Page 56 - 《应用声学》2022年第6期
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                                                               内重放声场，同时减少外部能量辐射。这意味着来
             0 引言
                                                               自壁面的反射能量更少，可以获得更高的直达混响
                 声场重放 (Sound field reproduction, SFR) 是         比。然而，这些方法需要复杂的扬声器单元，并且外
             一种使用扬声器阵列在指定区域创造满足听众需                             部能量辐射的抑制会随着频率的增加而降低，在扬
             求的虚拟声环境的技术。在虚拟声环境中，期望的                            声器阵列的空间奈奎斯特频率以上性能下降更为
             声场内容及其空间特性被精准复制。由此发展而来                            明显。
             的多域 SFR 技术可以使同一空间中的不同位置的                              直接使用传统的多点声压匹配方法，重放精度
             听众感受不同的声环境而避免互相干扰。相对于自                            将受限于目标声场采样传声器数量。本文提出基于
             由场条件，混响环境的复杂性对SFR 产生了明显的                          目标声场分解的重放方法，首先计算的重放不同位
             影响，考虑到自由场环境在实际应用中较难获取，因                           置点声源声场的扬声器阵列权值，然后将目标声场
             此在混响条件下实现多域 SFR 是一个重要的研究                          分解为一组点声源声场的叠加，通过加权求和获得
             问题。例如在为主动噪声控制提供算法验证虚拟声                            扬声器阵列的驱动信号。与传统的多点方法相比，
             环境时，可以在一个区域上验证而避免其余区域的                            重放性能得到了提升。在 SFR 中，待重放的声学场
             工作人员受到噪声污染；又或者在汽车中使不同区                            景可能是由不同声源分布产生的。有时，声场景可
             域乘客享受不同类型的娱乐内容。                                   能由大量声源组成，并且分布于接收位置的各个不
                 在房间中的避免混响干扰并且实现 SFR 的方                        同的方向，例如嘈杂的宴会、火车站大厅这类声场
             法有不同类型。直接声压匹配方法                 [1−3]  对扬声器       景。但还有一些情况，例如飞机飞临头顶、汽车从
             阵列到重放区域之间的声传递函数进行空间采样，                            旁边经过等这类声源比较单一的声场景，此时相对
             并计算出重放扬声器的权重。但是随着频率的升                             于整个空间，只有单个或比较集中的几个方向有声
             高，声压匹配方法仅仅在控制点取得良好的效果，                            源，而整个空间可以被离散成很多个方向。在这众

             在控制点之间的位置存在性能下降的问题。高阶                             多的方向中，只有少量方向上有声源，当测量阵列固
             Ambisonics (Higher order Ambisonics, HOA)  [4]  是  定时，利用稀疏分解算法可以获得更好的重放性能。
             实现房间中 SFR 的另一种重要方法。这种方法能                          本文所做工作是基于目标声场的稀疏分解，在应用
             够控制连续区域和宽频率范围内的声场。但是，目                            中只需要预先知道目标声场是由少量声源组成，或
             标声场的录制以及扬声器传递函数的测量都需要                             声源分布比较集中这一基本信息就可以使用本方
             球形传声器阵列以获得对应的球谐域系数。在封闭                            法，重放环境的混响强弱不在本文讨论范围，因为重
             空间中，Betlehem等     [5]  提出了一种利用房间反射重               放环境的混响已经在随后介绍的点声源发生器中
             放声场的方法，利用圆柱谐波模拟重放系统及其反                            进行了补偿。
             射，得到了一种补偿解码器来消除壁面反射引起的
             影响。随后，Lecomte 等       [6]  将这项工作扩展到三维             1 多区域SFR理论
             情况，并在解码之前将补偿过程作为一个单独的步
                                                                   首 先 对 基 于 声 压 匹 配 (Pressure matching,
             骤执行，这使得混响环境下的重放系统设计可以使
                                                               PM) 的多区域 SFR 方法和传统的多点空间补偿
             用在自由场中得到的许多解码结论。对于一个时
                                                               方法进行简要的回顾。假设用于SFR的是一个由L
             变的环境，房间脉冲响应(Room impulse responses,
                                                               个均匀分布的扬声器组成的圆形阵列，扬声器阵列
             RIRs) 易受温度变化、人员运动、开门等因素的影
                                                               的半径为 R L ，重放的目标声场由 M 个传声器进行
             响。主动补偿方法        [7]  考虑了房间环境的变化性。这
                                                               采样。
             些方法要求在一个或多个不同的 “听音室” 的位置
             测量扬声器的 RIRs，为实现数字滤波器的补偿，将                         1.1  PM方法
             会进行多次测量。此外，还可以使用具有一定指向                                本文研究的多域重放问题的示意图如图 1 所
             性的扬声器      [8] ，与单极子扬声器相比，它抑制了混                   示。首先使用传声器阵列录制目标声场，记为 p des 。
             响场的能量。此外，可以将可变指向性扬声器                    [9] 、双    随后选择扬声器阵列内部的传声器包围的区域，称
             层扬声器    [10−11]  和高阶扬声器    [12]  用于扬声器阵列          为亮区，亮区内的声场在振幅与相位上应当与目标
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