32.2声道扬声器阵列分布式控制

原创于 2025-10-07 00:12:16 发布 · 268 阅读

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#扬声器阵列 # 分布式控制 # 定时同步 # OSC协议

基于分布式定时控制方法的32.2声道扬声器阵列实现32.2 Channel Loudspeaker Array

一、引言

关于三维声音的研究一直积极地使用耳机进行，因为耳机能够方便地控制三维声音。另一方面，扬声器在控制三维声音方面较为困难，且经济成本较高，难以向消费者普及。然而，扬声器由于具有非接触性、增强振动感等优点，能够提升三维声音的体验效果。本文提出并实现了一种基于低成本设备和分布式处理的32.2通道扬声器阵列，并采用多通道扬声器阵列声音重放的分布式定时控制方法。同时，我们对分布式时序控制方法的性能进行了评估。

二、提出的方法

A. 用于声音重放的分布式时序控制方法

标准建议[1]规定，人感知声音延迟的时间为 0.05[sec]，由32.2声道扬声器阵列播放的声音之间的延迟时间差应小于0.05[sec]。因此，我们提出了一种分布式处理方法，为了减少上述扬声器阵列（图1）在声音重放过程中的延迟。用于声音重放的分布式定时控制方法采用开放声音控制器（OSC）协议。接下来，主节点与从节点之间进行时钟同步（图1中© 1）。时钟同步后，主节点向从节点多次发送数据包，并测量单向延迟（图1中© 2）。当主节点向某一从节点发送数据包时，会计算除该从节点外其他节点的单向延迟总和，以均衡每个节点的单向延迟。然后，主节点发送指令给从节点，指示其播放声音（图1中© 3）。

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B. 基于分布式处理的32.2声道扬声器阵列

图2展示了32.2声道扬声器阵列的实现。扬声器的布置考虑了最优的扩散部署，以位于图中心附近的仿真头为中心。为了实现分布式时序控制，扬声器阵列需要接入 TCP/IP网络，因此我们使用了JGS524 L2交换机和一台树莓派3 B型。此外，来自树莓派3 B型3.5毫米插孔的声音通过LP‐2024A+放大器进行放大并播放。

示意图1

III. 实验结果

在本实验中，我们特意引入延迟以分析所提出方法的有效性。实验在冈山理科大学冈山校区C4楼B1层的声学消声室中进行。主节点数量为1，从节点数量为18。
OSC消息由主节点发送至从节点，发送间隔为 512[Kbps]。
实验时间设置为 100[sec]。

图3展示了最小延迟以及各节点延迟之间的差异的实验结果。当有意延迟为 0.5[sec]时，在没有所提系统的图 3(a)中，延迟最大差异为 0.50996[sec]。在使用所提系统的实验情况下，延迟差异最多为 0.00439[sec]（图 3(b)）。从实验结果可以看出，所提方法的延迟差异小于 0.05[sec]。我们还通过对实验结果进行显著性水平为 0.05的假设检验来分析所提方法的有效性。由于假设检验的样本量较大，我们采用基尼系数这一不平等度量对实验结果进行汇总分析。我们对实验结果的 p值约为 0.008 < 0.05，表明数据不满足正态性。随后，我们对实验结果应用了威尔科克森符号秩检验，由于 p值约为 0.015 < 0.05，威尔科克森符号秩检验的结果显示存在显著差异，因此所提出的方法在多通道扬声器阵列的声音重放中是有效的。