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基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法和装置

阅读：999发布：2022-04-09

专利汇可以提供基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制方法和装置。该方法包括：1）中央处理器依次启动各无线扬声器节点播放模板信号；2）所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的脉冲响应信息发送给中央处理器；3）中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点；4）中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件。该装置包括多个无线传声器节点、中央处理器和多个无线扬声器节点三种模块，各模块依次顺序连接。本发明实现了空间多位置点脉冲响应信息的自动测量和收集，避免了传统人工测量方法所存在的较大工作量和实现复杂度，提高了声重放系统的智能化和网络化水平。，下面是基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法和装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，包括如下步骤：
（1）中央处理器依次启动各无线扬声器节点播放模板信号；
（2）所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器；
（3）中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，其中，对空间多个位置点所进行的响应均衡，采用时空域的联合均衡器来实现，对空间多个位置点所进行的声场控制，采用最小二乘准则来计算进行声场控制时所使用的多通道加权矢量；
（4）中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，中央处理器依次启动各无线扬声器节点，中央处理器接收到空间响应均衡或者声场控制的指令后，将启动所有无线传声器节点执行空间脉冲响应的测量任务，实现该空间脉冲响应测量任务的流程包括以下步骤：
a.中央处理器启动所有无线传声器节点，并检测所有传声器节点是否正常启动，如果有某节点出现不能正常启动情况，则向中央处理器报告，并进入到异常情况的处理流程，如果所有节点都已经正常启动，则进入下一个环节；
b.中央处理器将设置变量p等于0，并检测变量p是否小于N，其中N为扬声器节点的数量，如果变量p不小于N，则关闭所有传声器节点和第N-1个扬声器节点，进入到空间均衡和声场控制算法的求解阶段；如果变量pc.中央处理器检测所有传声器节点和第P个无线扬声器节点的准备工作是否已经完毕，如果某节点仍未完成准备工作，中央处理器将对这一未完成准备工作的节点采取相应的特殊处理，如果所有传声器节点和第p个无线扬声器节点的准备工作都已完毕，则命令第p个无线扬声器节点开始播放模板信号，在第p个扬声器节点播放模板信号的过程中，所有传声器节点在不同的空间位置点接收到由模板信号所激励产生的响应信息；
d.中央处理器检测所有无线传声器节点接收到的响应信息是否完整，如果某传声器节点没有接收到完整的相应信息，中央处理器则对这一传声器节点进行特殊的处理流程，如果所有传声器节点都已接收到完整的脉冲响应信息，则关闭第P个无线扬声器节点并使P增加1后进入检测变量p是否小于N的环节。
3.根据权利要求2所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤a中，中央处理器需要检测所有无线传声器节点是否都已正常启动，实现该检测的流程包括以下步骤：
a1.中央处理器设置变量q等于0，然后检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点启动情况的检查已经完毕，中央处理器可以进入到下一个环节的执行；如果变量qa2.中央处理器对第q个无线传声器节点启动情况的状态信息进行检查判定，如果检查到该传声器节点启动情况的状态信息正常，则中央处理器将对变量q增加1，继续跳转到q 请求应答，则关闭所有节点，显示故障节点编号及故障原因，等待用户修理；如果用户对修理请求无应答，则自动删除该节点，并将故障节点编号及故障原因写入错误日志，并通知用户这一删除操作，然后再跳转到对变量q增加1的环节。
4.根据权利要求2所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤b中，如果变量p不小于N，则关闭所有传声器节点和第N-1个扬声器节点，进入到空间均衡和声场控制算法的求解阶段，中央处理器需要检测所有传声器节点和第N-1个扬声器节点是否都已经关闭，实现该检测过程的流程包括以下步骤：
b1. 中央处理器设置变量q等于0，检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则中央处理器发送关闭第N-1个无线扬声器节点供电系统的指令；
如果变量q小于M，则中央处理器发送关闭第q个无线传声器节点供电系统的指令；
b2.中央处理器检查第q个无线传声器节点的供电系统是否关闭，如果第q个节点的供电系统已经关闭，则使变量q增加1继续跳转到变量q是否小于M的判断环节；如果第q个节点的供电系统仍未关闭，则设置变量c等于0；
b3.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为发送关闭第q个无线传声器节点供电系统指令的次数，如果变量c不小于C0，则中央处理器将对第q个无线传声器节点无法关闭供电系统的故障进行诊断分析，确定其原因，并告知用户进行修理操作；如果用户应答该修理请求，则中央处理器将关闭所有扬声器和传声器节点，显示故障节点的编号和故障原因，等待用户修理；如果用户未应答修理请求，则中央处理器放弃第q个无线传声器节点的关闭操作，并将这一无法关闭的故障写入错误日志同时告知用户这一放弃关闭的操作，然后跳转到下一环节的执行；如果变量c小于C0，则中央处理器继续发送关闭第q个传声器节点供电系统的指令，然后检查其供电系统是否关闭，如果已经关闭，则跳转到使变量q增加1的环节，如果仍未关闭，则跳转到c是否小于C0的判断环节，尝试继续发送关闭指令；
b4.当变量q不小于M时，中央处理器进入关闭第N-1个无线扬声器节点的流程，中央处理器向第N-1个无线扬声器发送关闭指令，然后检查该节点的供电系统是否关闭，如果该节点的供电系统已经关闭，则告知中央处理器所有节点的关闭任务已经执行完毕，可以进入下一环节的执行中；如果该节点的供电系统仍未关闭，则与第q个无线传声器节点的执行过程相同，尝试进行多次发送关闭指令的操作，如果仍不能关闭，则进入故障诊断环节。
5.根据权利要求2所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤c中，中央处理器需要检测第p个无线扬声器节点的播放准备情况和所有无线传声器节点的接收准备情况是否已经准备完毕，实现该检测的流程包括以下步骤：
c1.中央处理器设置变量q等于0，并检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果q不小于M，则进入第p个无线扬声器单元的准备情况检测环节；如果q小于M，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传自身准备情况的状态信息；
c2.中央处理器将检查第q个无线传声器节点准备情况的状态信息是否正常，如果该节点准备情况的状态信息正常，则使变量q增加1，继续执行q是否小于M的判断；如果该节点准备情况的状态信息不正常，则设置变量t等于0；
c3.中央处理器检测变量t是否小于Td，如果变量t小于Td，则中央处理器继续通知第q个无线传声器节点准备接收并向其上传准备情况的状态信息；
c4.中央处理器检查地q个无线传声器节点所上传自身准备情况的状态信息是否正常，如果状态信息正常，则使变量q增加1，如果状态信息仍不正常，则使变量t增加△T，继续进入t是否小于Td的判断阶段；
c5. 如果变量t不小于Td，则中央处理器将对第q个无线传声器节点进行故障诊断，确定其故障原因并报告用户进行修理操作，接着中央处理器将检测用户是否对修理操作进行应答，如果用户作出应答，则关闭所有传声器节点和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第q个无线传声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，然后再跳转到对变量q增加1的环节；
c6.在变量q不小于M时，中央处理器即完成了对所有传声器节点准备状况的检测，转入对第p个无线扬声器节点准备状况的检测阶段，首先通知第p个无线扬声器节点向中央处理器上传准备情况的状态信息；
c7.中央处理器检查第p个无线扬声器节点准备情况的状态信息是否正常，如果该节点准备情况的状态信息正常，则告知中央处理器所有节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节；如果该节点准备情况的状态信息不正常，则设置变量t等于0；
c8.中央处理器检测变量t是否小于Td，如果变量t小于Td，则中央处理器继续通知第p个无线扬声器节点准备播放并向其上传准备情况的状态信息；
c9.中央处理器检查地第p个无线扬声器节点所上传自身准备情况的状态信息是否正常，如果状态信息正常，则则告知中央处理器所有节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节，如果状态信息仍不正常，则使变量t增加△T，继续进入t是否小于Td的判断阶段；
c10. 如果变量t不小于Td，则中央处理器将对第P个无线扬声器节点进行故障诊断，确定其故障原因并报告用户进行修理操作，接着中央处理器将检测用户是否对修理操作进行应答，如果用户作出应答，则关闭所有传声器节点和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第p个无线扬声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，然后再告知中央处理器所述节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节。
6.根据权利要求2所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤d中，中央处理器检测所有无线传声器节点接收到的响应信息是否完整，该检测的流程包括以下步骤：
d1.中央处理器设置变量q等于0，检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点的数据完整性检查已经完成，可以进入下一环节的执行；如果变量q小于M，则通知第q个无线传声器节点进行数据的完整性检测，并向中央处理器上传数据完整性的检测报告；
d2.中央处理器检查传声器节点上传的数据完整性检测报告，如果检查结果正常，则使变量q增加1，继续跳转到变量q是否小于M的判断环节；如果检查结果不正常，则设置变量c等于0；
d3.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为第p个无线扬声器节点重复播放模板信号的次数，如果c不小于C0，则中央处理器将对第q个无线传声器节点进行故障诊断，确定故障原因并报告用户进行修理，接着中央处理器将检测用户对修理操作是否应答，如果用户已经作出应答，则关闭所有传声器和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第q个无线传声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，并跳转到使变量q增加1的执行环节；如果c小于C0，则中央处理器将启动第p个无线扬声器节点准备播放，同时通知第q个无线传声器节点准备接收；
d4.检查第p个无线扬声器节点和第q个无线传声器节点的准备工作是否完毕，如果未完毕，则中央处理器会按照△T的时间间隔尝试重复发送准备指令，并检测准备是否完成，如果在Td时间段内节点准备工作能够完成，则跳转到下一环节命令第p个扬声器播放模板信号；如果在Td时间段内该节点仍未能完成准备工作，则对该节点进行故障诊断，确定原因并通知用户修理；如果用户对修理请求作出应答，则关闭所有节点，显示故障节点编号和故障原因，等待用户修理，如果用户对修理请求无应答则自动删除故障节点，并将故障节点编号和故障原因写入错误日志中同时通知用户这一删除操作，然后跳转下一环节的执行；
在第p个扬声器节点和第q个传声器节点的准备工作都已完毕后，中央处理器命令第p个扬声器节点开始播放模板信号，在模板信号播放完毕后并等待指定时间长度后，中央处理器将通知第q个传声器节点进行接收数据的完整性检测，并向其上传数据完整性的检测报告；
d5.中央处理器对上传的数据完整性检测报告进行分析判断，如果判定接收数据完整性不正常，则继续返回c是否小于C0的判断阶段，重新由第p个扬声器进行模板信号的播放；如果判定数据完整性正常，则返回使q增加1的环节中。
7.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器，实现该空间响应信息发送过程的流程包括以下步骤：
e.中央处理器设置变量q等于0，并判断变量q是否小于M，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点已经完成了数据发送任务，可以执行下一环节；如果变量q小于M，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的基于模板信号的脉冲响应信息；
f.中央处理器将检查所接收的由第q个传声器发来的脉冲响应信息是否完整，如果接收到的响应信息完整，则使变量q增加1后跳转到q是否小于M的判断环节中；如果接收到的响应信息不完整，则设置变量c等于0；
g.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的冒充响应信息的次数，如果变量c不小于C0，中央处理器将对第q个传声器节点进行故障诊断，并报告用户修理，如果用户不予应答修理请求，则中央处理器将自动删除第q个传声器节点，并写入错误日志同时通知用户这一删除操作，然后跳转到下一环节的执行；如果变量c小于C0，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的基于模板信号的响应信息；
