[发明专利]声品质客观参量三维空间分布数字图像生成方法

权利要求书

1.声品质客观参量三维空间分布数字图像生成方法，按如下步骤进行：

步骤1.利用传声器阵列，传声器阵列可以是刚性表面的球形传声器阵列、空心球阵列、与声源结构共形的传声器阵列或平面阵列，记录全息测量面上的全息声压数据。

在封闭内声场布置球形传声器阵列，测量并记录声场全息声压等声学量信息。在开放和半开放声场可用平面传声器阵列及其它任意形状共形传声器阵列获得全息声压数据。

步骤2.三维声场声学量重构

根据测量到的全息声压数据，通过近场声全息方法得到三维空间声场声学量的分布信息（声压、法向粒子速度和法向声强等），并以三维图像的形式给出；

如采用球形传声器阵列测量的全息声压来重构三维空间的声学量分布，声场变换公式如下：

pt(r,θ,φ,ω)≈Σn=0N(jn(kr)-jn′(ka)hn′(ka)jn(kr))Σm=-nnAmnYnm(θ,φ)---(1)]]>

式中的A_mn由有下式确定：

Amn=∫02π∫0πpt(a,θ,φ)Ynm(θ,φ)*sinθdθdφ(jn(ka)-jn′(ka)hn′(ka)hn(ka))---(2)]]>

上式中：(r,θ,φ)为声场中三维空间任意一点的球坐标；a为球形传声器阵列的半径，k为波数，k=ω/c，ω为角频率，c为声速，ω=2πf，f为频率。p_t(a,θ,φ)为传声器阵列上采集的全息声压数据；p_t(r,θ,φ,ω)为三维空间指定位置(r,θ,φ)处的重构声压；为球谐函数，j_n(kr)为球贝赛尔函数，h_n(kr)为球汉克函数；“*”表示共轭，“’”表示导数，N为球谐函数扩展项数。当指定整个三维空间中声场重构点的位置，则获得整个声场的声压分布；

步骤3.根据步骤2中得到的三维空间内的声压分布，计算三维空间各点声品质客观参量的分布，并以三维图像的形式给出，实现声品质客观参量的三维可视化；

声场中单点声品质响度计算模型如下:

Ni′=C[(GEi+2ETHRQ)α-(2ETHRQ)α]ETHRQ<Ei<1010C(2EiEi+ETHRQ)[(GEi+2ETHRQ)α-(2ETHRQ)α]Ei<ETHRQC(Ei1.0707)0.2Ei>1010---(3)]]>

上式中N′_i为第i个滤波器的特征响度，E_THRQ为可听阀能量级，E_i为信号的能量级，单位均为dB，C为定值0.046871，当f_i>500Hz时，E_THRQ为定值2.3067，耳蜗低频增益G为1，α为0.2，而当f_i<500Hz时，E_THRQ，α均可根据ANSI提供的离散数据插值计算获得。G为耳蜗低频增益。因此总响度公式为：

N=0.2Σi=1372Ni′---(4)]]>

根据步骤2中计算得到的声场中声压的三维空间分布结果，并结合空间中单点声品质客观参量的计算模型，建立空间中声压场与响度场的耦合，矩阵映射模型为：

[pi(r,θ,φ,ω1)··pi(r,θ,φ,ωm)]1×mw1··w372w1··w372····w1··w372m×372=[N1′(r,θ,φ)··N372′(r,θ,φ)]1×372---(5)]]>

或简写为：

P_iW=N′  (6)

式中：(r,θ,φ)为三维空间第i点的球坐标，ω_m为角频率，ω_m=2πf_m，f_m为频率，m=1,2…M，M为不同声源对应的频率组成个数。p_i为声场中第i点处指定频率下的声压，P_i为声场中第i点处各频率下的声压重构值所组成的矢量，W为由372个滤波器w组成的听觉滤波器矩阵，表示人耳对可听频带内所有频率的响应，N′为特征响度矢量；由公式(4)对特征响度矢量N′中的各项求和便可获得声场指定点的响度，而对声场三维空间节点重复这一计算过程便可获得声场响度三维分布结果。