一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法。所述方法包括以下步骤：获取两扬声器串声消除系统中左、右扬声器的方位角，计算各目标角度下的左、右扬声器输入信号在任意低频段的平均幅度；基于扬声器方位角和目标角度，得到自由场条件下的平均感知角度；在目标角度与平均感知角度相等的条件下，计算左、右扬声器输入信号在该低频段的需要增大的幅度；对左、右扬声器输入信号的低频幅度进行调整，并对左、右扬声器输入信号在该低频段的最高频率处进行频谱平滑。本发明专利技术可以根据串声消除系统的扬声器布置角度和目标角度进行对应的信号处理，从而解决计算得到串声消除系统与实际应用环境不匹配而导致的系统定位性能下降的问题。统定位性能下降的问题。统定位性能下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
crosstalk cancellation system using microphones at the ears[C]//Audio Engineering Society Convention 147.Audio Engineering Society，2019.)。然而这些方法并没有完全解决串声消除系统计算与应用之间的所有不匹配的因素(如方法
①
、
②
)，不能完全解决倾听者的感知角度小于目标角度的问题；亦或需要繁杂的硬件设施和巨大的计算代价，以及给倾听者带来较差的感知体验，不适合于实际应用环境(如方法
③
，倾听者需要佩戴麦克风以实时接收声信号，且系统进行实时计算的计算量大)。
[0007]总的来说，由于计算得到的串声消除系统与实际应用的串声消除系统之间存在不匹配，串声消除系统在重放较大目标角度声信号时，感知角度远低于目标角度，而且这个问题到目前都没有得到有效的解决。在实际听音环境中的串声消除系统，其虚拟声像的听觉定位效果，特别是重放较大角度的虚拟声像时，实际听音感知角度仍然较小(窄)，这个问题一直没有得到较好的改善。