h．中央处理器检查第q个传声器节点所上传信息的完整性，如果数据信息不完整，则仍跳转回c是否小于C0的判断环节中；如果数据信息完整，则跳转到使变量q增加1的环节中。
8.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器，传声器节点所发送的脉冲响应信息的数据帧封装结构，该数据帧包括前缀码段、源地址、目的地址、数据长度、传声器的编号、脉冲响应所对应的扬声器编号、接收的脉冲响应数据、校验码段。
9.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，其中，中央处理器依次按照启动扬声器节点、检查是否启动完毕、通知扬声器节点准备接收参数值、检查是否准备完毕、向扬声器节点传送参数值、检查节点所接收参数值的完整性、关闭扬声器节点、检查关闭是否完毕的步骤进行参数传递的执行。
10.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，所述的参数值的数据帧封装结构包括前缀码段，源地址，目的地址，数据长度，段首标识码段，分配的参数值数据，段尾标识码段，校验码段。
11.根据权利要求9所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：中央处理器在向扬声器节点传送均衡和声场控制算法求解的参数值过程中，需要检测扬声器节点的启动情况，该启动情况的检测过程包括以下步骤：中央处理器通知第p个无线扬声器节点向其上传自身启动情况的状态信息，然后中央处理器将检查状态信息并判断启动状态是否正常，如果启动状态正常，则进入下一环节的执行；如果启动状态不正常，则中央处理器将尝试进行多次重复性的启动操作，如果在重复性启动的过程中，无线扬声器节点完成了正常启动，则跳转到下一个执行环节；如果在多次重复性启动过程中，无线扬声器节点仍然未完成正常启动，则中央处理器将对该节点进行故障诊断，确定故障原因，并通知用户进行修理操作；如果用户对修理请求无应答，则中央处理器将自动删除第p个无线扬声器节点，并将故障节点编号及故障原因写入错误日志，同时通知用户这一删除操作，然后跳转到变量p增加1的环节；如果用户响应修理请求，则关闭所有节点，显示故障节点编号和原因，等待用户修理。
12.根据权利要求9所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：中央处理器在向扬声器节点传送算法输出的参数值之前，需要检测扬声器节点是否已经准备好接收数据，该准备状态的检测过程包括以下步骤：中央处理器通知第p个无线扬声器节点向其上传准备情况的状态信息，然后中央处理器对这一状态信息进行分析，判断节点准备任务是否完成，如果节点仍未完成准备任务，则中央处理器将按照△T的时间间隔尝试重复发送准备指令并检测准备是否完成，如果在Td时间段内节点仍未完成准备工作，则中央处理器将对节点进行故障诊断。
13.根据权利要求9所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：中央处理器在完成向扬声器节点传送算法输出参数值的任务之后，需要检测扬声器节点是否已经接收到完整的参数值数据，这一接收数据的完整性检测过程包括以下步骤：中央处理器如果检测到扬声器节点未能够接收到完整的数据，将按照多次重复性传送的原则，尝试进行C0次数据传送，如果在这一重复传送过程中，扬声器节点仍然不能够接收到完整的数据信息，则中央处理器将对该扬声器节点进行故障诊断操作。
14.根据权利要求9所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：中央处理器在检测到扬声器节点已经接收到完整的参数值数据之后，将对该扬声器节点的供电系统进行关闭操作，并检测该节点是否正常关闭，该节点关闭状态的检测过程包括以下步骤：中央处理器会向节点发送关闭状态查询指令，如果节点未作出应答，则认为节点已经关闭，如果节点仍旧能够应答关闭状态查询指令，则中央处理器将尝试进行C0次重复性关闭操作，如果在这些次重复性关闭操作之后，节点仍无法关闭，则放弃对其进行关闭操作，并将这一无法关闭情况写入错误日志同时也通知给用户。
15.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件，其中，中央处理器启动所有扬声器节点进入工作状态，在启动所有扬声器节点之后，中央处理器对算法性能进行检测与评估，该过程的具体实现流程包括以下步骤；中央处理器将启动所有传声器节点，在检测所有传声器节点启动完毕后，将通知所有扬声器节点准备播放模板信号同时通知所有传声器节点准备接收模板信号，在检测所有节点都准备完毕后，将命令所有扬声器节点播放模板信号；当所有扬声器节点播放完模板信号后，中央处理器将检测所有传声器节点是否接收到完整的基于模板信号的响应信息，在所有传声器节点都已经接收到完整的响应信息后，中央处理器将命令所有传声器节点按照规定的网络传输协议依次将已接收到的模板信号的响应信息发送到中央处理器；中央处理器将检测接收到所有传声器节点的响应信息是否完整，在接收到所有节点的完整的响应信息后，中央处理器将关闭所有传声器节点的供电系统，然后显示各传声器位置点处均衡后的频响曲线，同时显示各传声器位置点进行声场控制处理后的声压分布情况，并评估响应均衡效果和声场控制效果；在显示预定的时间长度之后，将自动跳转到播放用户指定音源文件的环节。
16.根据权利要求15所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有传声器节点是否都已启动完毕，在该检测过程中，中央处理器依次通知每个传声器节点上传自身启动状况的状态信息，如果中央处理器通过状态信息判定出某节点未完成启动，则按照指定的时间间隔尝试进行多次通知该节点启动并检测其启动状况的方法。
17.根据权利要求15所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有扬声器是否完成播放前的准备工作，同时检测所有传声器节点是否都已完成接收前的准备工作，中央处理器先检测M个传声器节点的准备情况，然后再检测N个扬声器节点的准备情况，如果在检测到节点未完成准备时，则按照一定的时间间隔在预定的时间长度内多次重复通知该节点进行播放或接收准备，并检测其准备情况。
18.根据权利要求15所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有传声器节点接收数据的完整性，中央处理器依次对每个传声器节点进行接收数据完整性检测，如果某个节点未接收到完整的数据信息，则中央处理器将舍弃这一节点的数据信息，并将该节点所出现的错误写入错误日志，然后在后续的显示操作中将提示这一节点位置接收信息不完整，不能参与算法的效果评估。
19.根据权利要求1所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件，其中，中央处理器首先通知所有扬声器节点准备播放音源文件，然后检查各扬声器节点的准备情况，在所有节点都已准备完毕之后，命令所有扬声器节点播放音源文件，然后按照指定时间间隔不断检测是否仍有播放任务；如果仍有播放任务，则继续保持多个扬声器节点执行播放任务，同时继续不断检测是否仍有播放任务；如果没有播放任务，则中央处理器将关闭所有扬声器节点的供电系统，自身也进入休眠待机状态。
20.根据权利要求19所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，其特征在于：在播放音源文件之前，中央处理器需要通知所有扬声器准备播放并检测其准备情况，其中，中央处理器通知各扬声器节点准备播放音源文件，然后检测各扬声器节点是否都已准备好，如果某节点尚未准备完毕，则按一定时间间隔进行多次重复通知该节点进行播放准备并检测其准备状况。
21.一种基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：
它包括
用于收集所有期望听音位置点的脉冲响应信息，并用于对期望位置点的响应进行均衡处理，同时用于对期望位置点的声场进行控制以达到特殊的声场分布需求，还用于对所有无线扬声器和传声器节点进行管理、调度、运行状况监测和故障诊断以及应急情况的处理的中央处理器（2）；
用于期望听音位置点的脉冲响应的接收和存储，并用于将接收响应信息传送到中央处理器（2）的多个无线传声器节点（1），所述的多个无线传声器节点（1）与中央处理器（2）通过无线通信网络相连接；
用于播放脉冲响应测试期间的模板信号，同时用于正常使用期间播放用户指定的音源文件，还用于与中央处理器之间进行信息交互多个无线扬声器节点（3），所述的多个无线扬声器节点（3）与中央处理器（2）通过无线通信网络相连接。
22.根据权利要求21所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：所述的无线传声器节点（1）包括
用于发射和接收无线电磁波信号的第一天线（4）；
用于对待发射数据进行编码和调制处理或用于对已接收的信号进行解调和解码处理的第一无线通信模块（5）；
对发射或者接收以及信号处理模块中的数据进行缓存的第一数据存取模块（6）；
用于对已接收或者待发射信号进行数据分析滤波去噪以及信道均衡处理，给出数据内部信息的初级辨识，提取数据信息中的一些关于节点运行状况的状态信息关于节点或者中央处理器的编号信息以及数据大小信息，同时也用于对天线阵列的辐射波束进行加权控制，调整天线阵列的空间发射或者接收方向的第一信号处理模块（7）；
用于对空间位置点的声压信号进行感应测量的传声器（10）；
用于对所述传声器（10）送入的信号进行缓冲和放大处理的第一缓冲放大模块（9）；
对整个节点的所有模块进行电力供应并能够响应控制器给出的启动休眠和关闭指令的电池供电模块（11）；
用于管理和调度所述第一无线通信模块（5）、第一数据存取模块（6）、第一信号处理模块（7）、第一缓冲放大模块（9）、电池供电模块（11），对所述第一无线通信模块（5）、第一数据存取模块（6）、第一信号处理模块（7）、第一缓冲放大模块（9）、电池供电模块（11）的运行状况进行监测并对所述第一无线通信模块（5）、第一数据存取模块（6）、第一信号处理模块（7）、第一缓冲放大模块（9）和电池供电模块（11）之间的协同工作进行优化处理，同时对所述第一无线通信模块（5）、第一数据存取模块（6）、第一信号处理模块（7）、第一缓冲放大模块（9）和电池供电模块（11）所出现的故障以及所引起的突发事件进行及时处理的第一控制器模块（8）。
23.根据权利要求21所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：所述的中央处理器（2）包括多个负责执行指定空间分区内所包含的所有传声器节点和扬声器节点与中央处理器的数据通信以及对数据帧的信息内容进行分析辨识和初级信号处理操作，还可以对天线阵列辐射波束的指向性进行控制的子处理器模块（12）、负责对多个所述子处理器模块（12）进行管理、调度、运行状况监测、故障诊断和应急情况的处理，同时也负责对子处理器模块（12）送来的检测报告进行分析和判决，还负责执行空间响应的均衡算法和声场控制算法的中央处理器模块（13）、对所述中央处理器（2）所有模块进行供电，可以响应中央控制器（14）发出的启动休眠和关闭指令并执行相应的动作的第一电源供电模块（17）。
24.根据权利要求23所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：所述的子处理器模块（12）包括用于发射和接收无线电磁波信号的第二天线（18）、在接收过程中将对从节点收到的信号进行解调和解码操作并在发送过程中将对待发送的信号进行编码和调制操作的无线通信子模块（19）、负责对接收的数据帧内容进行分析和辨识，形成一些包含通信节点身份，通信数据帧长度，通信节点运行状态内容的报告信息，并将这些信息传送给所述中央处理器模块（13）的信号处理子模块（21）、对所述无线通信子模块（19）送来的接收数据和信号处理子模块（21）送来的待发射数据以及信号处理过程中的缓存数据进行实时保存的数据存取子模块（20）、对所述无线通信子模块（19）、数据存取子模块（20）、信号处理子模块（21）的管理、调度、运行状况监测、故障诊断以及突发事件的应急处理的控制器子模块（22）。
25.根据权利要求23所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：所述的中央处理器模块（13）包括与所有的所述控制器子模块（22）互联并能够向所有的控制器子模块（22）下达控制指令的中央控制器（14）、与所有所述信号处理子模块（21）互联并能够接收所有信号处理子模块（21）处理后的信息，同时负责空间响应均衡算法和声场控制算法的求解运算任务的中央信号处理器（15）、与所有所述数据存取子模块（20）互联并能够从数据存取子模块（20）中读收数据或者向数据存取子模块（20）中写入数据，对所述中央信号处理器（15）在运算过程中所产生的中间变量数据进行及时保存并对所述中央控制器（14）的指令信息进行及时保存，对用户设置的一些参数以及用户浏览过的音源文件进行记录和备份的中央数据存取器（16）。
26.根据权利要求21所述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其特征在于：所述的无线扬声器节点（3）包括用于发射和接收无线电磁波信号的第三天线（23）、用于调制解调和编解码操作的第二无线通信模块（24）、用于数据传输过程中的缓存以及信号处理处理中中间变量的保存的第二数据存取模块（25）、按照所述中央处理器（2）送来的均衡器参数和声场控制参数对待输出信号进行均衡和幅度相位调整以取得响应均衡和声场控制效果的第二信号处理模块（26）、对输出信号进行缓冲和放大处理的第二缓冲放大模块（28）、用于将功率电信号转换为空气振动从而产生声音信号扬声器（30）、负责对小信号进行功率放大以驱动扬声器（30）发声的功率放大模块（29）、用于对整个节点进行电力供应并能够响应中央处理器（2）发送的启动休眠和关闭指令并执行相应的动作的第二电源供电模块（31）、负责对所述第二无线通信模块（24）、第二数据存取模块（25）、第二信号处理模块（26）、第二缓冲放大模块（28）、功率放大模块（29）和第二电源供电模块（31）进行管理、调度、运行状况监测、故障诊断以及突发事件的应急处理的第二控制器模块（27）。

