[发明专利]一种基于球形矢量传声器阵列实现声场分离的方法

说明书

本发明公开了一种基于球形矢量传声器阵列实现声场分离的方法，包括（1）获得波长λ和波数k；（2）确定球形矢量传声器阵列的半径R，得到可分离出的声场的截断阶数N_R；（3）布置（N_R+1）²个矢量传声器；（4）构建系数矩阵G；（5）求得外向、内向声场的各阶系数O和I；（6）获得外向辐射声场；（7）获得内向辐射声场。本发明公布的声场分离方法，在用单层球面上布放较少的矢量传声器就可以在混响环境中实现声场分离。

技术领域

本发明涉及一种基于球形矢量传声器阵列实现声场分离的方法，属于声场分离技术领域。

背景技术

在许多声学场景中，由于壁面和散射体的存在，空间特定位置处的声场往往由声源的外向辐射声和反射声叠加而成。在声信号处理的应用，例如声场记录、语音去混响和噪声抑制中，有效地分离外向辐射声场与反射声场非常重要。

矢量传声器由速度传感器和声压传感器组成。研究表明，基于单层曲面的矢量传声器阵列能够实现声场分离，并且鲁棒性要比基于双层曲面的声压传感器阵列更好(E.Fernandez-Grande, F. Jacobsen, and Q. Leclere, “Sound field separation withsound pressure and particle velocity measurements,” J. Acoust. Soc. Am. 132(6), 3818–3825, 2012)。这两种方法都引入了等效声源的概念，对传感器阵列的形状没有特殊要求，可是需要较多的传感器。

已有研究表明，利用球谐函数展开，使用两层球面上的声压传感器，也可以实现声场分离(F. Ma, W. Zhang, and T. D. Abhayapala, “Active control of outgoingnoise fields in rooms,” J. Acoust. Soc. Am. 144(3), 1589–1599 (2018))。此方法需要的传感器相对较少，但是需要布置两层球形声压传感器阵列，结构复杂。

发明内容

发明目的：针对混响条件下的声场，本发明提供一种基于球形矢量传声器阵列实现声场分离的方法，本发明在声源附近的球面上布放单层矢量传声器阵列，利用矢量传声器处的声压和径向速度信息，实现声场分离，从而得到声源的辐射信息，该方法基于球谐函数展开，并未引入等效声源的概念，同时仅设置单层矢量传声器阵列，传声器数量少，便于安装，实施简单。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于球形矢量传声器阵列实现声场分离的方法，包括以下步骤：

步骤1，获取声源的频率或中心频率，以此来确定对应的声波波长 λ和波数 k。

步骤2，根据现场实际条件，确定球形矢量传声器阵列的半径 R，根据半径 R 确定可分离出的声场的截断阶数 N_R。

步骤3，在以声源为中心，半径为 R 的球面上选择 个高斯采样点，方位角为，，天顶角 是方程 的 个根，其中， 为 N 阶勒让德多项式。随后，在 个高斯采样点中选择天顶角和方位角都不相邻的 个点布放矢量传声器， 个矢量传声器构成单层的球形矢量传声器阵列。