可以近似的将房间看做是一个线性时不变系统，假设在房间中输入的信号为x[n],接收到的信号为y[n],则输入和输出之间的关系为：

即输出信号为输入信号与房间脉冲响应h[n]的卷积。房间的脉冲响应(脉冲响应)可以准确的模拟房间环境的特性，一个房间的脉冲响应主要包含直达声、早期反射声以及后期混响的相关信息。从听觉感知上来说，直达声是最重要的，它是声源直接传到听众的耳朵的。早期反射声是在直达声之后，经过几次简单的反射到达接收点的声能，可以增强听众对于空间范围的感知。后期混响是在声音经过所有的界面反射后到达接收点的声能，表征了房间表面对于声的吸收以及房间的大小。同时，直达声和后期混响能量的比例关系，近似可以反映声源与接受点之间的距离。所以得到一个室内空间的脉冲响应信号，就可以得到该室音乐厅的声场信息。

实施方式六、本实施方式所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感系统，所述的系统包括以下模块：

模块S1，用于将音乐厅参考信号与车载声重放系统后排通路声信号进行卷积；

模块S2，用于将卷积后的音频信号经过仪器处理后馈给车载声重放系统中的后排环绕声通道的扬声器单元，实现音乐厅环绕声场的包围感。

实施方式七、本实施方式是对实施方式六所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感系统，所述模块S1中，所述的卷积公式为：

式中，k为信号的时序，n为信号的长度，y[n]为接收到的信号,x[n]为输入的信号，h[n]为音乐厅声场的脉冲响应信号，x[k]为第k点的输入信号，h[n-k]为第n-k点的脉冲响应信号。

实施方式八、本实施方式所述的一种车载声重放系统，所述车载重放系统中嵌入有实施方式六或七所述的系统，用于对后排通路声信号进行处理。

实施方式九、本实施方式所述的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现实施方式一至五中任意一项实施方式所述的方法的步骤。

实施方式十、本实施方式所述的一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述的存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行实施方式一至五中任意一项实施方式所述的方法的步骤。

实施方式十一、本实施方式基于本发明所述的一种在车载声重放中近似实现音乐厅混响声场听感的方法，结合具体对象提供一种实际的实施方式：

对于室内声学来说，可以近似的将房间看做是一个线性时不变系统，假设在房间中输入的信号为x[n],接收到的信号为y[n],则输入和输出之间的关系为：

即输出信号为输入信号与房间脉冲响应h[n]的卷积。房间的脉冲响应(脉冲响应)可以准确的模拟房间环境的特性，一个房间的脉冲响应主要包含直达声、早期反射声以及后期混响的相关信息。从听觉感知上来说，直达声是最重要的，它是声源直接传到听众的耳朵的。早期反射声是在直达声之后，经过几次简单的反射到达接收点的声能，可以增强听众对于空间范围的感知。后期混响是在声音经过所有的界面反射后到达接收点的声能，表征了房间表面对于声的吸收以及房间的大小。同时，直达声和后期混响能量的比例关系，近似可以反映声源与接受点之间的距离。所以得到一个室内空间的脉冲响应信号，就可以得到该室音乐厅的声场信息。

通过实地测量的方式获得了某音乐厅的一对脉冲响应信号，其脉冲响应图如图3所示，脉冲响应的选取应该满足相关系数小于0.3的要求，同时脉冲响应的中频混响时间应该控制在1.1s之内，本实施例中的两个脉冲响应的相关系数为0.2912，小于0.3，所以这两个脉冲响应信号符合信号处理要求。

通过实地测量得到脉冲响应信号之后，需要对其进行预处理，首先需要使用上升沿法检测并寻找到脉冲响应信号的起点，防止脉冲延时过长影响后处理中延时参数的选取。同时需要对脉冲响应信号截取一定的长度，避免后续拖尾过长导致重放过程中出现回声。

由于测量得到的脉冲响应信号的固有缺陷，可能会出现低频段(主要是150Hz)以下的部分出现缺失，因此需要对脉冲响应进行低频补偿，将150Hz以下的频段补偿至同150Hz一致的幅度，以增强车载声重放系统的低频表现力。除此之外，需要对测量的脉冲响应进行相位校正和淡出处理。

通过预处理之后的脉冲响应信号与原始的脉冲响应的信号的时频图对比如图3所示，从图中可以看出处理后的信号相较于处理前的信号在时域上脉冲响应的主体直接从0s开始，频域上在150Hz以下的幅度也得到了增强。

将处理过的脉冲响应信号与车内重放的5.1通路后排干信号进行卷积，提取车内5.1通路干信号的左环绕(LS)和右环绕(RS)通路的信号将这两通路信号分别与处理过的脉冲响应信号进行卷积，使后排两通路声信号能够重放目标音乐厅的包围感和混响感，进而提高车内声重放过程中的混响感。卷积前后LS通路的信号时频图如图4所示，处理后的LS通路信号已经携带音乐厅的声场特性，可以在汽车座舱内重放出音乐厅的混响感和包围感。

同时将卷积后的LS、RS通路还原到车内声重放的5.1通路信号中，同时要做延时和降幅处理，避免后排声信号幅度过大扰乱倾听者的声像感知或延时过大使倾听者感知到回声，延时和降幅前后LS通路信号的时频图如图5所示。

在得到新的5.1通路信号后，在主驾驶处的声像可能会产生偏移，此时需要通过主观试听，调整各个通路的延时和幅度，以实现较优的车载声重放效果。

将处理过后的5.1通路信号在车内重放，倾听者将感知到明显的混响感和声场包围感，同时控制好脉冲响应信号的混响时间后，语言清晰度也会得到一定的保障，不同目标音乐厅脉冲响应的选取可以实现个性化的声场感知。

在获取脉冲响应时需要根据脉冲响应的混响时间进行选取符合要求的脉冲响应，混响时间是声场的固有属性，可以根据脉冲响应计算得到，计算方法根据《中华人民共和国国家标准室内混响时间测量规范:GB/T 50076-2013》得到，跟信号的长度没有联系。