说明书全文

基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制

方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种扬声器阵列的空间响应均衡与声场控制方法和装置，特别涉及一种基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制方法和装置。

背景技术

[0002] 扬声器单元在实际装配使用过程中，会受周围空间环境所存在的边界面和声散射体的影响，导致出现较多的声反射及衍射现象，从而造成了辐射声场在空间各位置点处的频响曲线出现较多的峰谷，引起还原声像的失真。尤其是在狭小及复杂的封闭空间内，其单元在空间各位置点响应曲线的峰谷将十分严重，因此在实际的工程使用中，需要依靠专业听音人员借助均衡器对系统各频段的响应进行平滑处理，消除听音区域内的频响曲线峰谷起伏特性。为了达到对空间多个听音位置点的频响均衡，就需要专业调音及工程人员对重放系统在空间多个位置点的脉冲响应曲线进行逐点测试和数据采集，并将获取的脉冲响应数据送入到均衡器内进行调音处理，这种按照人工测量方法获取脉冲响应的工作非常复杂费时。另外，在声场控制领域，像扬声器阵列的波束指向性控制、三维环绕立体声等应用场合，为了提高封闭空间内声场控制算法的性能，同样需要预先测量各扬声器单元在空间多位置点处的脉冲响应信息，这种基于人工测量手段获取空间脉冲响应信息的方法，使得许多声场控制算法的实用性受到了很大的限制，很难方便的投入到实用场合，从而阻碍了声场控制算法的进一步发展。

[0003] 随着无线通信网络技术的迅速发展，市场上出现了各种无线网络平台，像红外、蓝牙、Wi-Fi、Zigbee、UWB等，从而出现了基于无线网络的传声器和扬声器单元，但是这些系统仅着眼于无线语音传输方面，仅考虑将扩声系统进行网络化，提高扩声系统的便携程度，但是并没有考虑利用无线网络的技术平台进行网络意义上的信息处理，并没用考虑将多个无线传声器节点和多个无线扬声器节点组建成互联的网络平台，为一些信息层次的处理算法提供优越的物理平台。这些无线通信网络平台所提供的各种网络节点之间信息交互的便利性，为扬声器阵列的空间响应均衡和声场控制问题的解决提供了一种新的基于信息处理的实现途径，将会避免一些原本基于信号处理的算法所引入的复杂费时工作，从而会提高各种均衡和声场控制算法的智能化水平。

[0004] 现有的扬声器空间响应均衡和声场控制算法都是依赖于人工测量手段获取扬声器空间多个位置点的脉冲响应信息，给算法的实用性带来很大的障碍，同时这些算法仍然是停留在信号处理层次上的优化算法，没有引入网络连接和信息交互的概念，没有将算法提升到信息处理的层次上，从而造成了很多算法在实用中缺乏智能性。针对现有的扬声器阵列空间响应均衡和声场控制方法所存在的缺陷和不足，需要寻找更为有效的空间响应均衡和声场控制方法，以提高算法的智能化水平，为算法的便捷使用提供新的技术途径，并制作具有更高智能化水平的扬声器空间响应均衡和声场控制的系统装置。

发明内容

[0005] 为了克服现有的扬声器阵列空间响应均衡和声场控制方法所存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法和装置。

[0006] 为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：基于无线通信网络的扬声器阵列空域响应均衡与声场控制方法，包括如下步骤：

[0007] 1．中央处理器依次启动各无线扬声器节点播放模板信号；

[0008] 2．所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器；

[0009] 3．中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点；

[0010] 4．中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件。

[0011] 进一步地，步骤1中，中央处理器依次启动各无线扬声器节点，中央处理器接收到空间响应均衡或者声场控制的指令后，将启动所有无线传声器节点执行空间脉冲响应的测量任务，实现该空间脉冲响应测量任务的流程如附图1，包括以下步骤：

[0012] a.中央处理器启动所有无线传声器节点，并检测所有传声器节点是否正常启动，如果有某节点出现不能正常启动情况，则向中央处理器报告，并进入到异常情况的处理流程，如果所有节点都已经正常启动，则进入下一个环节；

[0013] b.中央处理器将设置变量p等于0，并检测变量p是否小于N，其中N为扬声器节点的数量，如果变量p不小于N，则关闭所有传声器节点和第N-1个扬声器节点，进入到空间均衡和声场控制算法的求解阶段；如果变量p

