一種用于聲場(chǎng)合成的聲場(chǎng)信息采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于聲場(chǎng)合成的聲場(chǎng)信息采集方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲場(chǎng)合成（wavefieldsynthesis,WFS)以惠更斯原理為基礎(chǔ)，在較大范圍內(nèi)合成 三維聲場(chǎng)。它在消費(fèi)電子、通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。WFS技術(shù)重現(xiàn)的聲場(chǎng)能較好地保留 原始聲場(chǎng)的時(shí)間、空間性質(zhì)，能給人"身臨其境"的體驗(yàn)。聲場(chǎng)分布的感知是重建聲場(chǎng)的前 提，通常WFS需要大量傳聲器來(lái)感知三維聲場(chǎng)分布，傳聲器分布越密集，感知到的聲場(chǎng)分布 越精確，但是過(guò)多的傳聲器會(huì)影響聲場(chǎng)分布，甚至?xí)黠@改變聲場(chǎng)的分布。
[0003] 由空間采樣定理可知，空間采樣截止頻率為fNyq< (V(2AX)，其中，Ax為采樣單 元間隔距離，要精確采集頻率f<fNyq情況下的空間聲場(chǎng)，采集時(shí)所用的傳聲器單元間隔最 遠(yuǎn)為Ax=(V(2fNy(1)。說(shuō)明書附圖中的圖13是個(gè)L米XL米的區(qū)域，在聲場(chǎng)感知過(guò)程至少需 使用（L/Ax)2個(gè)傳聲器。例如，當(dāng)fNyq=2kHz、L=4時(shí)，在4米X4米的區(qū)域需布置2209個(gè) 傳聲器，即使不考慮這些傳聲器的成本，僅就對(duì)聲場(chǎng)的影響而言，如此大數(shù)目的傳聲器，會(huì) 明顯改變?cè)悸晥?chǎng)。因此，必須采用局部采集技術(shù)來(lái)解決傳聲器數(shù)目過(guò)多的問(wèn)題，使WFS在 實(shí)際中得到應(yīng)用。
[0004]Hald和Gomes的專利《Methodforreconstructinganacousticfield.》 (DK，GOlH3/12(2006. 01)，W02010/003836. 2010)設(shè)計(jì)了一種重建聲場(chǎng)方案，用于感知整個(gè) 觀察區(qū)域的聲壓分布。該方案將傳聲器布局在3維規(guī)則網(wǎng)格上，在3維規(guī)則網(wǎng)格（Z=O)中， (L/Ax)2個(gè)傳聲器均勻布局在網(wǎng)格交點(diǎn)處，即在直角坐標(biāo)系下，各傳聲器水平坐標(biāo)軸、垂直 坐標(biāo)軸之間的間隔均為Ax。此外，當(dāng)重建聲場(chǎng)的聲源平穩(wěn)時(shí)，也可用單個(gè)傳聲器在不同位 置逐一進(jìn)行采集測(cè)量。
[0005] 該技術(shù)用網(wǎng)格方式采集聲場(chǎng)，這樣重建聲場(chǎng)的最高頻率越大，所需傳聲器的數(shù)目 就越多，并且會(huì)造成聲場(chǎng)畸變。若用單個(gè)傳聲器逐一位置采集，則重建聲場(chǎng)區(qū)域越大，采集 耗時(shí)就越多。
[0006] 王培利，李吉，周麗麗的論文《基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的近場(chǎng)聲全息方法研究》（應(yīng)用聲 學(xué)，2010, 29(1) :58-62)和毛榮富，朱海潮，張勁松的論文《近場(chǎng)聲全息（NAH)中減少測(cè)量點(diǎn) 數(shù)的研究》（聲學(xué)技術(shù)，2009, 28 (3) : 287-294)所用的方案都是基于局部采集信息對(duì)整個(gè)聲 場(chǎng)建模。在該方案中，D，D〈(L/Ax)2,個(gè)傳聲器均勻布局在整個(gè)觀察區(qū)域中，首先用空間坐 標(biāo)位置作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的輸入部分，各傳聲器感知到的聲場(chǎng)聲壓作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的輸出部 分，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)集通過(guò)SVR模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到空間位置與聲場(chǎng)聲壓之間的映射模型；在此 基礎(chǔ)上，將整個(gè)觀測(cè)區(qū)域位置作為該模型輸入，從而感知出整個(gè)觀察區(qū)域的聲壓分布。在訓(xùn) 練模型時(shí)，也可用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN)替換SVR。
