基于ambisonics的多区域声场重放方法研究

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1、中文图书分类号：TN912.12密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于Ambisonics的多区域声场重放方法研究论文作者：查梦芳学科：信息与通信工程指导教师：鲍长春论文提交日期：2016年4月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN912.12学号：S201302070密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于Ambisonics的多区域声场重放方法研究英文题目：MULTIZONESOUNDFIELDREPRODUCTIONUSINGAMBISONICS论文作者：查梦芳

2、学科：信息与通信工程研究方向：三维音频信号处理申请学位：工学硕士指导教师：鲍长春教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：查梦芳日期：2016.04.05关于论文使用授权的说明本人完全了解北京

3、工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：查梦芳导师签名：鲍长春日期：2016.04.05本论文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(No.61231015)；国家自然科学基金青年基金项目(No.61201197)；北京市教委科技计划面上项目(No.KM201310005008);教育部博士点新教师基金项目(No.20121103120017)的资助。摘要摘要基于球谐函数可以对目标声场进行

4、分解和重构是Ambisonics声重发系统的理论基础。Ambisonics是声场重放的经典方法之一，其可在无需固定听众方位情况下使得多位听众体验同一空间声场。然而，Ambisonics无法针对不同类型听众或是多个方位听众重放不同的空间声场。多区域声场重放旨在无需物理隔离或使用耳机从而给予听众各自独立的听音环境，其可应用于展览中心的环绕声系统、公共环境下的独立扬声器系统、嘈杂环境下设置安静区域等方面。基于此，本文研究基于Ambisonics的三维(3D)空间多区域声场重放方法，以及分析在混响空间下的3D多区域声场重放情况。本文的研究工作主要体现在：（1）本文对

5、基于Ambisonics的3D空间单区域声场重放方法进行了深入研究。基于几种空间单区域重放方法包括模式匹配法、简单源法及连续扬声器阵列假设法，本文给出了扬声器激励信号的求导过程并给出了一般表达形式，实现了空间单区域声场的重放。在空间声场模式匹配法的基础上，针对求解扬声器信号时矩阵求逆引起的病态问题导致听音区重放误差急剧增大，结合遗传算法等数值优化方法，本文提出了一种控制扬声器激励信号的优化方法，解决了求解扬声器信号时矩阵求逆引起的病态问题，从而减小了听音区域的声场重放误差。（2）本文提出了一种自由场下基于Ambisonics的空间多区域声场重放方法。空间多区

6、域声场重放，是对单区域重放的扩展技术。其可针对于不同类型的听众，为不同听众提供单独的视听感受。本文方法采用空间谐波系数的转换方法，基于球贝塞尔函数叠加理论，获得等价的全局声场系数，有效地将多区域声场重放问题转换为单区域声场重放问题，实现了自由场下3D空间多区域声场的有效重放。（3）本文在自由场下的多区域声场重放方法基础上，对混响空间下的声学传递函数(AcousticTransferFunction,ATF)进行了有效估计，提出了一种混响空间下基于球形扬声器阵列的3D多区域声场重放方法。该方法依据基于球贝塞尔函数的3D空间谐波系数转换理论，将多区域声场重放问题

7、转换为混响空间下的单区域声场重放问题，并运用模式空间理论对ATF进行有效参数化估计，求解扬声器激励信号的最小二乘解，实现了混响空间下的3D多区域声场重放。关键词：声信号处理；声场重放；球谐函数；扬声器阵列−I−AbstractAbstractAmbisonicssystemisbasedonthetheorythatsoundfieldcanbedecomposedorreconstructedbyaseriesofsphericalharmonics.Ambisonicsisoneoftheclassicmethodsaboutsoundfieldrepr

8、oduction,anditcanprovideas