[0014] c.中央处理器检测所有传声器节点和第P个无线扬声器节点的准备工作是否已经完毕，如果某节点仍未完成准备工作，中央处理器将对这一未完成准备工作的节点采取相应的特殊处理，如果所有传声器节点和第p个无线扬声器节点的准备工作都已完毕，则命令第p个无线扬声器节点开始播放模板信号，其中模板信号是用于测量扬声器空间脉冲响应的特定信号，在第p个扬声器节点播放模板信号的过程中，所有传声器节点在不同的空间位置点接收到由模板信号所激励产生的响应信息；

[0015] d.中央处理器检测所有无线传声器节点接收到的响应信息是否完整，如果某传声器节点没有接收到完整的相应信息，中央处理器则对这一传声器节点进行特殊的处理流程，如果所有传声器节点都已接收到完整的脉冲响应信息，则关闭第P个无线扬声器节点并使P增加1后进入检测变量p是否小于N的环节。

[0016] 更进一步地，步骤a中，中央处理器需要检测所有无线传声器节点是否都已正常启动，实现该检测的流程如附图2，包括以下步骤：

[0017] a1.中央处理器设置变量q等于0，然后检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点启动情况的检查已经完毕，中央处理器可以进入到下一个环节的执行；如果变量q

[0018] a2.中央处理器对第q个无线传声器节点启动情况的状态信息进行检查判定，如果检查到该传声器节点启动情况的状态信息正常，则中央处理器将对变量q增加1，继续跳转到q 请求应答，则关闭所有节点，显示故障节点编号及故障原因，等待用户修理；如果用户对修理请求无应答，则自动删除该节点，并将故障节点编号及故障原因写入错误日志，并通知用户这一删除操作，然后再跳转到对变量q增加1的环节。

[0019] 进一步地，步骤a中所述中央处理器依次启动各无线扬声器节点，在实现过程中，中央处理器需要检测每个无线传声器节点上传的自身启动情况的状态信息，这种关于自身启动情况的状态信息，是一串特定的码字，例如，当传声器节点的自身启动状态正常时，将输出码字“1111101011111010”，当传声器节点的自身启动状态不正常时，将输出码字“0101000001010000”，这串特定码字的长度和内容可以根据实际工程应用来定义。

[0020] 更进一步地，步骤b中，如果变量p不小于N，则关闭所有传声器节点和第N-1个扬声器节点，进入到空间均衡和声场控制算法的求解阶段，中央处理器需要检测所有传声器节点和第N-1个扬声器节点是否都已经关闭，实现该检测过程的流程如附图7，包括以下步骤：

[0021] b1. 中央处理器设置变量q等于0，检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则中央处理器发送关闭第N-1个无线扬声器节点供电系统的指令；如果变量q小于M，则中央处理器发送关闭第q个无线传声器节点供电系统的指令；

[0022] b2.中央处理器检查第q个无线传声器节点的供电系统是否关闭，这种检测节点是否关闭的方法，可以采用中央处理器向被检测节点发送查询指令，用于查询节点的关闭情况，如果节点对此查询指令无应答，则表示该节点已经正常关闭，中央处理器将这种无应答指令返回的节点认定为已经进入关闭状态；如果第q个节点的供电系统已经关闭，则使变量q增加1继续跳转到变量q是否小于M的判断环节。如果第q个节点的供电系统仍未关闭，则设置变量c等于0；

[0023] b3.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为发送关闭第q个无线传声器节点供电系统指令的次数，如果变量c不小于C0，则中央处理器将对第q个无线传声器节点无法关闭供电系统的故障进行诊断分析，确定其原因，并告知用户进行修理操作；如果用户应答该修理请求，则中央处理器将关闭所有扬声器和传声器节点，显示故障节点的编号和故障原因，等待用户修理；如果用户未应答修理请求，则中央处理器放弃第q个无线传声器节点的关闭操作，并将这一无法关闭的故障写入错误日志同时告知用户这一放弃关闭的操作，然后跳转到下一环节的执行；如果变量c小于C0，则中央处理器继续发送关闭第q个传声器节点供电系统的指令，然后检查其供电系统是否关闭，如果已经关闭，则跳转到使变量q增加1的环节，如果仍未关闭，则跳转到c是否小于C0的判断环节，尝试继续发送关闭指令；

[0024] b4.当变量q不小于M时，中央处理器进入关闭第N-1个无线扬声器节点的流程，中央处理器向第N-1个无线扬声器发送关闭指令，然后检查该节点的供电系统是否关闭，如果该节点的供电系统已经关闭，则告知中央处理器所有节点的关闭任务已经执行完毕，可以进入下一环节的执行中；如果该节点的供电系统仍未关闭，则与第q个无线传声器节点的执行过程相同，尝试进行多次发送关闭指令的操作，如果仍不能关闭，则进入故障诊断环节。

[0025] 更进一步地，步骤c中，中央处理器需要检测第p个无线扬声器节点的播放准备情况和所有无线传声器节点的接收准备情况是否已经准备完毕，实现该检测的流程如附图3，包括以下步骤：

[0026] c1.中央处理器设置变量q等于0，并检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果q不小于M，则进入第p个无线扬声器单元的准备情况检测环节；如果q小于M，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传自身准备情况的状态信息；

[0027] c2.中央处理器将检查第q个无线传声器节点准备情况的状态信息是否正常，如果该节点准备情况的状态信息正常，则使变量q增加1，继续执行q是否小于M的判断；如果该节点准备情况的状态信息不正常，则设置变量t等于0；

[0028] c3.中央处理器检测变量t是否小于Td，如果变量t小于Td，则中央处理器继续通知第q个无线传声器节点准备接收并向其上传准备情况的状态信息；

[0029] c4.中央处理器检查地q个无线传声器节点所上传自身准备情况的状态信息是否正常，如果状态信息正常，则使变量q增加1，如果状态信息仍不正常，则使变量t增加△T，继续进入t是否小于Td的判断阶段；

[0030] c5. 如果变量t不小于Td，则中央处理器将对第q个无线传声器节点进行故障诊断，确定其故障原因并报告用户进行修理操作，接着中央处理器将检测用户是否对修理操作进行应答，如果用户作出应答，则关闭所有传声器节点和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第q个无线传声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，然后再跳转到对变量q增加1的环节；

[0031] c6.在变量q不小于M时，中央处理器即完成了对所有传声器节点准备状况的检测，转入对第p个无线扬声器节点准备状况的检测阶段，首先通知第p个无线扬声器节点向中央处理器上传准备情况的状态信息；

[0032] c7.中央处理器检查第p个无线扬声器节点准备情况的状态信息是否正常，如果该节点准备情况的状态信息正常，则告知中央处理器所有节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节；如果该节点准备情况的状态信息不正常，则设置变量t等于0；

[0033] c8.中央处理器检测变量t是否小于Td，如果变量t小于Td，则中央处理器继续通知第p个无线扬声器节点准备播放并向其上传准备情况的状态信息；

[0034] c9.中央处理器检查地第p个无线扬声器节点所上传自身准备情况的状态信息是否正常，如果状态信息正常，则则告知中央处理器所有节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节，如果状态信息仍不正常，则使变量t增加△T，继续进入t是否小于Td的判断阶段；

[0035] c10. 如果变量t不小于Td，则中央处理器将对第P个无线扬声器节点进行故障诊断，确定其故障原因并报告用户进行修理操作，接着中央处理器将检测用户是否对修理操作进行应答，如果用户作出应答，则关闭所有传声器节点和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第p个无线扬声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，然后再告知中央处理器节点准备情况的检查已经完毕，可以执行下一环节。

[0036] 优选地，步骤c中所述中央处理器依次启动各无线扬声器节点，在实现过程中，中央处理器需要检测第p个无线扬声器节点播放准备情况和所有无线传声器节点接收准备情况的状态信息，这些节点准备情况的状态信息也是一串特定的码字，例如，当节点准备完毕后，将输出码字“1010111110101111”，当节点准备尚未完成时，将输出码字“0000010100000101”，这串特定码字的长度和内容可以根据实际工程应用来定义。

[0037] 更进一步地，步骤d中，中央处理器检测所有无线传声器节点接收到的响应信息是否完整，该检测的流程如附图4，包括以下步骤：

[0038] d1.中央处理器设置变量q等于0，检测变量q是否小于M，M为无线传声器节点的数量，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点的数据完整性检查已经完成，可以进入下一环节的执行；如果变量q小于M，则通知第q个无线传声器节点进行数据的完整性检测，并向中央处理器上传数据完整性的检测报告，其中接收数据的完整性可以根据接收信号与模板信号的互相关程度的大小来判定；

[0039] d2.中央处理器检查传声器节点上传的数据完整性检测报告，如果检查结果正常，则使变量q增加1，继续跳转到变量q是否小于M的判断环节；如果检查结果不正常，则设置变量c等于0；

[0040] d3.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为第p个无线扬声器节点重复播放模板信号的次数，如果c不小于C0，则中央处理器将对第q个无线传声器节点进行故障诊断，确定故障原因并报告用户进行修理，接着中央处理器将检测用户对修理操作是否应答，如果用户已经作出应答，则关闭所有传声器和扬声器节点，显示故障节点的编号以及故障原因，等待用户进行修理，如果用户未作出应答，则中央处理器将在网络中自动删除已经出现故障的第q个无线传声器节点，并将故障节点编号及故障原因以及对该故障节点的删除操作写入到错误日志，同时告知用户这一删除操作，并跳转到使变量q增加1的执行环节；如果c小于C0，则中央处理器将启动第p个无线扬声器节点准备播放，同时通知第q个无线传声器节点准备接收；

