一种智能音乐厅调控方法及调控装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及厅堂音质设计及调控的技术，尤其是涉及一种基于声场预测、优化、测 量和音质评价原理的智能音乐厅调控方法及调控装置。
【背景技术】
[0002] 音乐厅和剧院基本上是以自然声（即乐器声和人声）为主的观演场所，对音质有 很高的要求，如响亮、清晰、悠长、亲切、震撼等要求，以便使观众沉浸在音乐之中。传统的音 乐厅和剧院基本上都采用固定的声学装修，因此其音质是固定的。这类厅堂一般只是针对 某种风格的音乐表现出较好的音质，其他风格的音乐只能被动地适应其固有的音质，不一 定能获得理想的演出效果，其音质不能随着不同风格的音乐对混响时间、响度以及音色的 不同要求而变化，也不能根据乐队的规模和乐器种类而做出相应的调整。当今时代的音乐 流派众多，风格纷繁，对音乐厅音质的要求日趋个性化，这就导致了固定音质类的音乐厅适 应性差的缺陷。目前克服这个问题的通常做法是在同一建筑群内建造几座音质不同的专业 厅堂如剧院、音乐厅和多功能厅，这种做法在建造和运营过程中耗费了极大的财力和资源， 却不能完全克服这个问题，因为它也就只能用几种固定的音质去对付众多的音乐演出风 格。
[0003] 目前在部分音乐厅内常用可变吸声体或耦合空间等方法调整混响时间，以期增强 其音质的适应性。但音质并不只是由混响时间唯一确定的，还与响度因子、明晰度因子、侧 向反射分量，双耳相关系数、低音比、初始时延等客观因子参量相关，只调整混响时间的做 法是片面的，不能保证调整后的音质是满意的。加之混响时间调整的设备大部分是由非专 业人员控制，麻烦且调控不易到位，因此国内音乐厅、剧场内的这类可调混响设备建成后很 少发挥作用。
[0004] 本发明就是针对上述问题而提出的。在当今建筑声学设计、多目标优化、声学测 量、音质评价，以及自动化控制和信息网络理论迅速发展的条件下，完全可以利用这些科研 成果构建一个智能化音乐厅，针对不同的音乐风格和观众喜好，轻松提供最佳的、个性化 的音质，做到一厅多用、优用，提高每个厅堂的使用率，把节省出来的建造和运营资金用来 建造更多的与居民关系更紧密的社区演艺设施，对于多快好省地发展演艺事业，推动我国 的文化支柱产业发展，具有极大的社会和经济价值。
[0005] 随着生活水平的调高，家庭影院、家庭音乐厅也会进入寻常百姓家，对建声环境和 音响系统的摆位都有较高的要求。本发明同样适合于这类空间的音质调控。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能音乐厅调 控方法及调控装置，通过优化厅堂关键部位的声学边界条件，改变可变声学单元的空间位 置、姿态和吸声/散射性能，使其脉冲响应以最佳的方式从音质特征上逼近目标厅堂的脉 冲响应，从而达到音质的接近（包括客观参量和听觉感受），因为双耳脉冲响应基本上可以 反映厅堂关于音质上的全部属性。其本质是通过优化系统的结构参数，达到优化系统输出 之目的。为了确保音质寻优的成功，整个调控系统采用了闭环反馈的方式：上半环以音质调 控为主一根据音质目标进行边界条件优化，寻找最佳声学单元参量，调控声学单元状态； 下半环以音质评价为主一对调控后的音乐厅进行现场声学测量，对测量结果进行判断， 根据评价结果确定是否继续调控，启动上半环的程序。整个调控过程具有自适应性一重 新进行新一轮的音质调控时，系统能够根据新的声场实测结果改进声场预测子模块内的预 测误差修正单元，提高预测精度，从而提高优化结果的可靠性。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种智能音乐厅调控方法，其特征在于，该方法基于声场预测、优化、测量和音质 评价原理，所述的调控方法包括以下步骤：
[0009] 1)音质目标模块首先根据演出需求输入目标音乐厅的音质特征，即双耳脉冲响 应，并根据双耳脉冲响应按照定义计算各种客观音质参量，然后将目标音质双耳脉冲响应 及各种客观音质参量分别发送给音质预测与优化模块和音质评价模块；
