聲場信息提取算法的研究與實現

尹霞

（廣東東軟學院，佛山　528225）

聲場信息提取算法的研究與實現

尹霞

（廣東東軟學院，佛山528225）

0　引言

在科學技術飛速發展的今天，人們生活質量不斷提升，對生活環境的要求也越來越高。特別是一些活動場所如會議廳、體育館、游泳館、音樂廳、咖啡廳等，對聲學設計也有較高的要求。了解與測量聲學指標和參數是進行聲學設計的重要基礎。越來越多的研究者涉足這一領域，使得這方面的研究成果層出不窮，但仍存在很多問題。例如，計算機不便于攜帶，設計的軟件需要專門的技術人員才能讀懂，不利于人們隨時隨地測量及調節聲學參量。目前，智能手機操作系統正在迅速普及和發展，而Android系統本身有錄音、播放的功能，并且支持一些音效處理技術。所以，在Android平臺上實現聲學參數如脈沖響應、頻率響應和混響時間的測量具有明顯的應用價值。

本文主要研究一種用于測量房間聲學參數的系統和方法，該方法主要采用MLS序列測量房間脈沖響應，通過Android技術實現一款優于現行測量技術的運行在智能終端的測量軟件。

1　算法的研究

聲場脈沖響應（接收位置收到的由脈沖聲源輻射的信號）包含了室內聲場的所有聲學特性。本文通過MLS序列測量獲得聲場脈沖響應來提取聲場信息。MLS序列即m序列，是一種周期性的偽隨機序列。N階MLS信號的周期P為2N-1，長度為2N。其中N是一個整數。當聲源發出m序列，接收點收到的信號就是房間脈沖響應和m序列信號的卷積。通過相關的運算就可以求得房間脈沖響應。采用Hadmard算法對接收地信號進行處理并求得房間脈沖響應，本文研究了一種簡單的將信號進行處理并求得房間脈沖響應的方法。假設要處理的數據存放在x數組中，x［0］至x［n］分別存放要處理的數據，y［0］至y［n］存放脈沖響應結果。此算法適應于N比較小的情況具體算法描述如下：

（1）首先，構建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接下來的一列按照第（3）執行。

最后一列是所要求的脈沖響應即y［n］。表1為N=3時，該算法繪制的表。

表1　Hadamard算法表（N=3）

2　算法的應用

將脈沖響應求解模塊求得的脈沖響應進行快速傅里葉變換得到信號的頻率響應，并通過Android相關技術顯示頻率響應曲線。

（4）混響時間求解模塊：

將脈沖響應求解模塊求得的脈沖響應采用倍頻程濾波分析的方法求得混響時間，并將7個混響時間顯示給用戶。該模塊采用倍頻程濾波的方法將信號分為中心頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz七個不同的頻帶。然后根據相應的參數設計無線脈沖響應濾波器對信號濾波得到七個頻帶上的信號，最后求得各個頻帶的混響時間。

圖1　系統整體框架圖

目前，測量室內聲學指標的技設備不便于攜帶，本文即通過研究提取聲場信息的算法并且在Android平臺上實現聲學參數的測量。該系統包含了錄音模塊、脈沖響應求解模塊、頻率響應求解模塊、混響時間求解模塊。圖1為系統整體框架圖。下面具體分析每個功能模塊的功能：

（1）錄音模塊。

通過Android手機的麥克端來采集數字信號——MLS信號。采用AudioRecord獲取音頻信號。

（2）脈沖響應求解模塊：

脈沖響應求解模塊主要是將錄制的信號通過本文上述算法處理求得脈沖響應，并通過Android繪圖技術顯示給用戶。用戶可以根據脈沖響應函數的觀點來分析室內聲場及計算室內聲學其他參數。

（3）頻率響應求解模塊：

3　結語

本文主要研究了聲場信息提取的算法，設計和實現了一款基于Android的聲學參數測量軟件，軟件主要包含錄音模塊、脈沖響應求解模塊、頻率響應求解模塊、混響時間求解模塊四大模塊，提供了脈沖響應求解、頻率響應求解、混響時間求解等功能，具有一定的實際意義。

［1］吳碩賢，張三明，葛堅.建筑聲學設計原理［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.

［2］吳碩賢，趙越喆.室內聲學與環境聲學［M］.廣州：廣東科技出版社，2003.

［3］黃坤朋.基于改善時域有限差分邊界的房間低頻可聽化實現［D］.華南理工大學，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，Foshan 528225）

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

2016-05-19

2016-07-26

聲場環境影響聲音的重放質量，如果聲場參數可以測量出來并應用于聲音重放，將可以改善聲音重放效果。研究一種聲場信息提取的算法，并設計一款用于測量聲學參數的運行在Android客戶端的聲學參數測量軟件。軟件主要包含錄音模塊、脈沖響應求解模塊、頻率響應求解模塊、混響時間求解模塊四大模塊，具有較強的實用價值。

房間聲學；脈沖響應；頻率響應；混響時間

尹霞，女，大學教師，研究方向為網站建設、移動互聯網技術

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.