[0041] d4.检查第p个无线扬声器节点和第q个无线传声器节点的准备工作是否完毕，如果未完毕，则中央处理器会按照△T的时间间隔尝试重复发送准备指令，并检测准备是否完成，如果在Td时间段内节点准备工作能够完成，则跳转到下一环节命令第p个扬声器播放模板信号；如果在Td时间段内该节点仍未能完成准备工作，则对该节点进行故障诊断，确定原因并通知用户修理；如果用户对修理请求作出应答，则关闭所有节点，显示故障节点编号和故障原因，等待用户修理，如果用户对修理请求无应答则自动删除故障节点，并将故障节点编号和故障原因写入错误日志中同时通知用户这一删除操作，然后跳转下一环节的执行；在第p个扬声器节点和第q个传声器节点的准备工作都已完毕后，中央处理器命令第p个扬声器节点开始播放模板信号，在模板信号播放完毕后并等待指定时间长度后，中央处理器将通知第q个传声器节点进行接收数据的完整性检测，并向其上传数据完整性的检测报告；

[0042] d5.中央处理器对上传的数据完整性检测报告进行分析判断，如果判定接收数据完整性不正常，则继续返回c是否小于C0的判断阶段，重新由第p个扬声器进行模板信号的播放；如果判定数据完整性正常，则返回使q增加1的环节中。

[0043] 优选地，步骤d中所述中央处理器依次启动各无线扬声器节点，在实现过程中，中央处理器需要检查每个传声器节点上传的数据完整性检测报告，这一检测报告实际上是一串特定的码字，这种码字是根据接收信号与模板信号的互相关系数大小来定义码字。例如，当互相关系数大于0.78时，将输出码字“1110010011100100”,表明接收信号中含有模板信号的信息，当互相关系数小于0.78时，将输出码字“0001101100011011”,表明接收信号中未含有模板信号的信息，这串特定码字的长度和内容可以根据实际工程应用来定义。另外，在定义这串特定码字的过程中，可以根据接收信号的时域波形和频域的频率谱等特征参数与模板信号特征参数的匹配程度来进行更为严格的特定码字定义。

[0044] 进一步地，步骤2中，所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器，实现该空间响应信息发送过程的流程如附图5，包括以下步骤：

[0045] e.中央处理器设置变量q等于0，并判断变量q是否小于M，如果变量q不小于M，则告知中央处理器所有传声器节点已经完成了数据发送任务，可以执行下一环节；如果变量q小于M，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的基于模板信号的脉冲响应信息；

[0046] f.中央处理器将检查所接收的由第q个传声器发来的脉冲响应信息是否完整，如果接收到的响应信息完整，则使变量q增加1后跳转到q是否小于M的判断环节中；如果接收到的响应信息不完整，则设置变量c等于0；

[0047] g.中央处理器检测变量c是否小于C0，C0为第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的冒充响应信息的次数，如果变量c不小于C0，中央处理器将对第q个传声器节点进行故障诊断，并报告用户修理，如果用户不予应答修理请求，则中央处理器将自动删除第q个传声器节点，并写入错误日志同时通知用户这一删除操作，然后跳转到下一环节的执行；如果变量c小于C0，则通知第q个无线传声器节点向中央处理器上传该节点采集的基于模板信号的响应信息；

[0048] h．中央处理器检查第q个传声器节点所上传信息的完整性，如果数据信息不完整，则仍跳转回c是否小于C0的判断环节中；如果数据信息完整，则跳转到使变量q增加1的环节中。

[0049] 更进一步地，步骤2中，所有无线传声器节点依次将采集的各无线扬声器节点的空间响应信息发送给中央处理器，传声器节点所发送的脉冲响应信息的数据帧封装结构，如附图6所示。该数据帧包括前缀码段、源地址、目的地址、数据长度、传声器的编号、脉冲响应所对应的扬声器编号、接收的脉冲响应数据、校验码段，其中前缀码段用于完成数据帧的时钟同步以及信道的均衡，源地址表示发送数据帧的传声器节点地址号，目的地址表示接收数据帧的中央处理器地址号，数据长度表示数据帧的长度大小。传声器的编号表示发送数据帧的传声器节点的编号信息，脉冲响应所对应的扬声器编号表示待发送的这个脉冲响应数据所对应的扬声器节点的编号信息，接收的脉冲响应数据表示由扬声器播放模板信号时在传声器上接收的脉冲响应信息，校验码段用于传送数据的误码检验及纠错处理。

[0050] 优选地，步骤3中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，其中，对空间多个位置点所进行的响应均衡，采用时空域的联合均衡器来实现。这一时空域联合均衡器的参数求解过程如下：

[0051] 假设无线扬声器节点的个数为N，无线传声器节点的个数为M，假设第p个扬声器节点和第q个传声器节点之间的时域脉冲响应序列的测量值为：

[0052]

[0053] 其中为时域响应序列的长度。那么这两个节点之间的频域响应序列的测量值可以表示为：

[0054]

[0055] 其中为频域响应序列的长度。假设第p个扬声器节点的均衡器时域响应序列表示为：

[0056]

[0057] 其中为均衡器时域响应序列的长度。假设第p个扬声器节点的均衡器时域响应序列表示为：

[0058]

[0059] 在第q个传声器节点上，经均衡处理后的时域响应序列表示为：

[0060]

[0061] 那么，在第q个传声器节点上经均衡处理后的频域响应序列可以表示为：

[0062]

[0063] 在理想情况下，经均衡处理后，第q个传声器节点的时域脉冲响应序列应为狄拉克δ函数（Dirac Delta function），则均衡器的响应序列的求解公式可以表示为：

[0064]

[0065] 其中为狄拉克δ函数的时域序列矢量，其维数为：。将均衡器的时域响应序列求解公式转换到频域内可以得到：

[0066]

[0067] 其中为维元素都为1的列矢量，那么所有扬声器节点的均衡器响应求解公式可以表示为：

[0068]

[0069] 其中是在第频点上对应于所有扬声器节点的均衡器响应估计值，是频谱采样序列的元素序号，其取值范围为：。是待求的均衡器响应序列，其表达式为：

[0070]

[0071] 是所有的N个扬声器节点与所有的M个传声器节点之间在第频点上的空间传播函数矩阵，其表达式为：

[0072]

[0073] 是M维元素都为1的列矢量。

[0074] 更优选地，步骤3中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，其中，对空间多个位置点所进行的声场控制，采用最小二乘准则来计算进行声场控制时所使用的多通道加权矢量。这一用于声场控制的加权矢量的求解过程如下：

[0075] 假设在第频点上用户所期望的空间M个传声器节点位置的声压分布矢量表达式为：

[0076]

[0077] 假设在第频点上用于对N个扬声器通道进行声场控制所使用的加权矢量表达式为：

[0078]

[0079] 根据最小二乘准则，在第频点上，为了使M个传声器节点位置的实际声压分布达到期望的声压分布，需要在N个扬声器节点通道上所施加加权矢量的求解公式如下：

[0080]

[0081] 其中是N个扬声器通道上所施加的加权矢量，是加权矢量的估计值。

[0082] 进一步地，步骤3中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，如附图8所示，中央处理器依次按照启动扬声器节点、检查是否启动完毕、通知扬声器节点准备接收参数值、检查是否准备完毕、向扬声器节点传送参数值、检查节点所接收参数值的完整性、关闭扬声器节点、检查关闭是否完毕等步骤进行参数传递的执行。中央处理器对启动、准备、参数完整性以及关闭这四种情况的检测流程与步骤1和步骤2所采用的检测方法和流程基本相同，而且启动、准备、参数完整性和关闭四种检测过程所传送的各种状态码字也与步骤1和2所定义的码字基本相同。另外，参数完整性的检测可以采用在参数值数据的头部和尾部添加标识码段，待扬声器节点收到包含参数值的数据帧后，将向中央处理器上传参数值数据的头部和尾部标识码段，中央处理器通过标识码段的匹配与否来判定扬声器节点是否获得了完整的参数值数据。

[0083] 更进一步地，步骤3中，中央处理器执行空间响应均衡和声场控制算法，并将计算出的参数分配给各扬声器节点，如附图9所示，参数值的数据帧封装结构包括前缀码段，源地址，目的地址，数据长度，段首标识码段，分配的参数值数据，段尾标识码段，校验码段。在分配的参数值数据的码段首部和尾部分别添加了段首标识码段和段尾标示码段，用于参数值数据的接收完整性检查。

[0084] 更进一步地，中央处理器在向扬声器节点传送均衡和声场控制算法求解的参数值过程中，需要检测扬声器节点的启动情况，该启动情况的检测过程如附图10所示，包括以下步骤：中央处理器通知第p个无线扬声器节点向其上传自身启动情况的状态信息，然后中央处理器将检查状态信息并判断启动状态是否正常，如果启动状态正常，则进入下一环节的执行。如果启动状态不正常，则中央处理器将尝试进行多次重复性的启动操作，如果在重复性启动的过程中，无线扬声器节点完成了正常启动，则跳转到下一个执行环节；如果在多次重复性启动过程中，无线扬声器节点仍然未完成正常启动，则中央处理器将对该节点进行故障诊断，确定故障原因，并通知用户进行修理操作；如果用户对修理请求无应答，则中央处理器将自动删除第p个无线扬声器节点，并将故障节点编号及故障原因写入错误日志，同时通知用户这一删除操作，然后跳转到变量p增加1的环节；如果用户响应修理请求，则关闭所有节点，显示故障节点编号和原因，等待用户修理。

