[发明专利]一种自由声场的声线立体角仿真模拟方法及系统

说明书

本发明公开一种自由声场的声线立体角仿真模拟方法及系统，该方法包括：将声源位置设定为坐标原点，建立三维坐标系；以坐标原点为圆心，建立半径为R的球面；沿三维坐标系的z轴在‑R到+R之间做平行于XOY的平面；再在XOY平面内，以O为圆心，做等分的圆周角；利用纬度圈和经度圈将球面划分成网格，每一网格为一网格面元；计算每一网格面元对球心所张的立体角；设定任一条声线经过的网格面元中点确定声线簇方程；根据立体角和声线簇方程通过图形编程和运行软件进行自由声场声线仿真模拟。本发明通过图形直观的显示声音去向分布，且能够确定离声源不同远近，即各个场点的声强大小。

技术领域

本发明涉及声音信号处理技术领域，特别是涉及一种自由声场的声线立体角仿真模拟方法及系统。

背景技术

目前，计算机仿真模拟技术为声场的研究提供了新的有效方法和手段，已有技术中声线仿真模拟主要利用软件编程，通过图形显示从某点发出射线，该点代表声源位置，射线代表声线，即声音的传播方向，从而模拟声源发出的各个方向的声音。这种方法具有显示直观的优点，其中算法是其核心和关键，决定了声场仿真模拟的质量。

现有声线模拟仿真技术多以示意性为主，即基本是射线发散式的定性显示，代表声线的射线的空间三维关系模糊不明确，只能形象的展示声音传到什么位置，却无法科学量化仿真模拟声音的大小，而这恰恰是研究声场的关键部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由声场的声线立体角仿真模拟方法及系统，能够通过图形直观的显示声音去向分布，且能够确定离声源不同远近，即各个场点的声强大小。

为实现上述目的，本发明提供了一种声线立体角仿真模拟方法，所述方法包括：

将声源位置设定为坐标原点O，建立三维坐标系；

以坐标原点O为圆心，建立半径为R的球面；

沿三维坐标系的z轴在-R到+R之间做个平行于XOY的平面；其中，表示不超过的最大正整数，N为声线总数；

将每一所述平面与所述球面相交产生一簇同轴圆周线视为纬度圈；

再在XOY平面内，以O为圆心，做等分的圆周角，将所述圆周角视为经度圈；

利用所述纬度圈和所述经度圈将球面划分成网格，每一网格为一网格面元；

计算每一网格面元对球心所张的立体角；

设定任一条声线经过的网格面元中点(x_o，y_o，z_o)，则有：

式中，m＝0,1,2,…,z-1；n＝0,1,2,…,z-1；则声线簇方程为：

根据所述立体角和所述声线簇方程通过图形编程和运行软件进行自由声场声线仿真模拟。

可选的，相邻两所述平面的间距相等，且平面间距为：

可选的，所述相邻两所述圆周角的间距相等，且圆周角间距为：

可选的，所述纬度圈共个。

可选的，所述经度圈共个。

可选的，所述立体角的计算公式为：

其中，Δs为网格面元的面积，θ为对应纬度圈的球半径与Z轴的夹角，Δr为相邻两纬度圈的球面弧长。

可选的，在所述计算每一网格面元对球心所张的立体角之后还包括：