复杂环境下自适应声场重构的研究

The aim of sound field reproduction is to recover the acoustical scene in a large auditory area, which has a large potential of application in audio spatial coding, multi-media interaction, holographic communication, special career training, etc. There are mainly two solutions for sound field reproduction: wave field synthesis (WFS) and near-field compensated higher order ambisonics (NFC-HOA). However, these methods suffer from some defects, such as very high complexity, spatial aliasing and truncation artifacts, or limitation of auditory area. This project will focus on the implementation of adaptive strategy in sound field reproduction through theoretical analysis and experiments. Three specific problems will be treated: (1).The information of the sound field will be simplified by adaptive source tracking, which will help optimizing the performance of wave field synthesis and reducing the system's complexity. (2).The high flexibility of NFC-HOA will be used to improve the reconstruction resolution in certain areas. (3).Adaptive processing is introduced to focused sound source to optimize the auditory range.

声场重构是以在较大范围内对声学场景进行重现为目标，在音频空间编码、多媒体交互、全息通信、特殊职业训练等领域有着广泛应用前景。波场合成（wave field synthesis, WFS）、近场补偿高阶Ambisonics（near-field compensated higher order ambisonics, NFC-HOA）是当前声场重构的主要研究方向。但是现有的声场重构方法存在规模过于复杂、空间混叠和截断效应明显、听音区域受限等问题。本项目拟通过理论分析和实验验证深入探讨自适应策略在声场重构中的应用，重点解决三个问题：（1）通过自适应声源追踪的方法精简声场信息，进而优化波场合成的性能，降低系统复杂度；（2）在特定区域结合近场补偿高阶Ambisonics方法，利用其灵活的特点，提升声场重构的解析度；（3）通过自适应声场分析优化波场合成中虚拟聚焦声源的可听区域。

声场重构是在特定的区域或针对特定对象，以实际或虚拟的声学场景重现为目标的技术，它结合了波场合成、扬声器阵列、自适应信号处理等一些技术，在音频编码、多媒体交互、全息通信、特殊职业训练等应用领域具有广泛的应用前景。本项目研究工作进展顺利，基本达到预期目标，从实际听音需求和声波传播的特性出发，主要研究和解决了以下问题：.1、提出了从环状阵列映射为线性阵列的方法，并给出了相应的声源分布设定以及频带范围划分的准则，在减少系统动态范围损失的基础上保证了线阵列在最佳听音点的声重放性能。.2、提升系统的鲁棒性，减弱回放系统对人头偏移的敏感度，我们将多控制点策略与最佳声源分布技术结合，在原有人头双耳作为优化点的基础上，增加多个优化点于人头两侧，有效提高了系统的鲁棒性，扩大了听音区域。基于双刚性球散射理论的重放系统模型上，分析了自由场模型和刚性球模型之间的关系，以及两听音者人头间距对系统重放的影响，提出了针对双听音者的鲁棒性串扰消除方法。.3、提出采用线性扬声器阵列产生沿任意弯曲轨迹传播的声场的方法，该方法通过调控扬声器阵列的空间相位分布产生一系列切线形成弯曲轨迹的包络。给出产生任意弯曲轨迹的一般化推导过程同时探索该方法的控制机理，指出该方法理论基础为稳相法。