[0085] 更进一步地，中央处理器在向扬声器节点传送算法输出的参数值之前，需要检测扬声器节点是否已经准备好接收数据，该准备状态的检测过程如附图11所示，包括以下步骤：中央处理器通知第p个无线扬声器节点向其上传准备情况的状态信息，然后中央处理器对这一状态信息进行分析，判断节点准备任务是否完成，如果节点仍未完成准备任务，则中央处理器将按照△T的时间间隔尝试重复发送准备指令并检测准备是否完成，如果在Td时间段内节点仍未完成准备工作，则中央处理器将对节点进行故障诊断。

[0086] 更进一步地，中央处理器在完成向扬声器节点传送算法输出参数值的任务之后，需要检测扬声器节点是否已经接收到完整的参数值数据，这一接收数据的完整性检测过程如附图12所示，包括以下步骤：中央处理器如果检测到扬声器节点未能够接收到完整的数据，将按照多次重复性传送的原则，尝试进行C0次数据传送，如果在这一重复传送过程中，扬声器节点仍然不能够接收到完整的数据信息，则中央处理器将对该扬声器节点进行故障诊断操作。

[0087] 更进一步地，中央处理器在检测到扬声器节点已经接收到完整的参数值数据之后，将对该扬声器节点的供电系统进行关闭操作，并检测该节点是否正常关闭，该节点关闭状态的检测过程如附图13所示，包括以下步骤：中央处理器会向节点发送关闭状态查询指令，如果节点未作出应答，则认为节点已经关闭，如果节点仍旧能够应答关闭状态查询指令，则中央处理器将尝试进行C0次重复性关闭操作，如果在这些次重复性关闭操作之后，节点仍无法关闭，则放弃对其进行关闭操作，并将这一无法关闭情况写入错误日志同时也通知给用户。

[0088] 进一步地，步骤4中，中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件，其中，中央处理器启动所有扬声器节点进入工作状态，在启动所有扬声器节点之后，中央处理器对算法性能进行检测与评估，该过程的具体实现流程如附图14所示，包括以下步骤；中央处理器将启动所有传声器节点，在检测所有传声器节点启动完毕后，将通知所有扬声器节点准备播放模板信号同时通知所有传声器节点准备接收模板信号，在检测所有节点都准备完毕后，将命令所有扬声器节点播放模板信号；当所有扬声器节点播放完模板信号后，中央处理器将检测所有传声器节点是否接收到完整的基于模板信号的响应信息，在所有传声器节点都已经接收到完整的响应信息后，中央处理器将命令所有传声器节点按照规定的网络传输协议依次将已接收到的模板信号的响应信息发送到中央处理器；中央处理器将检测接收到所有传声器节点的响应信息是否完整，在接收到所有节点的完整的响应信息后，中央处理器将关闭所有传声器节点的供电系统，然后显示各传声器位置点处均衡后的频响曲线，同时显示各传声器位置点进行声场控制处理后的声压分布情况，并评估响应均衡效果和声场控制效果；在显示预定的时间长度之后，将自动跳转到播放用户指定音源文件的环节。

[0089] 更进一步地，在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有传声器节点是否都已启动完毕，这一检测所有传声器节点启动状态的实现流程以及状态编码定义与图2所示的步骤1中检测所有传声器节点启动状态的实现流程以及状态编码定义完全相同，在该检测过程中，中央处理器依次通知每个传声器节点上传自身启动状况的状态信息，如果中央处理器通过状态信息判定出某节点未完成启动，则按照指定的时间间隔尝试进行多次通知该节点启动并检测其启动状况的方法，以确保该节点在预定的时间长度内能够完成启动任务。

[0090] 更进一步地，在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有扬声器是否完成播放前的准备工作，同时检测所有传声器节点是否都已完成接收前的准备工作，这一检测所有扬声器和传声器节点准备情况的实现流程及准备情况的状态编码定义与步骤1中的步骤c检测第p个扬声器节点和所有传声器节点准备情况的实现流程及准备情况的状态编码定义完全相同，如附图15所示，中央处理器先检测M个传声器节点的准备情况，然后再检测N个扬声器节点的准备情况，如果在检测到节点未完成准备时，则按照一定的时间间隔在预定的时间长度内多次重复通知该节点进行播放或接收准备，并检测其准备情况。

[0091] 更进一步地，在中央处理器对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要检测所有传声器节点接收数据的完整性，这一接收数据完整性的检测流程及数据帧的定义格式与步骤1中传声器节点数据完整性检测流程及数据帧的定义格式基本相同，附图16给出了数据完整性的检测流程，中央处理器依次对每个传声器节点进行接收数据完整性检测，如果某个节点未接收到完整的数据信息，则中央处理器将舍弃这一节点的数据信息，并将该节点所出现的错误写入错误日志，然后在后续的显示操作中将提示这一节点位置接收信息不完整，不能参与算法的效果评估。

[0092] 更进一步地，步骤4中，中央处理器启动所有扬声器节点进入工作状态，在启动所有扬声器节点之后，中央处理器可以对算法性能进行检测与评估，在对算法性能进行检测与评估的过程中，中央处理器需要通知所有传声器节点向其上传所接收的模板信号响应信息，如附图5所示，所有传声器节点的响应信息上传过程与步骤2中所述所有传声器节点的响应信息上传过程完全相同。

[0093] 更进一步地，步骤4中，中央处理器启动所有扬声器节点进入工作状态，在启动所有扬声器节点之后，中央处理器可以对算法性能进行检测与评估，中央处理器在接收到所有传声器发送的完整响应信息后，将关闭所有无线传声器节点，如附图17所示，这一关闭过程与步骤2中所述所有传声器节点的关闭过程完全相同，中央处理器将依次关闭各传声器节点的供电系统，并通过发送查询指令检测传声器节点是否做出应答的方式来判断该节点是否完成关闭；如果节点没有完成关闭，则中央处理器将重复进行多次关闭操作，并检查是否完成关闭。

[0094] 进一步地，步骤4中，中央处理器启动所有无线扬声器节点进入工作状态播放音源文件，如附图18所示，中央处理器首先通知所有扬声器节点准备播放音源文件，然后检查各扬声器节点的准备情况，在所有节点都已准备完毕之后，命令所有扬声器节点播放音源文件，然后按照指定时间间隔不断检测是否仍有播放任务；如果仍有播放任务，则继续保持多个扬声器节点执行播放任务，同时继续不断检测是否仍有播放任务；如果没有播放任务，则中央处理器将关闭所有扬声器节点的供电系统，自身也进入休眠待机状态。

[0095] 更进一步地，在播放音源文件之前，中央处理器需要通知所有扬声器准备播放并检测其准备情况，这一准备情况的检测流程与算法性能的检测与评估过程中所有扬声器节点的准备情况检测流程完全相同。如附图19所示，中央处理器通知各扬声器节点准备播放音源文件，然后检测各扬声器节点是否都已准备好，如果某节点尚未准备完毕，则按一定时间间隔进行多次重复通知该节点进行播放准备并检测其准备状况。

[0096] 优选地，步骤1和步骤4中，所有无线扬声器节点，可以按照实际应用需求，组成各种形状的阵列，也可以按照三维立体环绕声等特殊声效的应用需求采取分离方式布放。

[0097] 更优地，步骤2中，所有无线传声器节点，可以按照期望听音区域和实际应用需求来确定传声器节点的布放位置。如果在传声器节点本身价格低廉、体积微小的情况下，也可以考虑多位置点的随机布放方式。

[0098] 更优地，步骤1至步骤4中，中央处理器的天线阵列可以采用全向辐射模式进行消息广播，向所有节点发送数据信息，也可以调整其波束指向性，向局部某些节点发送信息。所有无线扬声器节点除了和中央处理器之间进行信息交互外，这些扬声器节点之间也可以进行信息交互，这些扬声器节点的天线可以全向辐射也可以针对局部空间角度进行辐射。
同样，所有无线传声器节点除了和中央处理器之间进行信息交互外，这些传声器节点之间也可以进行信息交互，这些传声器的天线可以全向辐射也可以调整到局部角度进行辐射。

[0099] 本发明所提供的另一方案为：基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，如附图20所示，它包括

[0100] 用于收集所有期望听音位置点的脉冲响应信息，并用于对期望位置点的响应进行均衡处理，同时用于对期望位置点的声场进行控制以达到特殊的声场分布需求，还用于对所有无线扬声器和传声器节点进行管理、调度、运行状况监测和故障诊断以及应急情况的处理的中央处理器；

[0101] 用于期望听音位置点的脉冲响应的接收和存储，并用于将接收响应信息传送到中央处理器的多个无线传声器节点，多个无线传声器节点与中央处理器通过无线通信网络相连接；

[0102] 用于播放脉冲响应测试期间的模板信号，同时用于正常使用期间播放用户指定的音源文件，还用于与中央处理器之间进行信息交互多个无线扬声器节点，多个无线扬声器节点与中央处理器通过无线通信网络相连接。

[0103] 进一步地，无线传声器节点由第一天线、第一无线通信模块、第一数据存取模块、第一信号处理模块、第一控制器模块、第一缓冲放大模块、传声器和电池供电模块组成，如附图21所示。第一天线用于发射和接收无线电磁波信号，可以为单个天线单元或者多个天线单元组成的天线阵列。第一无线通信模块用于对待发射数据进行编码和调制处理，或者用于对已接收的信号进行解调和解码处理；第一数据存取模块对发射或者接收以及信号处理模块中的数据进行缓存，确保数据传输过程中的安全可靠性，同时也有效提高处理器的运输速度；第一信号处理模块用于对已接收或者待发射信号进行数据分析、滤波去噪以及信道均衡等处理，给出数据内部信息的初级辨识，提取数据信息中的一些关于节点运行状况的状态信息、关于节点或者中央处理器的编号信息以及数据大小信息等，同时也用于对天线阵列的辐射波束进行加权控制，调整天线阵列的空间发射或者接收方向；第一控制器模块用于管理和调度无线通信模块、数据存取模块、信号处理模块、缓冲放大模块和电池供电模块，对这些模块的运行状况进行监测并对这些模块间的协同工作进行优化处理，同时对这些模块所出现的故障以及所引起的突发事件进行及时处理；第一缓冲放大模块用于对传声器送入的信号进行缓冲和放大处理；传声器用于对空间位置点的声压信号进行感应测量，传声器可以为单个传声器单元或者多个传声器单元组成的传声器阵列；电池供电模块对整个节点的所有模块进行电力供应，并能够响应控制器给出的启动、休眠和关闭指令。

