[发明专利]一种基于时域等效源法的实时声场分离方法

说明书

本发明公开了一种基于时域等效源法的实时声场分离方法，是在目标源和干扰源之间布置一个测量面，同步采集测量面上各测点处的时域声压和时域质点振速；在测量面两侧布置等效源，用于分别模拟目标源声场和干扰源声场；采用线性插值函数对各等效源的时域源强积分进行插值处理，建立任意时刻各测点的声压和质点振速与各等效源源强之间的传递关系；从初始时刻开始依次获得对应时刻测量面两侧各等效源的时域源强积分；根据获得的测量面两侧的各时刻等效源的时域源强积分以及等效源与任意测点之间的传递关系，计算获得目标源声场和干扰源声场，实现实时声场分离。本发明允许测量面为任意形状，能够在混响环境中分离出任意形状目标声源的辐射声场。

技术领域

本发明涉及噪声领域声场分离方法，更具体地说是一种基于时域等效源法的实时声场分离方法。

背景技术

在实际工程中，声学测量环境往往不是消声室，而是处于混响环境中，混响环境所产生的干扰声影响了对目标声源所辐射声场的准确测量，因此需要采用声场分离技术将干扰声源的影响从测量结果中分离出去。声场分离技术最初发展于在频域中分离出测量面两侧的简谐声场，其方法主要有：空间傅里叶变换方法、统计最优近场声全息算法、边界元法、等效源法。但是，上述频域声场分离方法都仅仅实现了单一频率下的声场分离。对于随时间变化的瞬态声场，上述声场分离方法将不再适用，而应在每个一瞬时分离出目标声源声场。为实现任意时刻下的声场分离，张小正等于2012年在J.Acoust.Soc.Am.131(3),2180–2189提出了一种基于双平面声压测量的时域声场分离方法，在该方法中，所有时刻的目标声场都通过解卷计算来一次性求解，其中必须使用正则化来改善求解过程中的病态问题。为了避免解卷计算中的病态问题，毕传兴等于2014年在J.Acoust.Soc.Am.135(6),3474–3482提出了一种基于声压和质点加速度测量的时域声场分离方法，该方法在某一时刻的目标声场是由同一时刻的测量声压和之前所有时刻的质点加速度与对应的脉冲响应函数之间卷积的简单叠加得到，因此该方法能实现声场的实时分离。但是，由于质点加速度是通过两个相邻平面上测得声压的有限差分近似得到，而有限差分引起的质点加速度误差会导致错误的分离结果，毕传兴等于2016年在J.Acoust.Soc.Am.139(2),781–789又进一步提出了一种采用单面声压和质点振速测量的时域声场分离方法。在该方法中，声压和质点振速是采用声压和质点振速传感器直接采集得到，因此不存在因有限差分近似而产生的误差。上述的时域声场分离方法均基于平面波展开，这需要测量面为一个平面或两个平行平面。Ma等人于2019年在J.Acoust.Soc.Am.146(1),11–21提出了一种基于球面波展开法的可在混响环境中分离出球形声源辐射的目标声场的时域声场分离方法。该方法需要采用包围目标声源的球形测量面上的声压和法向质点振速来进行声场分离，且法向质点振速是由两个相距很近的球面上声压的有限差分近似。然而，当声源为圆柱形或椭圆柱形等不规则形状时，球形测量面将无法有效分离目标声场，且有限差分近似引起的质点振速的误差也会影响分离精度。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于时域等效源法的实时声场分离方法，允许测量面为任意形状，且能对瞬态声场实现实时分离。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明基于时域等效源法的实时声场分离方法的特点是：在目标源和干扰源之间布置一个测量面，所述目标源是指目标声源，所述干扰源是指干扰声源，同步采集测量面上各测点处的时域声压和时域质点振速；在测量面两侧布置若干等效源，用于分别模拟目标源声场和干扰源声场；采用线性插值函数对各等效源的时域源强积分进行插值处理，建立任意时刻各测点的声压和质点振速与各等效源源强之间的传递关系；从初始时刻开始依次获得对应时刻测量面两侧各等效源的时域源强积分；根据获得的测量面两侧的各时刻等效源的时域源强积分以及等效源与任意测点之间的传递关系，计算获得目标源声场和干扰源声场，实现实时声场分离；所述测量面为任意形状，能够在混响环境中分离出任意形状目标源的辐射声场。

本发明基于时域等效源法的实时声场分离方法的特点是按如下步骤进行：