聲場(chǎng)信息提取算法的研究與實(shí)現(xiàn)

尹霞

（廣東東軟學(xué)院，佛山　528225）

聲場(chǎng)信息提取算法的研究與實(shí)現(xiàn)

尹霞

（廣東東軟學(xué)院，佛山528225）

0　引言

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們生活質(zhì)量不斷提升，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。特別是一些活動(dòng)場(chǎng)所如會(huì)議廳、體育館、游泳館、音樂(lè)廳、咖啡廳等，對(duì)聲學(xué)設(shè)計(jì)也有較高的要求。了解與測(cè)量聲學(xué)指標(biāo)和參數(shù)是進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。越來(lái)越多的研究者涉足這一領(lǐng)域，使得這方面的研究成果層出不窮，但仍存在很多問(wèn)題。例如，計(jì)算機(jī)不便于攜帶，設(shè)計(jì)的軟件需要專門(mén)的技術(shù)人員才能讀懂，不利于人們隨時(shí)隨地測(cè)量及調(diào)節(jié)聲學(xué)參量。目前，智能手機(jī)操作系統(tǒng)正在迅速普及和發(fā)展，而Android系統(tǒng)本身有錄音、播放的功能，并且支持一些音效處理技術(shù)。所以，在Android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)聲學(xué)參數(shù)如脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)和混響時(shí)間的測(cè)量具有明顯的應(yīng)用價(jià)值。

本文主要研究一種用于測(cè)量房間聲學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)和方法，該方法主要采用MLS序列測(cè)量房間脈沖響應(yīng)，通過(guò)Android技術(shù)實(shí)現(xiàn)一款優(yōu)于現(xiàn)行測(cè)量技術(shù)的運(yùn)行在智能終端的測(cè)量軟件。

1　算法的研究

聲場(chǎng)脈沖響應(yīng)（接收位置收到的由脈沖聲源輻射的信號(hào)）包含了室內(nèi)聲場(chǎng)的所有聲學(xué)特性。本文通過(guò)MLS序列測(cè)量獲得聲場(chǎng)脈沖響應(yīng)來(lái)提取聲場(chǎng)信息。MLS序列即m序列，是一種周期性的偽隨機(jī)序列。N階MLS信號(hào)的周期P為2N-1，長(zhǎng)度為2N。其中N是一個(gè)整數(shù)。當(dāng)聲源發(fā)出m序列，接收點(diǎn)收到的信號(hào)就是房間脈沖響應(yīng)和m序列信號(hào)的卷積。通過(guò)相關(guān)的運(yùn)算就可以求得房間脈沖響應(yīng)。采用Hadmard算法對(duì)接收地信號(hào)進(jìn)行處理并求得房間脈沖響應(yīng)，本文研究了一種簡(jiǎn)單的將信號(hào)進(jìn)行處理并求得房間脈沖響應(yīng)的方法。假設(shè)要處理的數(shù)據(jù)存放在x數(shù)組中，x［0］至x［n］分別存放要處理的數(shù)據(jù)，y［0］至y［n］存放脈沖響應(yīng)結(jié)果。此算法適應(yīng)于N比較小的情況具體算法描述如下：

（1）首先，構(gòu)建N+1列，每行為2N行；

（2）把x［n］放置在第一列，即x放第一行第一列，x［0］放在第二行第一列，x［1］放在第三行第一列，x［2］放在第四行第一列，x［3］放在第五行第一列……以此類推，x［n］放在第n+2行第一列。

（3）從左至右，每列的第一行填入標(biāo)志性的字符，例如第二列第一行填入a，第三列的第一行填入b……最后一列第一行填入y。然后按照下面步驟將空格補(bǔ)充完整：

①把所有行分成兩半，上半部分的元素為前一列由上往下相連的兩項(xiàng)之和，如a［0］=x［0］+x［1］，a［1］=x［2］+ x［3］，a［2］=x［4］+x［5］……

②下半部分的元素為前一列由上往下相連的兩項(xiàng)之差，如a［0］=x［0］-x［1］，a［1］=x［2］-x［3］，a［2］=x［4］-x［5］……

③接下來(lái)的一列按照第（3）執(zhí)行。

最后一列是所要求的脈沖響應(yīng)即y［n］。表1為N=3時(shí)，該算法繪制的表。

表1　Hadamard算法表（N=3）

2　算法的應(yīng)用

將脈沖響應(yīng)求解模塊求得的脈沖響應(yīng)進(jìn)行快速傅里葉變換得到信號(hào)的頻率響應(yīng)，并通過(guò)Android相關(guān)技術(shù)顯示頻率響應(yīng)曲線。

