一种将3D空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法与流程

本发明涉及音视频信号处理与可视化，尤其涉及一种将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法。

背景技术：

1、在当今社会，随着科技的不断发展和生活水平的提高，人们对于音质的追求也日益增强。家庭娱乐系统、虚拟现实体验、移动通讯设备、汽车内部音响系统以及专业音响设备等多个领域，都对音质有着极高的要求。扬声器，作为这些设备中不可或缺的音源组件，其性能直接影响到整个音视频系统的音质效果。因此，对扬声器的性能进行严格评估，不仅对消费者选择产品具有重要指导意义，同时也推动了音频设备的技术进步和质量提升。此外，通过精确的扬声器评估，制造商可以更好地理解各种设计和材料如何影响音质，进而在研发过程中做出更为合理的调整和优化。

2、但传统的扬声器音质评估方法，如异音检测、总谐波失真加噪音、音调比、突出比以及信噪比等，都是通过对特定音频信号的单一指标进行测量来实施的，这些方法在实际应用中通常聚焦于评估单一点的音源响应，而无法提供关于整个空间声场分布的全面和直观的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，解决传统的扬声器音质评估方法通常聚焦于评估单一点的音源响应，而无法提供关于整个空间声场分布的全面和直观的信息的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，所述将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，步骤如下：

3、s0、测量单体音箱的最大线度单元；

4、s1、根据远场界定准则划定扬声器远场；

5、s2、将麦克风测试组置于远场范围内，并根据角度分辨率进行排列；

6、s3、在自由场环境中，用扬声器播放脉冲信号，通过麦克风拾取脉冲信号；

7、s4、根据香农定理设定采样率，并根据采样率对拾取到的音频信号进行重采样；

8、s5、为防止频谱泄露，根据实际测试需求选取时间窗函数；

9、s6、通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号；

10、s7、根据自由场条件和所需测量半径，动态扩展频域数据；

11、s8、将频域中小于20hz和大于20khz的频段幅值置为0；

12、s9、根据r80优先数法则，精确计算需要的倍频程频率数组；

13、s10、利用双线性插值或反距离权重插值计算每一个测量点在特定倍频程频率下的声压；

14、s11、基于参考声压计算上一步得到的每一个数据点的声压级；

15、s12、根据网面数据采集的频率分辨率生成方向角和仰角的角度数组；

16、s13、利用三维绘图体系将网面声压级数据与角度数组进行绑定，并将所得数据映射到球坐标系，绘制得到彩色气球模型，其中网面数据代表的是各个方位的半径；

17、s14、为气球模型添加吸气、放气功能，使三维气球支持动态呈现；

18、s15、根据方向传递函数计算方向因子和方向增益，最终计算得到指向性参数。

19、在步骤s5中：hanning窗的窗函数为：其中ω(n)是窗函数在第n个点的值，n是窗口的长度(即窗口中的总点数)，n是当前点的序号，从0到n-1。

20、在步骤s6中：连续傅里叶变换的函数为：其中f(t)表示连续的输入信号，f(w)表示连续的傅里叶变换，ω是连续频率，而k是离散频率索引，j是虚数单位。

21、在步骤s7中：用于自由场半径调整的公式为：

22、其中，p(f,r2,φ,θ)表示距离r2，方位角θ和仰角φ处的复数声压，同理，p(f,r1,φ,θ)表示距离r1，方位角θ和仰角φ处的复数声压，其中波数k＝2πf/c。

23、在步骤s10中：反距离权重插值公式为：其中，v(x)是待插值点的预测值，vi是第i个已知点的值，di是第i个已知点与待插值点之间的距离，p是距离的权重指数，通常取值为1或2，这个参数可以调整距离影响的敏感度，n是用于插值的已知点的总数。

24、在步骤s11中：声压级的计算公式为：其中，lp表示声压级，p表示声压，pref表示参考声压，为20微帕。

25、在步骤s15中：计算方向因子的公式为：其中，γ(f,θ,φ)表示方向因子，p(f,r,θ,φ)表示任意角度的复数声压，p(f,r,θr,φr)表示参考方向的复数声压，即轴向复数声压。

26、在步骤s15中：计算指向性因子的公式为：其中q(f)表示指向性因子，γ(f,θ,φ)表示方向因子。

27、在步骤s15中：计算方向性指数的公式为：di(f)＝10log10 q(f)，也即方向性因子的db形式。

28、本发明的一种将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，相比于传统的指标测试，本方法结合了数据处理和三维可视化方案，可以更加直观的对扬声器在空间中的性能，尤其是其指向性做出评估，可以简单明了的呈现扬声器系统在各个方向上的表现能力，同时，本方法可以结合传统的指标测试方案，从不同的角度对扬声器系统的性能做出评估。

技术特征：

1.一种将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，步骤如下：

2.如权利要求1所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

4.如权利要求3所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

5.如权利要求4所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

7.如权利要求6所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

8.如权利要求7所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

9.如权利要求8所述的将3d空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及音视频信号处理与可视化技术领域，具体涉及一种将3D空间的音频数据建模为彩色气球模型的方法：相比于传统的指标测试，本方法结合了数据处理和三维可视化方案，可以更加直观的对扬声器在空间中的性能，尤其是其指向性做出评估，可以简单明了的呈现扬声器系统在各个方向上的表现能力，同时，本方法可以结合传统的指标测试方案，从不同的角度对扬声器系统的性能做出评估。

技术研发人员：巴楠,刘清波,程飞
受保护的技术使用者：方博科技（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5