聲場
關注創建者：陳棟 創建時間：2016-03-15
聲場的視頻教程
用Actran做汽車后視鏡風噪分析———TWPF提取和車內聲場計算
用Actran做汽車后視鏡風噪分析——TWPF提取和車內聲場計算 不同的風噪成分，通過車窗向車內的透聲能力（貢獻量）也不同，可以進一步解釋僅從CFD流場壓力分析風噪不能提供準確預測結果的原因。通過此視頻可以了解到軟件的操作方法，同時有助于理解車外風噪聲的產生原理和分類。
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混響場下的航空航天結構聲振耦合分析
課程亮點 MSC Nastran和Actran的聯合仿真 MSC Nastran多樣的結構單元類型、高效的計 算效率 Actran方便快捷的聲學激勵加載手段，可以快速完成混響聲場激勵下的聲振耦合分析，更準確的評估產品在多種激勵共同作用條件下的結構響應，從而提高產品的可靠性和疲勞耐久性 航空航天領域的聲振耦合分析需求和場景混響聲場激勵的特點 MSC Nastran和Actran實現混響聲場下聲振耦合
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聲場的實例教程
為了追求高質量的聲場重構，拓展上限頻率范圍，往往需要幾百通道的揚聲器陣列，可謂是“土豪”級的系統。
那么有沒有更加實用的聲場重構系統呢？
今天我將介紹另一種聲場重構技術：高階Ambisonics（Higher Order Ambisonics，HOA）。
什么是Ambisonics？
Ambisonics是由牛津大學Michael Gerzon在1970年代發展起來的三維空間聲場重構技術。想象一下，我們位于一個360°球面的中心，雙耳接收到來自球面各個方向上的聲音。如果我們記錄的空間聲場能夠以這種方式傳輸到雙耳內，而不僅僅只是前方的兩個喇叭，那么會給我們帶來更加可信、浸入式的體驗，這樣的系統就是Ambisonics。
最初，Gerzon等利用無指向性和8字形傳聲器采集聲場的零階和3個正交方向的一階信息，得到4路信號（即W, X, Y, Z，稱為B-format），然后用揚聲器重放出來，這樣的系統稱為一階Ambisonics（First Order Ambisonics），現廣泛應用于VR游戲、360°視頻等。
但是，從準確重構物理聲場的角度，一階Ambisonics只能重構很小區域內的空間聲場，空間分辨率也比較低。Jér?me Daniel等發展了高階Ambisonics，基于空間聲場的球諧函數分解，利用一組聲場展開系數向量表示空間聲場信息。這類似于一個函數的泰勒展開，或者周期函數的傅里葉級數。展開系數的階數越高，其空間分辨率越高。聲場的頻率越高，也需要更高階的展開系數來表示。由于該展開系數是僅與頻率有關，而與空間位置無關的一組向量，因此由它表示空間聲場具有簡潔、計算方便等優點。
展開 今天先為大家介紹系列中的第一個主題——
聲場重構技術之一：波場合成。
聲場重構技術之一：波場合成
波場合成
（Wave Field Synthesis, WFS）是一種利用揚聲器陣列進行空間聲場重構的技術，它可以在聽音室內一個廣泛的區域
準確重構聲場的物理特性
，例如，利用一個揚聲器線陣列重構多個聲源產生的聲場（圖1）。不同于傳統5.1或7.1聲道僅在聲場中心“皇帝位”再現真實聲場，WFS能夠
在較大的區域再現真實聲場
，當人們移動到不同位置時，可以感受到現場不同位置的真實感覺。
圖1
1
理 論 基 礎
1988年荷蘭Delft University of Technology的A. J. Berkhout教授提出了WFS的理論框架。
展開 HBK 剛性球形陣列：先進的解決方案
在 HBK，我們提供兩款專業級剛性球形陣列，直徑均為 19.5cm (接近人頭大小)，傳聲器近似均勻分布在球面上（如圖2）：
36 通道剛性球形陣列：平衡性能與成本，適合大多數應用場景
50 通道剛性球形陣列：更高階數，更高空間分辨率，適合高精度科研與工業測量
圖2
大空間聲場采集：分布式測量方案
當需要測量高鐵車廂、飛機客艙、大型廳堂等較大空間的聲場時，單個球形陣列在一個位置無法獲得全局信息。這時可以采用分布式測量方案（如圖3）：
將單個球形陣列依次放置在不同位置測量
或使用多個球形陣列同時測量
最后將不同位置的局部展開系數統一變換到全局坐標系下
圖3
聲場展開系數的計算方法
除了標準的球面傅里葉變換法，實際應用中還有兩種更常用的計算方法：
最小二乘法：建立線性方程組求解，對傳聲器布置沒有嚴格要求，數量可減少，對測量本底噪聲更魯棒
壓縮感知 (CS) 法：利用聲場在某些基函數下的稀疏性，能夠獲得更高階的展開系數，同時顯著降低對傳聲器個數的要求，特別適合低頻聲場和少數聲源的場景
三、如何重構真實聲場？靈活適配任意揚聲器布局
高階 Ambisonics 顯著的優勢之一是：聲場采集與聲場重構完全獨立。這意味著，一旦獲得了高階聲場展開系數，就可以根據實際條件，靈活選擇任意揚聲器布置方案進行重放。
理想布置：球面均勻分布
理論上，將揚聲器均勻或近似均勻布置在一個球面上，聽音者位于球心，就能獲得完美的空間聲體驗?？梢詼蚀_感知聲源的方位、距離和大小，體驗到極致的沉浸感和空間感。