[0010] 2)音质预测与优化模块在接收到目标音质的双耳脉冲响应和客观音质参量后，对 一组代表点的双耳脉冲响应和客观音质参量进行预测和优化，根据优化结果得出最接近目 标音质的边界条件，即可变声学单元的空间状态参量和声学状态参量，并将各状态参量发 送给声学单元控制与动作模块；
[0011] 3)声学单元控制与动作模块接收到声学单元的状态参量后对优化方案进行动作 指令编码，向各组可变声学单元发出动作指令，控制各组声学单元动作，使其状态参量符合 优化结果，并将优化方案调控动作结束信号发送给音质测量模块；
[0012] 4)音质测量模块在接收到调控动作结束信号后，测量音乐厅内一组代表点的音质 特征，即双耳脉冲响应和各种客观音质参量，并将测量结果发送给音质评价模块；
[0013] 5)音质评价模块在接收到音质测量模块的测量结果后，将其与目标音乐厅的双耳 脉冲响应及客观音质参量进行对比，给出优化方案音质的客观评价结果；将各点实测脉冲 响应和目标音乐厅的脉冲响应与即将演出的音乐节目干信号进行卷积，将卷积结果馈入音 乐回放系统，播放带有音乐厅音质特征的音乐，并根据音质评价专家系统输出的分值给出 优化音质方案的专家评价结果；根据客观评价和专家评价的综合结果，若优化方案不达标， 则返回步骤2)，向音质预测与优化模块发出继续调控的指令；若优化方案达标，则将满意 的音质调控结果传给音质模式储存模块；
[0014] 6)音质模式储存模块对满意的音质调控结果进行存储，包括声学单元的状态参 量、各代表点实测的双耳脉冲响应和回放音乐数字信号；储存结果可被音质预测与优化模 块、声学单元控制与动作模块调用，用于音质预测与优化模块的进化，以及音质的再现。
[0015] 所述的各种客观音质参量包括但不限于混响时间、响度因子、明晰度因子、侧向反 射分量、双耳相关系数和舞台支持度因子；空间状态参量和声学状态参量包括但不限于声 学单元的中心空间坐标、水平角度、垂直角度和频带吸声系数、散射系数；所述的音质测量 模块测量的代表点的空间位置和音质预测与优化模块中的代表点相同。
[0016] 所述的音质预测与优化模块包括音质预测子模块和音质优化子模块，其具体工作 步骤如下：
[0017] 101)音质预测子模块按照音质优化子模块提供的搜索路径计算在不同声学单元 状态参量条件下，音乐厅内各代表点的双耳脉冲响应和客观音质参量，并将计算结果发送 给音质优化子模块；
[0018] 102)音质优化子模块包括目标函数和约束条件，按照全局或局部优化方式，在设 定的声学单元状态参量空间范围内，运用优化算法，搜索符合目标函数和约束条件的声学 单元状态参量，其中搜索过程中将调用音质预测子模块计算出来的各代表点脉冲响应和 客观音质参量计算结果，用于寻找和判定符合目标函数和约束条件的声学单元状态参量区 域。
[0019] 所述的音质预测子模块包括音质预测单元和误差修正单元，音质预测步骤包括：
[0020] 201)把声场边界条件输入给音质预测单元，包括固定的边界和可变声学单元的声 学状态参量，其中声学状态参量包括但不限于阻抗、吸声系数、散射系数以及声学单元的空 间状态参量；
[0021] 202)利用边界元、有限元或时域差分法，以及几何声学模型分别预测低频和中高 频脉冲响应，并将其合成为全频带脉冲响应；
[0022] 203)把声场边界条件输入给误差修正单元计算误差项，修正由于音质预测单元建 模简化误差、边界声学状态参量误差，以及几何声学模型由于忽略声场的波动性所导致的 计算误差；
[0023] 204)将全频带脉冲响应与误差项合成，得到修正后的脉冲响应；
[0024] 205)利用修正的脉冲响应计算客观音质参量。
[0025] 所述的误差修正单元是关于脉冲响应预测误差与边界条件的映射模型，是利用神 经网络和误差数据组训练出来的，其中误差数据是在设定参数空间范围内，在不同的声学 单元状态参量条件下，通过计算预测与实测的脉冲响应结果之差得到的。
[0026] 所述的音质优化子模块包括目标函数和约束条件，