一種基于ambisonics全景錄音球的麥克風(fēng)陣列擺放實(shí)現(xiàn)方案、全景錄音信號(hào)空間編碼方法、場(chǎng)景信號(hào)編解碼及渲染通用技術(shù)

1、GB/T XXXXX.3—XXXX107附 錄 D（資料性)一種基于 Ambisonics 全景錄音球的麥克風(fēng)陣列擺放實(shí)現(xiàn)方案D.1 概述Ambisonics是一種應(yīng)用于聲場(chǎng)感知和聲場(chǎng)重建的技術(shù)，運(yùn)用球諧函數(shù)理論，以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)的分析和重構(gòu)。球面分布的麥克風(fēng)陣列可以用于Ambisonics錄音，記錄聲場(chǎng)信息。附錄D主要研究了對(duì)任意數(shù)量的滿足Ambiconics錄音要求的麥克風(fēng)陣列的均勻擺放問(wèn)題， 并給出了一種具有普適性的解決方案。D.2

2、技術(shù)框架D.2.1 整體方案在用于 Ambisonics 錄音的采樣球中，因編解碼的需要，麥克風(fēng)的位置需滿足球諧函數(shù)的離散正交性， 以使對(duì)聲場(chǎng)的記錄更加準(zhǔn)確和全面； 而一般情況下，只有五種正多面體的頂點(diǎn)滿足此條件。為使任意數(shù)量的麥克風(fēng)均滿足正交性，盡可能均勻地分布于球面上，附錄 D引入一種物理模型， 采用靜電場(chǎng)的平衡條件來(lái)模擬這一分布問(wèn)題， 將采樣球表面視為導(dǎo)體球表面， 將麥克風(fēng)視為帶電粒子，并假設(shè)各帶電粒子之前存在類似庫(kù)侖力的平方反比

3、力。當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，可視為在球面上均勻分布。運(yùn)用這一方法， 可以確定各麥克風(fēng)在球面上的位置。D.2.2 具體實(shí)現(xiàn)方法采用上述物理模型實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)陣列均勻分布的具體步驟如下：a)對(duì)球形 3D 錄音系統(tǒng)進(jìn)行建模，得到一單位球體；然后將待分布的 N 個(gè)麥克風(fēng)作為帶電粒子，隨機(jī)分布在該單位球體的表面；b)計(jì)算每個(gè)帶電粒子在各個(gè)方向上受到的合力大小， 然后計(jì)算出合力在對(duì)應(yīng)帶電粒子上的切線分量；c)根據(jù)切線矢量計(jì)算對(duì)應(yīng)帶電粒子沿切向運(yùn)動(dòng)飛

4、出該單位球體表面的坐標(biāo)， 然后對(duì)每一帶電粒子的坐標(biāo)沿徑向進(jìn)行歸一化，使所有帶電粒子再次回到該單位球體的表面；d)步驟 ii、iii 循環(huán)若干次，當(dāng)各帶電粒子所受合力均小于一設(shè)定值時(shí)，得到各帶電粒子的球面均勻分布，即為 N 個(gè)麥克風(fēng)在該球形 3D 錄音系統(tǒng)的陣列分布。其流程圖如圖 D.1 所示。GB/T XXXXX.3—XXXX109圖 D.2 正交誤差矩陣由此可見(jiàn)，在 1 階至 4 階 Ambisonics（對(duì)應(yīng)矩陣 1 至 25 列）

5、范圍內(nèi)，該方法得到的麥克風(fēng)擺放已經(jīng)具有很高的正交性， 可以很精確地采集到聲場(chǎng)信息； 當(dāng)階數(shù)超過(guò) 5 階時(shí)誤差有所增大，但是已經(jīng)超出一般測(cè)量范圍，故并不影響實(shí)際測(cè)量時(shí)的精確度。當(dāng)麥克風(fēng)數(shù)量變化時(shí)，正交性的誤差也會(huì)有所變化。固定 Ambisonics 最高階數(shù)為 4 階，麥克風(fēng)數(shù)量變化范圍為 25 到 35， 令dn為正交誤差矩陣 D 中每一個(gè)元素的誤差總和， 繪制不同麥克風(fēng)數(shù)量下的dn如圖 D.3：圖 D.3 不同麥克風(fēng)數(shù)量下的正交性誤差