[0104] 更进一步地，中央处理器由多个子处理器模块、中央处理器模块和第一电源供电模块组成，如图22所示。中央处理器将整个空间区域划分成几个空间分区，并将处于同一个空间分区内的所有无线传声器节点和所有无线扬声器节点组成一个分组，由空间分区所形成的每个分组内所有节点与中央处理器的通信任务以及信息处理任务将由一个分配的子处理器模块负责，子处理器模块12将负责执行指定空间分区内所包含的所有传声器节点和扬声器节点与中央处理器的数据通信以及对数据帧的信息内容进行分析辨识和初级信号处理操作，另外子处理器模块也可以对天线阵列辐射波束的指向性进行控制；中央处理器模块负责对多个子处理器模块送来的检测报告进行分析和判决，并基于这些判决结果执行相应的处理操作，中央处理器模块也对所有子处理器模块进行管理、调度、运行状态监测、故障诊断和突发事件的应急处理，另外，中央处理器模块还负责进行一些空间多位置点响应均衡算法和声场控制算法的执行任务；第一电源供电模块负责对中央处理器所有模块进行供电，第一电源供电模块可以使用市电或者电池供电，该模块可以响应中央控制器发出的启动、休眠和关闭指令并执行相应的动作。

[0105] 更进一步地，子处理器模块包括第二天线、无线通信子模块、信号处理子模块、数据存取子模块、控制器子模块，如附图22所示。第二天线用于发射和接收无线电磁波信号，可以为单个天线单元或者多个天线单元组成的天线阵列；无线通信子模块在接收过程中将对从这些节点收到的信号进行解调和解码操作，在发送过程中将对待发送的信号进行编码和调制操作；数据存取子模块对无线通信子模块送来的接收数据和信号处理子模块送来的待发射数据以及信号处理过程中的缓存数据进行实时保存，保证了数据在传送和处理过程中的安全可靠性；信号处理子模块负责对接收的数据帧内容进行分析和辨识，形成一些包含通信节点身份、通信数据帧长度、通信节点运行状态等内容的报告信息，并将这些信息传送给中央处理器模块，信号处理子模块也负责对待发射数据进行滤波、信道均衡等处理；另外，信号处理子模块还负责对天线阵列空间辐射波束的指向性控制；控制器子模块负责对无线通信子模块、数据存取子模块、信号处理子模块的管理、调度、运行状况监测、故障诊断以及突发事件的应急处理。

[0106] 更进一步地，中央处理器模块包括中央控制器、中央信号处理器、中央数据存取器，如附图22所示。中央控制器与所有的控制器子模块互联，能够向所有的控制器子模块下达控制指令，以完成预定的控制任务，中央控制器也负责对中央信号处理器、中央数据存取器和第一电源供电模块进行管理、调度、运行状况监测、故障诊断和应急情况的处理；中央信号处理器与所有信号处理子模块互联，能够接收所有信号处理子模块处理后的信息，中央信号处理器负责空间响应均衡算法和声场控制算法的求解运算任务；中央数据存取器与所有数据存取子模块互联，中央数据存取器能够从数据存取子模块中读收数据，或者向数据存取子模块中写入数据，中央数据存取器负责对中央信号处理器在运算过程中所产生的中间变量数据进行及时保存，并对中央控制器的指令信息进行及时保存，中央数据存取器还负责对用户设置的一些参数以及用户浏览过的音源文件进行记录和备份。

[0107] 进一步地，无线扬声器节点包括第三天线、第二无线通信模块、第二数据存取模块、第二信号处理模块、第二缓冲放大模块、功率放大模块、第二电源供电模块、第二控制器模块，如附图23所示。第三天线用于发射和接收无线电磁波信号，可以为单个天线单元或者多个天线单元组成的天线阵列；第二无线通信模块用于调制解调和编解码操作；第二数据存取模块用于数据传输过程中的缓存以及信号处理处理中中间变量的保存；第二信号处理模块将按照中央处理器送来的均衡器参数和声场控制参数对待输出信号进行均衡和幅度相位调整，以取得响应均衡和声场控制效果；第二控制器模块负责对第二无线通信模块、第二数据存取模块、第二信号处理模块、第二缓冲放大模块、功率放大模块和第二电源供电模块进行管理、调度、运行状况监测、故障诊断以及突发事件的应急处理；第二缓冲放大模块负责对输出信号进行缓冲和放大处理；功率放大模块负责对小信号进行功率放大，以驱动扬声器发声；扬声器用于电声转换，将功率电信号转换为空气振动从而产生声音信号，扬声0可以为单个扬声器单元也可以为多个扬声器单元组成的扬声器阵列；第二电源供电模块用于对整个节点进行电力供应，电源可以采用市电或者电池进行供电，第二电源供电模块能够响应中央处理器发送的启动、休眠和关闭指令并执行相应的动作。

[0108] 优选地，中央处理器和传声器节点或者扬声器节点之间连接方式并不局限于无线通信网络，也可以采用有线连接方式进行信息的交互。

[0109] 本发明的所描述的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制方法和装置，通过无线通信网络将空间多个位置点处传声器节点测量的脉冲响应信息自动上传到中央处理器端，并将这些空间多位置点的响应信息应用于空间响应均衡和声场控制算法的参数估计中，提高了参数的估计精度和算法性能，解决了传统人工测量方法获取空间脉冲响应函数所存在的复杂性，使得空间均衡和声场控制算法的应用更为简便灵活，也提高了声重放系统的智能化和网络化水平。

[0110] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0111] 1.本发明通过无线通信网络控制空间多个无线传声器节点自动采集和存储脉冲响应数据并自动上传响应信息到中央处理器，从而实现了空间多位置点脉冲响应信息的自动测量和收集工作，避免了传统的基于人工测量获取脉冲响应方法所存在的较大工作量和实现复杂度，提高了空间均衡和声场控制算法的性能水平，同时也提高了算法应用的便利灵活程度。

[0112] 本发明通过中央处理器管理和调度所有无线扬声器节点的工作，并实时监测这些扬声器节点的运行状况，对这些节点所出现的突发事件进行应急处理，从而提高了声重放系统的智能化和网络化水平。

[0113] 本发明通过中央处理器控制多个空间位置点处的无线传声器节点自动向其上传自身位置点处所采集的声压信号数据，从而能够在空间均衡和声场控制算法处理后在线评估这些算法的处理效果，能够自动显示出空间多个位置点处均衡后的响应曲线和控制后的声压分布曲线，从而以简便快捷的方式实现了各种算法性能的在线动态评估。

[0114] 本发明能够根据扬声器节点所处周围环境的变化状况和算法性能的在线评估结果自动执行空间响应的测量与收集，并按照预定算法自动完成空间响应均衡和声场控制，从而实现了空间响应和声场分布的自适应控制，提高了算法的智能化水平。

[0115] 本发明能够根据播放音源文件所具有的频带属性，自动调整扬声器节点的工作频响带宽，从而保证了系统频响带宽与音源文件带宽的有效配合，从而保证了声重放系统的音质水平。

[0116] 本发明能够根据听音者所处的空间位置，自适应地进行空间声场的优化设计，提高了扬声器节点的空间声辐射效率，提高了系统的使用效率。

[0117] 本发明能够通过中央处理器自动管理所有传声器和扬声器节点的开启、休眠和关闭操作，节省了系统的电能消耗。

[0118] 本发明能够在空间多个位置点大量布置这种价格低廉、体积微小的传声器节点，从而实现对整个空间区域内声场分布的精确计算和控制。

附图说明

[0119] 图1是根据本发明的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制方法和装置的信号处理流程图；