[0007]ANN模型存在過(guò)學(xué)習(xí)問(wèn)題，需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本較大；SVR尋找不同類別之間的最優(yōu) 化分類面，反映的是異類數(shù)據(jù)之間的差異，但是其訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)，并且不能反映訓(xùn)練數(shù)據(jù)本身 的特性，重構(gòu)的聲場(chǎng)聲壓信息的精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制一種用于聲場(chǎng)合成的聲場(chǎng)信息采集方法。
[0009] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0010] -種用于聲場(chǎng)合成的聲場(chǎng)信息米集方法：先米集平面上局部聲壓信息，并將局部 采集得到的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)，建立空間聲壓與位置信息的高斯混合模型，然后用該模 型對(duì)采集平面上任意位置的聲場(chǎng)聲壓進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，從而獲得平面上全局聲壓信息。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：
[0012] 本發(fā)明提出的基于高斯混合回歸的三維音頻聲場(chǎng)感知方法，在相對(duì)誤差控制在 10%以內(nèi)的情況下，即使在聲場(chǎng)采集時(shí)所用的傳聲器數(shù)目?jī)H為傳統(tǒng)方法使用數(shù)目的1/4,仍 能有效地重構(gòu)出聲壓分布。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、支持向量回歸方法相比，在聲壓相對(duì)誤差要求 較高精度（如10%)時(shí)，本發(fā)明所用的麥克風(fēng)數(shù)目較少，具有明顯優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1基于GMR的聲場(chǎng)信息采集方法功能框圖。
[0014] 圖2區(qū)域A中傳聲器分布圖。
[0015] 圖3高斯混合模型的建模流程圖。
[0016] 圖4f=l.6kHz，N=40時(shí)重構(gòu)聲壓相對(duì)誤差與高斯分量個(gè)數(shù)M的關(guān)系曲線。
[0017] 圖5f=l.6kHz，M=15時(shí)相對(duì)誤差與訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本邊長(zhǎng)N的關(guān)系曲線。
[0018] 圖6N=20,M=15時(shí)，2米X2米區(qū)域A內(nèi)重構(gòu)聲壓幅值分布圖。
[0019] 圖7N=20,M=15時(shí)，2米X2米區(qū)域A內(nèi)理想聲壓幅值分布圖。
[0020] 圖8N=20,M=15時(shí)，2米X2米區(qū)域A內(nèi)重構(gòu)聲壓相位分布圖。
[0021] 圖9N=20,M=15時(shí)，2米X2米區(qū)域A內(nèi)理想聲壓相位分布圖。
[0022] 圖10N=20,M=15時(shí)，對(duì)2米X2米區(qū)域A內(nèi)重構(gòu)聲壓與理想聲壓幅值相對(duì)誤差直 方圖。
[0023] 圖11N=20,M=15時(shí)，對(duì)2米X2米區(qū)域A內(nèi)重構(gòu)聲壓與理想聲壓相位相對(duì)誤差直 方圖。
[0024] 圖12高斯混合回歸（GMR)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN)方法、支持向量回歸（SVR)方法 的相對(duì)誤差與訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本邊長(zhǎng)N的關(guān)系曲線。
[0025] 圖13L米XL米的觀察區(qū)域中，聲場(chǎng)感知過(guò)程使用的（L/Ax)2個(gè)傳聲器分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0027] 本發(fā)明用灰度圖能說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)效果，特提供灰度圖即圖6至圖9來(lái)讓審查 員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)效果。
[0028]本發(fā)明方案的功能模塊框圖如圖1所示，本發(fā)明通過(guò)采集平面上局部聲壓信息來(lái) 代替全局聲壓信息，并將局部采集得到的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)，建立聲壓與空間信息的高 斯混合模型（GMM)，然后用該模型對(duì)采集平面上任意位置的聲場(chǎng)聲壓進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，從而獲 得平面上全局聲壓信息。
[0029] -種用于聲場(chǎng)合成的聲場(chǎng)信息米集方法：包括平面?zhèn)髀暺麝嚵小⒏?