一種基于ambisonics全景錄音球的麥克風陣列擺放實現(xiàn)方案、全景錄音信號空間編碼方法、場景信號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陣列擺放實現(xiàn)方案D.1 概述Ambisonics是一種應(yīng)用于聲場感知和聲場重建的技術(shù)，運用球諧函數(shù)理論，以實現(xiàn)對聲場的分析和重構(gòu)。球面分布的麥克風陣列可以用于Ambisonics錄音，記錄聲場信息。附錄D主要研究了對任意數(shù)量的滿足Ambiconics錄音要求的麥克風陣列的均勻擺放問題， 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，麥克風的位置需滿足球諧函數(shù)的離散正交性， 以使對聲場的記錄更加準確和全面； 而一般情況下，只有五種正多面體的頂點滿足此條件。為使任意數(shù)量的麥克風均滿足正交性，盡可能均勻地分布于球面上，附錄 D引入一種物理模型， 采用靜電場的平衡條件來模擬這一分布問題， 將采樣球表面視為導體球表面， 將麥克風視為帶電粒子，并假設(shè)各帶電粒子之前存在類似庫侖力的平方反比

3、力。當帶電粒子的運動達到平衡時，可視為在球面上均勻分布。運用這一方法， 可以確定各麥克風在球面上的位置。D.2.2 具體實現(xiàn)方法采用上述物理模型實現(xiàn)麥克風陣列均勻分布的具體步驟如下：a)對球形 3D 錄音系統(tǒng)進行建模，得到一單位球體；然后將待分布的 N 個麥克風作為帶電粒子，隨機分布在該單位球體的表面；b)計算每個帶電粒子在各個方向上受到的合力大小， 然后計算出合力在對應(yīng)帶電粒子上的切線分量；c)根據(jù)切線矢量計算對應(yīng)帶電粒子沿切向運動飛

4、出該單位球體表面的坐標， 然后對每一帶電粒子的坐標沿徑向進行歸一化，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，當各帶電粒子所受合力均小于一設(shè)定值時，得到各帶電粒子的球面均勻分布，即為 N 個麥克風在該球形 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，在 1 階至 4 階 Ambisonics（對應(yīng)矩陣 1 至 25 列）

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