[发明专利]一种封闭环境内部低频声场重构方法

说明书

技术领域

本发明属于结构内部降噪技术领域，涉及一种封闭环境内部低频声场重构方法，具体涉及一种基于多传声器采集数据的声重构方法，方法特征是实现混响环境下的低频段的声场重构问题，提高重构结果的计算精度。

背景技术

文献“Spatial sound field synthesis and upmixing based on the equivalent source method.Journal of the Acoustical Society of America,2014,135(1).269-282.”公开了一种空间声场物理重构方法，可用于声场控制和多媒体声品质设计。该方法为一种声场等效近似的方法，主要原理为将重构区域空间上多个位置的声压信息采集处理，再设定好的固定位置和数目的扬声器之间重新播放来进行原始声场的再现。文献所述方法基于等效声源法，将原始声场的信息等效为声场边界分布的多个单极子声源和偶极子声源辐射声波的叠加，基于这种等效方法可将原始声场在非原始环境中重新再现出来。然而，文献应用仅仅局限在二维平面区域声场的仿真和主观测试，并没有考虑在三维空间乃至封闭环境，这与实际的声场物理重构中能够实现空间任意位置的物理重构有很大的不同。同时文献也没有考虑混响环境，在实际中封闭结构边界引起的声反射会严重影响声场重构的精度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种封闭环境内部低频声场重构方法，

技术方案

一种封闭环境内部低频声场重构方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在封闭房间内部随机选定M个传声器布置在M个位置上，标记各传声器位置为(x_m,y_m,z_m)，m＝1,2,…,M；开启所有设备和声源，持续播放预定的白噪声信号；所述传声器之间的距离小于0.35m；

以16kHz以上的采样频率，采集时间不超过30s的封闭结构内的时域声信号，所采集的信号记为y_i(t)(i＝1,2,…,M)；

步骤2：对各数据做短时傅立叶变换，获取各传声器信号的频域表示y_i(f)(i＝1,2,…,M)；

步骤3：根据房间尺寸和选定的坐标系，将房间边界外推10～50cm确定为等效声源面，并将等效声源面离散为N个等效单极子声源，标记每个等效声源的位置坐标为(x_n,y_n,z_n)，n＝1,2,…,N；

步骤4：根据等效声源和的各传声器的位置建立：

其中：表示第M个传声器与第N个等效声源之间的格林函数；

步骤5：根据下式对100～500Hz内的每个频率，采用Tikhonov正则化和L曲线法确定每个频率下的最优正则化参数和等效声源强度的最优解x*(f)：

其中：x(f)为等效声源的强度，λ(f)为正则化参数；

步骤6：选定房间内部若干重构位置，及各位置的坐标(x_r,y_r,z_r)；

步骤7：建立房间内部预测点位置与各等效声源之间的传递矩阵B(f)。

所述正则化参数选取方法采用：L曲线法和广义交叉验证GCV，Generalized cross-validation。

所述L曲线法进行正则化参数λ(f)的选择：以对数log-log尺度来描述正则解||x||₂与残余范数||Ax-p||₂，作图得L型的曲线图，最后通过计算和判断选择L曲线拐点处的参数作为正则化参数。

有益效果

本发明提出的一种封闭环境内部低频声场重构方法，以室内多传声器的采集数据为输入，将室内各接收点位置、房间尺寸信息与等效声源法结合建立信号模型，并借助格林函数构建求解传递矩阵，最后采取Tikhonov优化算法进行求解计算所有等效源的源强度矢量，最后可重新构建传递矩阵，并直接计算确定封闭结构内部任意位置的声压分布。

本发明的有益效果是：由于封闭结构壁面存在声波反射，将待重构封闭结构内部的几何外形外推一定的距离，建立等效虚声源面，将等效虚声源面离散为多个等效声源，最后根据等效源与传声器之间的位置关系建立传递矩阵并借助正则化的求逆方法获得任意位置的声压分布。本发明方法简便，适合各类工程技术人员使用，且可实现混响环境内部低频声场的准确重构再现。