技术实现思路

[0008]Gerzon提出的速度矢量合成理论认为多个相关声源的叠加声场可以基于速度矢量的合成进行分析，速度矢量的长度为声源信号的平均幅度，速度矢量的方向为原点指向声源的方向或者声源指向原点的方向，这取决于速度矢量之间的相位关系。因此，两个反相的声信号可以在低频可以合成一个方位角更侧向的声信号，本专利技术提出的信号处理方法基于速度矢量合成理论对倾听者的感知角度进行扩宽，以提升串声消除系统的定位性能。
[0009]本专利技术涉及到串声消除系统，提出涉及一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法。首先获取两扬声器串声消除系统中左、右扬声器的方位角，计算各目标角度下的扬声器输入信号在1500Hz以下的平均幅度。其次，基于扬声器布置角度和目标角度，得到自由场条件下的平均感知角度。然后，基于速度矢量合成理论，在目标角度与平均感知角度相等的条件下，计算扬声器输入信号在1500Hz以下需要增大的幅度。最后，对左、右扬声器输入信号的低频幅度进行调整，并对左、右扬声器输入信号在1500Hz频率处进行频谱平滑，以消除频谱突变造成的音色畸变，提升串声消除系统的定位性能，为串声消除系统下的倾听者营造更好的听觉体验。
[0010]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0011]一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法，包括以下步骤：
[0012]S1：获取两扬声器串声消除系统中左、右扬声器的方位角γ
L
、γ
R
，计算各目标角度下的左、右扬声器输入信号在任意低频段的平均幅度
[0013]S2：基于扬声器方位角和目标角度，得到自由场条件下的平均感知角度
[0014]S3：基于速度矢量合成理论，在目标角度与平均感知角度相等的条件下，计算左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
在该低频段的需要增大的幅度
[0015]S4：对左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
的低频幅度进行调整，并对左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
在该低频段进行频谱平滑。
[0016]进一步地，在步骤S1中，串声消除系统中的左扬声器和右扬声器的方位角分别为γ
L
和γ
R
；
[0017]目标角度是指串声消除系统中重放的虚拟声源的目标方位角，其取值范围为[
‑
90
°
，90
°
]；
[0018]在目标角度为时，串声消除系统中的左扬声器输入信号S
L
和右扬声器输入信号S
L
在任意低频段的平均幅度分别定义为和
[0019]进一步地，在步骤S2中，感知角度指倾听者感知到的声源的方位角，在自由场条件下，串声消除系统在目标角度为时的平均感知角度为可以通过以下公式获取：
[0020][0021]如公式(1)所示，若目标角度小于两扬声器张角，即则无需进行额外的信号处理；
[0022]若目标角度位于扬声器张角之外，即或则目标角度为时的平均感知角度为可以通过公式(1)获取，此时计算得到的平均感知角度为小于目标角度需要进一步对扬声器输入信号的低频幅度进行调整，使得平均感知角度扩宽到与目标角度一致，以提升串声消除系统的定位性能。
[0023]进一步地，在步骤S3中，参与速度矢量合成的左扬声器输入信号S
L
或者右扬声器输入信号S
R
应与感知声源的声信号S
P
在该低频段中反相，即二者之间的相位差在[0.5π，π]或者[
‑
0.5π，
‑
π]之间。
[0024]进一步地，在步骤S3中，将自由场条件下感知声源的速度矢量r
p
与幅度增大后的左扬声器L的速度矢量r
L
或者右扬声器R的速度矢量r
R
进行合成，合成的速度矢量r
v
指向目标角度，通过感知声源的速度矢量r
p
与左扬声器L的速度矢量r
L
或者右扬声器R的速度矢量r
R
进行矢量合成即可得到扬声器输入信号S
L
或者S
R
在该低频段中需要增大的幅度或者速度矢量合成可以通过下面的公式(2)表示：
[0025][0026]基于上式，可得到扬声器输入信号需要增大的低频幅度其中，r
v
是幅度调整后合成声源的速度矢量，r
v
的方向与目标角度一致；u
R
、u
L
分别是参与速度矢量合成的右扬声器R和左扬声器L的单位速度矢量，方向从对应的右扬声器R或者左扬声器L指向原点；分别是右扬声器R、左扬声器L的输入信号在该低频段中需要增大的平均幅
度；u
p
是自由场条件下平均感知角度为的感知声源的单位速度矢量，方向从原点指向感知到的声源。
[0027]进一步地，在步骤S4中，调整后的扬声器i的输入信号在在该低频段中的幅度为原始幅度与需要增大的幅度之和，i＝L或R，即：
[0028][0029]其中，为不同的目标角度；根据得到的为不同的目标角度；根据得到的分别对右扬声器、左扬声器输入信号在该低频段进行幅度调整。
[0030]进一步地，在步骤S4中，对扬声器输入信号S
L
、S
R
进行幅度调整后，还应使用滤波器对扬声器输入信号的在该低频段的最高频率处进行频谱平滑，以消除频谱突变造成的音色畸变，并将处理后的声信号馈给相应的扬声器。
[0031]进一步地，所述任意低频段包括1500Hz以下、1000Hz以下或700Hz以下。
[0032]相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取两扬声器串声消除系统中左、右扬声器的方位角γ
L
、γ
R
，计算各目标角度下的左、右扬声器输入信号在任意低频段的平均幅度S2：基于扬声器方位角和目标角度，得到自由场条件下的平均感知角度S3：基于速度矢量合成理论，在目标角度与平均感知角度相等的条件下，计算左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
在该低频段的需要增大的幅度S4：对左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
的低频幅度进行调整，并对左、右扬声器输入信号S
L
、S
R
在该低频段的最高频率处进行频谱平滑。2.根据权利要求1所述的一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法，其特征在于，在步骤S1中，串声消除系统中的左扬声器和右扬声器的方位角分别为γ
L
和γ
R
；目标角度是指串声消除系统中重放的虚拟声源的目标方位角，其取值范围为[
‑
90
°
，90
°
]；在目标角度为时，串声消除系统中的左扬声器输入信号S
L
和右扬声器输入信号S
L
在任意低频段的平均幅度分别定义为和3.根据权利要求2所述的一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法，其特征在于，在步骤S2中，感知角度指倾听者感知到的声源的方位角，在自由场条件下，串声消除系统在目标角度为对的平均感知角度为通过以下公式获取：如公式(1)所示，若目标角度小于两扬声器张角，即则无需进行额外的信号处理；若目标角度位于扬声器张角之外，即或则目标角度为时的平均感知角度为可以通过公式(1)获取，此时计算得到的平均感知角度为小于目标角度需要进一步对扬声器输入信号的低频幅度进行调整，使得平均感知角度扩宽到与目标角度一致，以提升串声消除系统的定位性能。4.根据权利要求3所述的一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处理方法，其特征在于，在步骤S3中，参与速度矢量合成的左扬声器输入信号S
L
或者右扬声器输入信号S
R
应与感知声源的声信号S
P
在该低频段中反相，即二者之间的相位差在[0.5π，π]或者[
‑
0.5π，
‑
π]之间。5.根据权利要求4所述的一种提升两扬声器串声消除系统定位性能的信号处...

【专利技术属性】
技术研发人员：余光正，谭伟，饶丹，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：