[0120] 图2是中央处理器对所有无线传声器节点启动状况的检测流程图；

[0121] 图3是中央处理器对第p个无线扬声器节点的播放准备情况和所有无线传声器节点的接收准备情况的检测流程图；

[0122] 图4是中央处理器对所有无线传声器节点接收响应信息的完整性检测流程图；

[0123] 图5是所有无线传声器节点向中央处理器发送自身接收的响应信息的实现流程图；

[0124] 图6是传声器节点所发送的脉冲响应信息的数据帧封装结构示意图；

[0125] 图7是中央处理器对所有传声器节点和第N-1个扬声器节点供电关闭情况的检测流程图；

[0126] 图8是中央处理器将算法参数值分配给各扬声器节点的处理流程图；

[0127] 图9是中央处理器传送参数值时所使用的数据帧封装结构示意图；

[0128] 图10是中央处理器检测各无线扬声器节点启动情况的处理流程图；

[0129] 图11是中央处理器检测各无线扬声器节点准备情况的处理流程图；

[0130] 图12是中央处理器检测各扬声器节点接收算法参数值数据完整性的处理流程图；

[0131] 图13是中央处理器检测各扬声器节点供电系统关闭情况的处理流程图；

[0132] 图14是中央处理器对算法性能进行在线检测与评估的实现流程图；

[0133] 图15是算法评估过程中中央处理器对所有扬声器和传声器节点准备情况的检测流程图；

[0134] 图16是算法评估过程中中央处理器检测所有传声器节点接收数据完整性的处理流程图；

[0135] 图17是中央处理器对所有传声器节点供电系统关闭情况的检测流程图；

[0136] 图18是中央处理器执行用户指定音源文件的播放流程图；

[0137] 图19是中央处理器检测所有无线扬声器节点准备情况的处理流程图；

[0138] 图20是本发明的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置各组成模块示意图；

[0139] 图21是无线传声器节点的各组成模块示意图；

[0140] 图22是中央处理器的各组成模块示意图；

[0141] 图23是无线扬声器节点的各组成模块示意图；

[0142] 图24是本发明实施例1中八元线阵列的阵元布放位置示意图；

[0143] 图25是本发明实施例1中无线扬声器节点和无线传声器节点的布放位置示意图；

[0144] 图26是本发明实施例1中每个扬声器节点通道上所施加的均衡器频响曲线图；

[0145] 图27是本发明实施例1中在均衡器施加前后，传声器位置点处频响曲线的对比图；

[0146] 图28是本发明实施例2中无线扬声器节点的位置布放图；

[0147] 图29是本发明实施例2中无线传声器节点的位置布放图；

[0148] 图30是本发明实施例2中矩形房间内扬声器面阵列和传声器面阵列的位置布放图；

[0149] 图31是本发明实施例2中在1 KHz频率点处声场控制处理后声压分布图；

[0150] 图32是本发明实施例2中在2KHz频率点处声场控制处理后声压分布图；

[0151] 图33是本发明实施例2中在3KHz频率点处声场控制处理后声压分布图；

[0152] 图34是本发明实施例2中在4KHz频率点处声场控制处理后声压分布图；

[0153] 图35是本发明实施例2中在5KHz频率点处声场控制处理后声压分布图。

[0154] 其中图中标号为：

[0155] 1、无线传声器节点；2、中央处理器；3、无线扬声器节点；4、第一天线；5、第一无线通信模块；6、第一数据存取模块；7、第一信号处理模块；8、第一控制器模块；9、第一缓冲放大模块；10、传声器；11、电池供电模块；12、子处理器模块；13、中央处理器模块；14、中央控制器；15、中央信号处理器；16、中央数据存取器；17、第一电源供电模块；18、第二天线；19、无线通信子模块；20、数据存取子模块；21、信号处理子模块；22、控制器子模块；23、第三天线；24、第二无线通信模块；25、第二数据存取模块；26、第二信号处理模块；27、第二控制器模块；28、第二缓冲放大模块；29、功率放大模块；30、扬声器；31、第二电源供电模块。

具体实施方式

[0156] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0157] 实施例一

[0158] 本发明首先通过空间各位置点的无线传声器节点，自动测量脉冲响应并通过无线通信网络上传到中央处理器，中央处理器利用这些空间各位置点的频响测量数据，执行空间各位置点响应均衡算法和声场控制算法，然后将均衡算法和声场控制算法估计的参数值下载到所有无线扬声器节点，并通过无线扬声器节点上的信号处理模块进行频响均衡和幅度相位调整处理，从而实现了扬声器阵列的空间多位置点的响应均衡和声场控制处理。另外，在完成空间均衡和声场控制的算法处理后，中央处理器可以控制多个位置点的无线传声器单元向其发送各自位置点处采集的声压数据，根据这些位置点处的声压数据可以显示算法的执行效果。当周围环境发生变化或者算法执行效果严重降低的情况下，中央处理器将自动执行空间响应的测量、收集和算法的优化处理。

[0159] 如图20所示，制作一个依据本发明的基于无线通信网络的扬声器阵列空间响应均衡与声场控制装置，其主体由多个无线传声器节点1、中央处理器2、多个无线扬声器节点3组成。多个无线传声器节点1与所述中央处理器2通过无线通信网络进行交互连接，用于测量自身所处位置点的声音信号，并通过无线通信网络上传到中央处理器2。中央处理器2与无线传声器节点1和无线扬声器节点3通过无线通信网络进行交互连接，用于管理、调度所有节点的工作任务并监测所有节点和自身的运行状况并及时处理整个系统所出现的各种突发事件。另外，中央处理器2也用于运行空间多个位置点的响应均衡算法和空间声场控制算法的求解过程并输出这些算法的估计参数。无线扬声器节点3与中央处理器2通过无线通信网络进行交互连接，用于接收中央处理器2发送的控制指令、算法参数信息、用户指定音源文件等数据信息，并向中央处理器2上传自身的运行状态信息。另外无线扬声器节点3能够按照中央处理器2给出的算法估计参数值，对自身的扬声器输出通道进行均衡和幅相调整，保证空间响应均衡和声场控制算法的有效性。

[0160] 如图21所示，无线传声器节点1由第一天线4、第一无线通信模块5、第一数据存取模块6、第一信号处理模块7、第一控制器模块8、第一缓冲放大模块9、传声器10和电池供电模块11组成。如图22所示，中央处理器2由子处理器模块12、中央处理器模块13和第一电源供电模块17组成。子处理器模块12由第二天线18、无线通信子模块19、数据存取子模块20、信号处理子模块21、控制器子模块22组成。中央处理器模块13由中央控制器14、中央信号处理器15和中央数据存取器16组成。如图23所示，无线扬声器节点3由第三天线23、第二无线通信模块24、第二数据存取模块25、第二信号处理模块26、第二控制器模块27、第二缓冲放大模块28、功率放大模块29、扬声器30和第二电源供电模块31组成。

[0161] 中央处理器2在收到空域响应均衡和声场控制指令后，将按照图1所示流程运行，首先执行多个空间位置点的响应采集，启动所有传声器节点1，在检测都已启动完毕后，依次指定每个扬声器节点2播放模块信号，同时传声器节点1接收并存储模板信号的响应信息，然后再由传声器节点1依次将这些响应信息上传给中央处理器2，中央处理器2基于这些响应信息执行空间响应的均衡算法和声场控制算法，并将求解的算法参数分配给所有的扬声器节点3，这些扬声器节点3在收到参数数据后，将执行频响均衡和通道幅相调整，完成响应均衡和声场控制处理。在完成空间响应均衡和声场控制处理后，中央处理器2将对算法进行在线评估，检验算法的性能，然后中央处理器2将命令所有无线扬声器节点发送用户指定的音源文件。

[0162] 本实施例中，扬声器阵列采用8元线性阵列，其中扬声器单元采用惠威公司生产的型号为B2S的全频带扬声器单元，该单元的频带范围为270 Hz～20 KHz，灵敏度(2.83V/1m)为79 dB，最大功率为2 W，额定阻抗为8 欧姆。如图24所示，线性扬声器阵列的阵元间距l1为4 cm，每个扬声器单元安装在一个无线扬声器节点上。

[0163] 在空间中，假设无线扬声器节点和无线传声器节点的布放如图25所示，L1距离为1米，L2距离为1米。假设无线扬声器节点所播放的模板信号为输入频率范围为100 Hz～
20 KHz的扫频信号，在扬声器阵列轴线上1米远位置点处由一个无线传声器节点1负责接收各扬声器节点3播放模板信号所产生的响应数据。图26给出了每个扬声器节点通道上所施加的均衡器频响曲线图，图27给出了在均衡器施加前后，传声器位置点处频响曲线的对比图。在未施加均衡器时，无线传声器节点位置处空间频响曲线在2 KHz～20 KHz的频率范围内存在着非常明显的下降趋势，随着频率从2 KHz增加到20 KHz，系统频响的幅度谱从65 dB下降到45 dB，存在着20 dB的幅度差异；在施加均衡器之后，无线传声器节点位置处的响应曲线在2 KHz～20 KHz的频率范围内一直维持在57 dB附近，呈现出非常平坦的频谱特性，从而保证了扬声器阵列在传声器节点所处位置点处能够保证音源信号的真实还原。采用本发明所提出的方法和装置，能够简便快捷的获取各空间位置点的脉冲响应信息，并基于这些脉冲响应信息所设计的均衡器能够保证传声器节点位置上取得较好的均衡效果。

[0164] 实施例二

[0165] 本实施例中，假设在矩形房间内放置一个包含25个无线扬声器节点的圆形面阵列，该面阵列上的无线扬声器节点位置布放如图28所示，距离l2为0.15米，角度α为45°，距离l3和l4均为0.4米。在距离扬声器面阵列轴线2米远处按照0.4米间隔放置6行×6列总共36个无线传声器节点的正方形面阵列，该面阵列上的无线传声器节点位置布放如图29所示，平面M为测量平面。在矩形房间内扬声器面阵列和传声器面阵列的位置布放如图30所示。假设房间的长、宽、高分别为3 m、4.5 m、6 m，其中25元扬声器面阵列中心点的三维坐标为（1.5 m，2.25 m，1.5 m），36元传声器阵列中心点的三维坐标为（1.5 m，
2.25 m，3.5 m）。假设期望聚焦的范围在以（1.5 m，2.25 m，3.5 m）为圆心，半径为0.15 m的圆形区域内。

[0166] 假设输入信号频率分别为：1 KHz、2 KHz、3 KHz、4 KHz和5 KHz，按照空间声场控制算法进行处理后，在传声器阵列所处的平面区域内对应于这些频率点的空间声压分布如图31、图32、图33、图34和图35所示。观察这些声压分布图，可以看出在（1.5 m，2.25 m，3.5 m）的中心位置点周围区域内形成了明亮的聚焦斑，表明了声场控制算法的有效性。随着频率的增加，周围其他区域内扩散的声能量逐渐减少，声场聚焦的效果逐渐提高。这种基于无线传声器节点进行空间响应的测量和收集方法，可以在空间区域内大量布置这种价格低廉、体积微小的传声器节点，从而实现对空间声场的精确控制。

[0167] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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