一種智能音樂廳調控方法及調控裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及廳堂音質設計及調控的技術，尤其是涉及一種基于聲場預測、優化、測 量和音質評價原理的智能音樂廳調控方法及調控裝置。
【背景技術】
[0002] 音樂廳和劇院基本上是以自然聲（即樂器聲和人聲）為主的觀演場所，對音質有 很高的要求，如響亮、清晰、悠長、親切、震撼等要求，以便使觀眾沉浸在音樂之中。傳統的音 樂廳和劇院基本上都采用固定的聲學裝修，因此其音質是固定的。這類廳堂一般只是針對 某種風格的音樂表現出較好的音質，其他風格的音樂只能被動地適應其固有的音質，不一 定能獲得理想的演出效果，其音質不能隨著不同風格的音樂對混響時間、響度以及音色的 不同要求而變化，也不能根據樂隊的規模和樂器種類而做出相應的調整。當今時代的音樂 流派眾多，風格紛繁，對音樂廳音質的要求日趨個性化，這就導致了固定音質類的音樂廳適 應性差的缺陷。目前克服這個問題的通常做法是在同一建筑群內建造幾座音質不同的專業 廳堂如劇院、音樂廳和多功能廳，這種做法在建造和運營過程中耗費了極大的財力和資源， 卻不能完全克服這個問題，因為它也就只能用幾種固定的音質去對付眾多的音樂演出風 格。
[0003] 目前在部分音樂廳內常用可變吸聲體或耦合空間等方法調整混響時間，以期增強 其音質的適應性。但音質并不只是由混響時間唯一確定的，還與響度因子、明晰度因子、側 向反射分量，雙耳相關系數、低音比、初始時延等客觀因子參量相關，只調整混響時間的做 法是片面的，不能保證調整后的音質是滿意的。加之混響時間調整的設備大部分是由非專 業人員控制，麻煩且調控不易到位，因此國內音樂廳、劇場內的這類可調混響設備建成后很 少發揮作用。
[0004] 本發明就是針對上述問題而提出的。在當今建筑聲學設計、多目標優化、聲學測 量、音質評價，以及自動化控制和信息網絡理論迅速發展的條件下，完全可以利用這些科研 成果構建一個智能化音樂廳，針對不同的音樂風格和觀眾喜好，輕松提供最佳的、個性化 的音質，做到一廳多用、優用，提高每個廳堂的使用率，把節省出來的建造和運營資金用來 建造更多的與居民關系更緊密的社區演藝設施，對于多快好省地發展演藝事業，推動我國 的文化支柱產業發展，具有極大的社會和經濟價值。
[0005] 隨著生活水平的調高，家庭影院、家庭音樂廳也會進入尋常百姓家，對建聲環境和 音響系統的擺位都有較高的要求。本發明同樣適合于這類空間的音質調控。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種智能音樂廳調 控方法及調控裝置，通過優化廳堂關鍵部位的聲學邊界條件，改變可變聲學單元的空間位 置、姿態和吸聲/散射性能，使其脈沖響應以最佳的方式從音質特征上逼近目標廳堂的脈 沖響應，從而達到音質的接近（包括客觀參量和聽覺感受），因為雙耳脈沖響應基本上可以 反映廳堂關于音質上的全部屬性。其本質是通過優化系統的結構參數，達到優化系統輸出 之目的。為了確保音質尋優的成功，整個調控系統采用了閉環反饋的方式：上半環以音質調 控為主一根據音質目標進行邊界條件優化，尋找最佳聲學單元參量，調控聲學單元狀態； 下半環以音質評價為主一對調控后的音樂廳進行現場聲學測量，對測量結果進行判斷， 根據評價結果確定是否繼續調控，啟動上半環的程序。整個調控過程具有自適應性一重 新進行新一輪的音質調控時，系統能夠根據新的聲場實測結果改進聲場預測子模塊內的預 測誤差修正單元，提高預測精度，從而提高優化結果的可靠性。
[0007] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0008] -種智能音樂廳調控方法，其特征在于，該方法基于聲場預測、優化、測量和音質 評價原理，所述的調控方法包括以下步驟：
[0009] 1)音質目標模塊首先根據演出需求輸入目標音樂廳的音質特征，即雙耳脈沖響 應，并根據雙耳脈沖響應按照定義計算各種客觀音質參量，然后將目標音質雙耳脈沖響應 及各種客觀音質參量分別發送給音質預測與優化模塊和音質評價模塊；
