【语音处理】基于加权压力匹配方法（WPMM）的私人声音系统研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

在现代社会，人们对声音的个性化需求日益增长，私人声音系统应运而生，其核心目标是在特定区域内提供清晰、可懂的声音，同时最大限度地减少对周围环境的声音干扰。然而，传统的声音系统在实现这一目标时面临诸多挑战，如声音的定向性不足、易受环境反射影响等。加权压力匹配方法（Weighted Pressure Matching Method，WPMM）为解决这些问题提供了新的思路，本文将深入研究基于 WPMM 的私人声音系统。

私人声音系统的需求与挑战

私人声音系统需要满足以下核心需求：在目标区域（如用户所在位置）形成足够强度的声音，确保用户能够清晰聆听；在非目标区域（如周围环境），声音强度应尽可能低，以避免对他人造成干扰。这种 “声笼” 式的效果是私人声音系统的关键特征。

传统私人声音系统的实现方式主要有扬声器阵列定向发声、头戴式耳机等。头戴式耳机虽然能实现较好的私密性，但会给用户带来佩戴不适感，且在某些场景（如运动、社交）中使用不便。扬声器阵列定向发声通过控制各扬声器的相位和幅度，形成指向性波束，但传统的波束形成方法在低频段定向性较差，且容易受到房间声学环境（如墙壁反射、家具散射）的影响，导致非目标区域的声音泄漏，无法满足高私密性要求。

加权压力匹配方法（WPMM）的基本原理

基于 WPMM 的私人声音系统实现步骤

系统硬件架构

基于 WPMM 的私人声音系统主要由扬声器阵列、麦克风阵列、信号处理单元和控制模块组成。扬声器阵列负责发出声音，麦克风阵列用于采集目标区域和非目标区域的声学压力信号，信号处理单元运行 WPMM 算法计算各扬声器的最优激励信号，控制模块实现系统的整体协调和参数调整。

声学环境建模

在系统运行前，需要对使用环境进行声学建模，获取扬声器阵列到目标区域和非目标区域各采样点的声学传递函数（Acoustic Transfer Function，ATF）。ATF 描述了扬声器发出的信号在传播到某一空间点时的幅度和相位变化，是 WPMM 算法优化的基础。可通过测量的方法获取 ATF：向扬声器阵列输入特定的测试信号（如扫频信号），同时用麦克风阵列采集各采样点的响应信号，通过信号分析计算得到 ATF。

实时自适应调整

由于声学环境可能随时间变化（如人员移动、物体摆放改变等），系统需要具备实时自适应调整能力。通过麦克风阵列实时采集目标区域和非目标区域的压力信号，计算当前压力场与期望压力场的偏差，根据偏差信息动态更新声学传递函数和 WPMM 算法的优化参数，调整扬声器的激励信号，确保系统始终保持良好的性能。

WPMM 在私人声音系统中的性能优势

定向性与私密性

与传统的波束形成方法相比，WPMM 通过对目标区域和非目标区域的联合优化，能够在更宽的频率范围内实现更高的定向性。在低频段，WPMM 的定向性能显著优于传统方法，有效减少了低频声音的扩散和泄漏；在非目标区域，WPMM 能够将声音压力抑制到更低的水平，提供更好的私密性，满足私人声音系统的核心需求。

抗环境干扰能力

WPMM 通过实时采集环境声学信号并进行自适应调整，能够有效抵抗环境噪声和声学反射的影响。当环境中存在突发噪声或房间声学特性发生变化时，系统能够快速更新激励信号，维持目标区域的声音质量和非目标区域的抑制效果，具有较强的鲁棒性。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 张雪英.数字语音处理及MATLAB仿真[M].电子工业出版社,2010.

[2] 付青青,吴爱平.基于Matlab的语音信号自相关基音检测[J].长江大学学报（自科版）：上旬, 2006, 3(4):3.DOI:10.3969/j.issn.1673-1409-C.2006.04.032.

[3] 张昊.语音数字信号增强处理及其Matlab实现[J].通信技术, 2009(1):3.DOI:10.3969/j.issn.1002-0802.2009.01.100.

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