Page 64 - 《应用声学》2022年第6期

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对比度性能，而两者的重放误差性能不同。与 LS- [2] Tokuno H, Kirkeby O, Nelson P A, et al. Inverse
ESM 相比，Sparse-ESM 在不同的虚声源方向上总 filter of sound reproduction systems using regulariza-
tion[J]. IEICE Transactions on Fundamentals of Electron-
是表现出更好的 SFR 误差性能，这与仿真结果一 ics, Communications and Computer Sciences, 1997, 80(5):
致。总之，本文所提出的Sparse-ESM方法在所研究 809–820.
[3] Kirkeby O, Nelson P A. Digital filter design for inversion
的多区域重放问题上表现出更好的性能。
problems in sound reproduction[J]Journal of the Audio
对于传统的 Cov-PM 方法，受限于有限的目标 Engineering Society, 1999, 47(7/8): 583–595.
声场测量点，因此只能控制在混响环境中少量的测 [4] 刘阳, 谢菠荪. 高阶 Ambisonics 声重放系统的稳定性分
析 [C]. 中国声学学会第十届青年学术会议论文集, 2013.
量点上的声场。这意味着在测量点之外的位置处的
[5] Betlehem T, Abhayapala T D. Theory and design of sound
声场无法被考虑到优化问题中。这也是 Cov-PM的 field reproduction in reverberant rooms[J]. The Journal
SFR 误差相对于仿真中结果差异较大的原因。而 of the Acoustical Society of America, 2005, 117(4 Pt 1):
2100–2111.
本文中使用的基于目标声场分解的方法，首先获 [6] Lecomte P, Gauthier P A, Langrenne C, et al. Cancel-
取了一组点声源发生器权系数，因此可以实现整 lation of room reflections over an extended area using
ambisonics [J]. The Journal of the Acoustical Society of
个重放区域上的声场控制，这也是本文方法相较
America, 2018, 143(2): 811–828.
于Cov-PM方法性能提升的根本原因。本文使用的 [7] Elliott S J, Nelson P A. Multiple-point equalization in a
Sparse-ESM方法适用于具有稀疏性的目标声场，对 room using adaptive digital filters[J]. The Journal of the
Acoustical Society of America, 1989, 37(11): 899–907.
于更复杂的声场则不具有明显性能优势。 [8] Poletti M, Fazi F M, Nelson P A. Sound field reproduction
systems using fixed-directivity loudspeakers[J]. The Jour-
5 结论 nal of the Acoustical Society of America, 2010, 127(6):
3590–3601.
[9] Poletti M A, Fazi F M, Nelson P A. Sound reproduc-
对于一类特殊的声场景，也就是目标声场由少
tion systems using variable-directivity loudspeakers[J].
量声源组成时，本文提出了基于稀疏等效源分解的 The Journal of the Acoustical Society of America, 2011,
Sparse-ESM 对多区域 SFR 进行房间补偿的方法。 129(3): 1429–1438.
[10] Chang J H, Jacobsen F. Sound field control with a circular
通过进行数值仿真和在真实的房间中进行实验，将 double-layer array of loudspeakers[J]. The Journal of the
所提出的方法与 Cov-PM、LS-ESM 进行了详细的 Acoustical Society of America, 2012, 131(6): 4518–4525.
比较。与 LS-ESM 相比，本文方法在亮区上的性能 [11] Chang J H, Jacobsen F. Experimental validation of sound
field control with a circular double-layer array of loud-
提升，降低了重放误差，同时在所设置的暗区上保持 speakers[J]. The Journal of the Acoustical Society of
了相近的安静程度。在仿真过程中，以不同的虚拟 America, 2013, 133(4): 2046–2054.
[12] Poletti M A, Betlehem T, Abhayapala T. Higher order
源方向研究了该方法的性能。重放误差随着虚拟源 loudspeakers for improved surround sound reproduction
方向的变化而波动。然而，与LS-ESM方法相比，本 in rooms[C]. Audio Engineering Society Convention 133,
文所提出的 Sparse-ESM 在亮区上总是实现较好的 2012.
[13] Morozov V A, Nashed M Z. Methods for solving incor-
SFR效果，并保持了相近的声对比度。最后，在一个 rectly posed problems[M]. New York: Springer, 1984.
真实的房间里进行了实验，从实验得到的结果中也 [14] Hansen P C. Analysis of discrete ill-posed problems by
means of the L-curve[J]. SIAM Review, 1992, 34(4):
可以得出同样的结论。虽然 Cov-PM实现了更高的
561–580.
声对比度，但在亮区上的 SFR几乎失败。综上所述， [15] Hansen P C. Discrete inverse problems: insight and algo-
当目标声场是由少量声源产生时，本文提出的方法 rithms[M]. Society for Industrial and Applied Mathemat-
ics, 2010.
更适用于混响环境下的多区域重放。 [16] Allen J B, Berkley D A. Image method for efficiently sim-
ulating smallroom acoustics[J]. The Journal of the Acous-
致谢 感谢亚琛工业大学声学技术研究所 (ITA) 提 tical Society of America, 1979, 65(4): 943–950.
供的实验设备与场地，感谢 Michael Vorlaender 教 [17] Fernandez-Grande E, Xenaki A, Gerstoft P. A sparse
equivalent source method for near-field acoustic hologra-
授提供的帮助。 phy[J]. The Journal of the Acoustical Society of America,
2017, 141(1): 532–542.
参 考 文 献 [18] Du B, Zeng X, Vorländer M. Multizone sound field repro-
duction based on equivalent source method[J]. Acoustics
[1] Kirkeby O, Nelson P A, Hamada H, et al. Fast decon- Australia, 2021, 49(4): 1–13.
volution of multichannel systems using regularization[J]. [19] BomhardtR, Berzborn M, Klein J, et al. The ITAToolbox:
IEEE Transactions on Speech & Audio Processing, 1998, an open-source Matlab toolbox for acoustic measurements
6(2): 189–194. and signal processing[C]. Proceedings of the 43th Annual
German Congress on Acoustics, Kiel, 2017.