（4）混響時(shí)間求解模塊：

將脈沖響應(yīng)求解模塊求得的脈沖響應(yīng)采用倍頻程濾波分析的方法求得混響時(shí)間，并將7個(gè)混響時(shí)間顯示給用戶。該模塊采用倍頻程濾波的方法將信號(hào)分為中心頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz七個(gè)不同的頻帶。然后根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)無(wú)線脈沖響應(yīng)濾波器對(duì)信號(hào)濾波得到七個(gè)頻帶上的信號(hào)，最后求得各個(gè)頻帶的混響時(shí)間。

圖1　系統(tǒng)整體框架圖

目前，測(cè)量室內(nèi)聲學(xué)指標(biāo)的技設(shè)備不便于攜帶，本文即通過(guò)研究提取聲場(chǎng)信息的算法并且在Android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量。該系統(tǒng)包含了錄音模塊、脈沖響應(yīng)求解模塊、頻率響應(yīng)求解模塊、混響時(shí)間求解模塊。圖1為系統(tǒng)整體框架圖。下面具體分析每個(gè)功能模塊的功能：

（1）錄音模塊。

通過(guò)Android手機(jī)的麥克端來(lái)采集數(shù)字信號(hào)——MLS信號(hào)。采用AudioRecord獲取音頻信號(hào)。

（2）脈沖響應(yīng)求解模塊：

脈沖響應(yīng)求解模塊主要是將錄制的信號(hào)通過(guò)本文上述算法處理求得脈沖響應(yīng)，并通過(guò)Android繪圖技術(shù)顯示給用戶。用戶可以根據(jù)脈沖響應(yīng)函數(shù)的觀點(diǎn)來(lái)分析室內(nèi)聲場(chǎng)及計(jì)算室內(nèi)聲學(xué)其他參數(shù)。

（3）頻率響應(yīng)求解模塊：

3　結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了聲場(chǎng)信息提取的算法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一款基于Android的聲學(xué)參數(shù)測(cè)量軟件，軟件主要包含錄音模塊、脈沖響應(yīng)求解模塊、頻率響應(yīng)求解模塊、混響時(shí)間求解模塊四大模塊，提供了脈沖響應(yīng)求解、頻率響應(yīng)求解、混響時(shí)間求解等功能，具有一定的實(shí)際意義。

［1］吳碩賢，張三明，葛堅(jiān).建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)原理［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］吳碩賢，趙越喆.室內(nèi)聲學(xué)與環(huán)境聲學(xué)［M］.廣州：廣東科技出版社，2003.

［3］黃坤朋.基于改善時(shí)域有限差分邊界的房間低頻可聽(tīng)化實(shí)現(xiàn)［D］.華南理工大學(xué)，2011.

Room Acoustics；Impulse Response；Frequency Response；Reverberation Time

Research and Application of Information Extraction Algorithms in Sound Field

YIN Xia
（Neusoft Institute of Guangdong，F(xiàn)oshan 528225）

1007-1423（2016）22-0075-03DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.22.016

2016-05-19

2016-07-26

聲場(chǎng)環(huán)境影響聲音的重放質(zhì)量，如果聲場(chǎng)參數(shù)可以測(cè)量出來(lái)并應(yīng)用于聲音重放，將可以改善聲音重放效果。研究一種聲場(chǎng)信息提取的算法，并設(shè)計(jì)一款用于測(cè)量聲學(xué)參數(shù)的運(yùn)行在Android客戶端的聲學(xué)參數(shù)測(cè)量軟件。軟件主要包含錄音模塊、脈沖響應(yīng)求解模塊、頻率響應(yīng)求解模塊、混響時(shí)間求解模塊四大模塊，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

房間聲學(xué)；脈沖響應(yīng)；頻率響應(yīng)；混響時(shí)間

尹霞，女，大學(xué)教師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)站建設(shè)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

Sound field environmental impact the playback quality of the program.Therefore，the sound field information can be obtained by measuring the reproduction and applied to improve the playback quality.Studies the main sound field information extraction algorithm，using MLS sequence of room to measure impulse response.The software mainly includes 4 modules：the recording module，the impulse response module，the frequency response module，the reverberation time module，which has strong practical value.