[0010] 2)音質預測與優化模塊在接收到目標音質的雙耳脈沖響應和客觀音質參量后，對 一組代表點的雙耳脈沖響應和客觀音質參量進行預測和優化，根據優化結果得出最接近目 標音質的邊界條件，即可變聲學單元的空間狀態參量和聲學狀態參量，并將各狀態參量發 送給聲學單元控制與動作模塊；
[0011] 3)聲學單元控制與動作模塊接收到聲學單元的狀態參量后對優化方案進行動作 指令編碼，向各組可變聲學單元發出動作指令，控制各組聲學單元動作，使其狀態參量符合 優化結果，并將優化方案調控動作結束信號發送給音質測量模塊；
[0012] 4)音質測量模塊在接收到調控動作結束信號后，測量音樂廳內一組代表點的音質 特征，即雙耳脈沖響應和各種客觀音質參量，并將測量結果發送給音質評價模塊；
[0013] 5)音質評價模塊在接收到音質測量模塊的測量結果后，將其與目標音樂廳的雙耳 脈沖響應及客觀音質參量進行對比，給出優化方案音質的客觀評價結果；將各點實測脈沖 響應和目標音樂廳的脈沖響應與即將演出的音樂節目干信號進行卷積，將卷積結果饋入音 樂回放系統，播放帶有音樂廳音質特征的音樂，并根據音質評價專家系統輸出的分值給出 優化音質方案的專家評價結果；根據客觀評價和專家評價的綜合結果，若優化方案不達標， 則返回步驟2)，向音質預測與優化模塊發出繼續調控的指令；若優化方案達標，則將滿意 的音質調控結果傳給音質模式儲存模塊；
[0014] 6)音質模式儲存模塊對滿意的音質調控結果進行存儲，包括聲學單元的狀態參 量、各代表點實測的雙耳脈沖響應和回放音樂數字信號；儲存結果可被音質預測與優化模 塊、聲學單元控制與動作模塊調用，用于音質預測與優化模塊的進化，以及音質的再現。
[0015] 所述的各種客觀音質參量包括但不限于混響時間、響度因子、明晰度因子、側向反 射分量、雙耳相關系數和舞臺支持度因子；空間狀態參量和聲學狀態參量包括但不限于聲 學單元的中心空間坐標、水平角度、垂直角度和頻帶吸聲系數、散射系數；所述的音質測量 模塊測量的代表點的空間位置和音質預測與優化模塊中的代表點相同。
[0016] 所述的音質預測與優化模塊包括音質預測子模塊和音質優化子模塊，其具體工作 步驟如下：
[0017] 101)音質預測子模塊按照音質優化子模塊提供的搜索路徑計算在不同聲學單元 狀態參量條件下，音樂廳內各代表點的雙耳脈沖響應和客觀音質參量，并將計算結果發送 給音質優化子模塊；
[0018] 102)音質優化子模塊包括目標函數和約束條件，按照全局或局部優化方式，在設 定的聲學單元狀態參量空間范圍內，運用優化算法，搜索符合目標函數和約束條件的聲學 單元狀態參量，其中搜索過程中將調用音質預測子模塊計算出來的各代表點脈沖響應和 客觀音質參量計算結果，用于尋找和判定符合目標函數和約束條件的聲學單元狀態參量區 域。
[0019] 所述的音質預測子模塊包括音質預測單元和誤差修正單元，音質預測步驟包括：
[0020] 201)把聲場邊界條件輸入給音質預測單元，包括固定的邊界和可變聲學單元的聲 學狀態參量，其中聲學狀態參量包括但不限于阻抗、吸聲系數、散射系數以及聲學單元的空 間狀態參量；
[0021] 202)利用邊界元、有限元或時域差分法，以及幾何聲學模型分別預測低頻和中高 頻脈沖響應，并將其合成為全頻帶脈沖響應；
[0022] 203)把聲場邊界條件輸入給誤差修正單元計算誤差項，修正由于音質預測單元建 模簡化誤差、邊界聲學狀態參量誤差，以及幾何聲學模型由于忽略聲場的波動性所導致的 計算誤差；
[0023] 204)將全頻帶脈沖響應與誤差項合成，得到修正后的脈沖響應；
[0024] 205)利用修正的脈沖響應計算客觀音質參量。
[0025] 所述的誤差修正單元是關于脈沖響應預測誤差與邊界條件的映射模型，是利用神 經網絡和誤差數據組訓練出來的，其中誤差數據是在設定參數空間范圍內，在不同的聲學 單元狀態參量條件下，通過計算預測與實測的脈沖響應結果之差得到的。
[0026] 所述的音質優化子模塊包括目標函數和約束條件，