pyroomacoustics--生成房間脈沖響應

pyroomacoustics能夠在2D/3D房間中快速構建單/多個聲源以及麥克風的模擬場景，借助image方法能夠有效生成房間脈沖響應並模擬聲源和麥克風之間的傳播途徑。接下來系列博文將主要介紹pyroomacoustics的使用。今天主要介紹利用pyroomacoustics生成房間脈沖相應(Room Impluse Response, RIR)。

在使用pyroomacoustics之前，首先確保已經正確安裝，安裝命令如下

pip install pyroomacoustics

安裝成功后，打印版本信息可知所安裝的pyroomacoustics的版本.我使用的版本是0.4.2

import pyroomacoustics as pra
print(pra.__version__)
'''
0.4.2
'''

使用pyroomacoustics生成RIR的一般流程如下：

• 創建room
• 添加microphone到room
• 添加source到room
• 調用image_source_model()以及simulate()方法

創建room

pyroomacoustics可以創建2D房間尺寸和3D房間尺寸。創建3D房間尺寸也很簡單，就是在2D房間上再增加一個高而已。接下來創建一個尺寸為(7,5)的矩陣房間，以矩陣左下角為坐標原點。那么使用如下代碼可以創建2D房間

import numpy as np
import pyroomacoustics as pra
corner = np.array([[0, 0], [7, 0], [7, 5], [0, 5]]).T
room = pra.Room.from_corners(corner)
'''
corner: 房間的四個角。`pra.Room.from_corners()`的函數文檔中表示四個角的聲明順序必須逆時針。
'''
fig, ax = room.plot()
ax.set_xlim([-1, 10])
ax.set_ylim([-1, 10])
fig.show()

而下面的代碼創建三維房間

import numpy as np
import pyroomacoustics as pra
corner = np.array([[0, 0], [7, 0], [7, 5], [0, 5]]).T
room = pra.Room.from_corners(corner)
room.extrude(3.)
fig, ax = room.plot()
ax.set_xlim([-1, 10])
ax.set_ylim([-1, 10])
ax.set_zlim([-1, 4])
fig.show()

添加microphone/source到room

下面以創建的2D房間為例(與2D的差別在於，3D房間中麥克風位置只是多了一個坐標)，pyroomacoustics中提供了聲明麥克風陣列的函數，本例中以環陣為例，並完善上面創建房間的腳本(增加牆壁的反射系數)

import soundfile as sf
audio, sr = sf.read('1A3A29D5.wav')
corner = np.array([[0, 0], [7, 0], [7, 5], [0, 5]]).T

room = pra.Room.from_corners(corners, fs=sr,
                              max_order=3,
                              materials=pra.Material(0.2, 0.15),
                              ray_tracing=True, air_absorption=True)
room.add_source([1, 1], signal=audio)
'add microphone'
R = pra.circular_2D_array(center=[2.,2.], M=3, phi0=0, radius=0.3)
room.add_microphone_array(pra.MicrophoneArray(R, room.fs))
fig, ax = room1.plot()
ax.set_xlim([-1, 10])
ax.set_ylim([-1, 10])
fig.show()

上圖中圓點表示設置的聲源位置，叉叉表示麥克風的位置。這里設置了三個麥克風。

調用image_source_model()以及simulate()方法

相應的參數設置完之后，接下來就是調用image方法了。

room.image_source_model()
fig, ax = room.plot(img_order=3)
# fig.set_size_inches(18.5, 10.5)
fig.show()

通過以下代碼查看經過RIR后的語音

room.plot_rir()
fig = plt.gcf()
fig.set_size_inches(20, 10)

最后通過simulate()方法可以查看經過RIR后的語音以及保存語音

room.simulate()
sf.write('modi_wav.wav', room.mic_array.signals.T, samplerate=sr)

從聽感來看，經過RIR后的語音有了明顯的空間感。另外設置聲源位置的時候，可以在極坐標系中設置聲源角度和聲源相對於麥克風陣列的距離，然后通過坐標變換到直角坐標系中。這樣的好處就是可以任意設置角度。不對需要注意的是聲源相對於麥克風的位置和聲源在整個坐標系中的位置不是同一個坐標系，需要標定一下。

生成RIR只是pyroomacoustics中比較簡單的一個功能，其它功能待摸索后再整理成博客。

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