声场信息提取算法的研究与实现

尹霞

（广东东软学院，佛山　528225）

声场信息提取算法的研究与实现

尹霞

（广东东软学院，佛山528225）

0　引言

在科学技术飞速发展的今天，人们生活质量不断提升，对生活环境的要求也越来越高。特别是一些活动场所如会议厅、体育馆、游泳馆、音乐厅、咖啡厅等，对声学设计也有较高的要求。了解与测量声学指标和参数是进行声学设计的重要基础。越来越多的研究者涉足这一领域，使得这方面的研究成果层出不穷，但仍存在很多问题。例如，计算机不便于携带，设计的软件需要专门的技术人员才能读懂，不利于人们随时随地测量及调节声学参量。目前，智能手机操作系统正在迅速普及和发展，而Android系统本身有录音、播放的功能，并且支持一些音效处理技术。所以，在Android平台上实现声学参数如脉冲响应、频率响应和混响时间的测量具有明显的应用价值。

本文主要研究一种用于测量房间声学参数的系统和方法，该方法主要采用MLS序列测量房间脉冲响应，通过Android技术实现一款优于现行测量技术的运行在智能终端的测量软件。

1　算法的研究

声场脉冲响应（接收位置收到的由脉冲声源辐射的信号）包含了室内声场的所有声学特性。本文通过MLS序列测量获得声场脉冲响应来提取声场信息。MLS序列即m序列，是一种周期性的伪随机序列。N阶MLS信号的周期P为2N-1，长度为2N。其中N是一个整数。当声源发出m序列，接收点收到的信号就是房间脉冲响应和m序列信号的卷积。通过相关的运算就可以求得房间脉冲响应。采用Hadmard算法对接收地信号进行处理并求得房间脉冲响应，本文研究了一种简单的将信号进行处理并求得房间脉冲响应的方法。假设要处理的数据存放在x数组中，x［0］至x［n］分别存放要处理的数据，y［0］至y［n］存放脉冲响应结果。此算法适应于N比较小的情况具体算法描述如下：

（1）首先，构建N+1列，每行为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……以此类推，x［n］放在第n+2行第一列。

（3）从左至右，每列的第一行填入标志性的字符，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。然后按照下面步骤将空格补充完整：

①把所有行分成两半，上半部分的元素为前一列由上往下相连的两项之和，如a［0］=x［0］+x［1］，a［1］=x［2］+ x［3］，a［2］=x［4］+x［5］……

②下半部分的元素为前一列由上往下相连的两项之差，如a［0］=x［0］-x［1］，a［1］=x［2］-x［3］，a［2］=x［4］-x［5］……

③接下来的一列按照第（3）执行。

最后一列是所要求的脉冲响应即y［n］。表1为N=3时，该算法绘制的表。

表1　Hadamard算法表（N=3）

2　算法的应用

将脉冲响应求解模块求得的脉冲响应进行快速傅里叶变换得到信号的频率响应，并通过Android相关技术显示频率响应曲线。

（4）混响时间求解模块：

将脉冲响应求解模块求得的脉冲响应采用倍频程滤波分析的方法求得混响时间，并将7个混响时间显示给用户。该模块采用倍频程滤波的方法将信号分为中心频率为125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz七个不同的频带。然后根据相应的参数设计无线脉冲响应滤波器对信号滤波得到七个频带上的信号，最后求得各个频带的混响时间。

图1　系统整体框架图

目前，测量室内声学指标的技设备不便于携带，本文即通过研究提取声场信息的算法并且在Android平台上实现声学参数的测量。该系统包含了录音模块、脉冲响应求解模块、频率响应求解模块、混响时间求解模块。图1为系统整体框架图。下面具体分析每个功能模块的功能：

（1）录音模块。

通过Android手机的麦克端来采集数字信号——MLS信号。采用AudioRecord获取音频信号。

（2）脉冲响应求解模块：

脉冲响应求解模块主要是将录制的信号通过本文上述算法处理求得脉冲响应，并通过Android绘图技术显示给用户。用户可以根据脉冲响应函数的观点来分析室内声场及计算室内声学其他参数。

（3）频率响应求解模块：

3　结语

本文主要研究了声场信息提取的算法，设计和实现了一款基于Android的声学参数测量软件，软件主要包含录音模块、脉冲响应求解模块、频率响应求解模块、混响时间求解模块四大模块，提供了脉冲响应求解、频率响应求解、混响时间求解等功能，具有一定的实际意义。

［1］吴硕贤，张三明，葛坚.建筑声学设计原理［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［2］吴硕贤，赵越喆.室内声学与环境声学［M］.广州：广东科技出版社，2003.

［3］黄坤朋.基于改善时域有限差分边界的房间低频可听化实现［D］.华南理工大学，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

声场环境影响声音的重放质量，如果声场参数可以测量出来并应用于声音重放，将可以改善声音重放效果。研究一种声场信息提取的算法，并设计一款用于测量声学参数的运行在Android客户端的声学参数测量软件。软件主要包含录音模块、脉冲响应求解模块、频率响应求解模块、混响时间求解模块四大模块，具有较强的实用价值。

房间声学；脉冲响应；频率响应；混响时间

尹霞，女，大学教师，研究方向为网站建设、移动互联网技术

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.