展開 大家好，今天想和大家聊一下一個在聲學界受到越來越多關注的話題：聲場重構。
大家都知道，在聲學領域，如何還原真實的聲場景日益引起學術界和工業界的廣泛關注。從物理實現的角度，利用揚聲器陣列在特定環境中呈現真實的聲場分布，使人們仿佛身臨其境，感受真實的聲效和聲音品質，這稱為聲場重構。它在現實生活中具有重要的應用價值。
為讓大家對這個主題有更多了解，我們計劃推出一系列微信文章（此處應有掌聲），為大家介紹聲場重構相關技術及其應用場景。
今天先為大家介紹系列中的第一個主題——聲場重構技術之一：波場合成。
聲場重構技術之一：波場合成
波場合成（Wave Field Synthesis, WFS）是一種利用揚聲器陣列進行空間聲場重構的技術，它可以在聽音室內一個廣泛的區域準確重構聲場的物理特性，例如，利用一個揚聲器線陣列重構多個聲源產生的聲場（圖1）。不同于傳統5.1或7.1聲道僅在聲場中心“皇帝位”再現真實聲場，WFS能夠在較大的區域再現真實聲場，當人們移動到不同位置時，可以感受到現場不同位置的真實感覺。
圖1
理論基礎
1988年荷蘭Delft University of Technology的A. J. Berkhout教授提出了WFS的理論框架。其基本原理是，如圖2，根據Kirchhoff-Helmholtz積分方程，曲面S包圍的內部聲場可以由表面聲壓和法向質點振速共同作用得到，如果在表面S上連續分布一系列單極子和偶極子聲源，其聲源強度正比于對應的表面聲壓及法向質點振速，即可重構曲面S的內部聲場，見式（1）。
展開 三、聲強I（聲波強度acoustic intensity）
定義：聲場中某點的聲能流密度矢量模值的時間均值，為聲場該點的聲波強度。簡稱聲強。記作I。
也可表述為：聲場中某點的聲強是，單位時間內該點通過與聲傳播方向垂直的單位面積的聲能量的平均值。
（MKS）制中，基本單位：J/m2s=W/m2（瓦特/米2）
在諧和律變化的聲場中，聲波強度決定于聲壓和振速的振幅值和它們之間的相位差。
平面駐波場中，p和u相位差為π/2.
通過任意波面的聲波強度為零。但并不意味著聲場中沒有能量。
也可以用“聲強級”（SIL）表示聲波強度（聲強）的大?。?內容來源：公眾號?；萍?版權歸作者所有
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聲場的最新內容
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其核心功能包括聲音播放、信號處理和空間聲場優化，主要形態分為落地式（高功率）和臺式，廣泛應用于家庭影音、公共擴聲、錄音及會議系統等領域。
電視音頻系統工作原理：
信號接收?：電視通過天線、有線或網絡接口接收包含音頻信息的復合信號（如RF射頻信號）?。
信號分離?：內部電路將復合信號中的音頻部分與視頻部分分離，提取出音頻信號?。
它基于空間聲場的球諧函數分解，用一組聲場展開系數向量來表示完整的空間聲場信息。
這個原理很好理解：就像函數可以用泰勒展開逼近、周期函數可以用傅里葉級數表示一樣，任意空間聲場都可以分解為不同階數的球諧函數疊加。
根據聲場特性的差異，我們可將傳聲器分為自由場傳聲器、擴散場傳聲器和壓力場傳聲器三大類，分別適配三類典型的聲場環境。
聲場重構技術之一：波場合成
波場合成（Wave Field Synthesis, WFS）是一種利用揚聲器陣列進行空間聲場重構的技術，它可以在聽音室內一個廣泛的區域準確重構聲場的物理特性，例如，利用一個揚聲器線陣列重構多個聲源產生的聲場（圖1）。
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
娛樂影音領域：3D環繞（MV3D）、虛擬低音（MVBASS）、混音（Reverb）等算法，可打造沉浸式聲場，讓用戶仿佛置身演唱會現場或電影場景之中.
電音/變調/變聲、參量均衡器（EQ）等功能，為音頻創作與個性化音效調節提供了充足空間，滿足用戶的潮流需求。
● 用于評估聲場擴散性的 SIF 指標：
新的 Sinc 指示函數 (SIF) 輸出（可通過 OUTPUT_REQUEST 獲取）數值在 0 到 1 之間，用于評估聲場的擴散質量。它將該聲場的空間互相關函數與理想擴散聲場進行比較。這對直接場聲學試驗 (DFAT) 仿真特別有用。
● 新的網格編輯器框架：
該網格編輯器是專用于網格操作的新框架，比原有框架速度更快，并支持撤銷/重做操作。
點擊上圖的定義噪聲源，具體設置如下圖所示：
依據相關的文獻，對相關的監測點進行設置，具體的兩個點坐標為（0,-0.665）和（0,-2.432），具體設置如下圖所示：
4.2 計算設置
此處進行的計算設置如下：
4.3 聲場計算結果設置
此處通過FFT對兩個接收點的SPL計算結果進行繪制，相關的繪制設置如下圖所示：
此處通過FFT對兩個接收點的
無論是在交通安全導航，還是在游戲、家庭影院中營造逼真聲場，聲音的空間屬性都至關重要。
我們如何定位聲音？
首先，聽覺系統會利用雙耳時間差（圖1a）。
正前方或正后方傳來的聲音會同時到達雙耳。但如果聲源偏左或偏右，聲音就會先后到達兩只耳朵，產生微小的時間差。
