[发明专利]一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法

权利要求书

1.一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法，其特征在于：基于全向麦克风阵列对声场高阶球谐项分量精确搜集和重构，分为立体声场搜集阶段和立体声场重构阶段，在立体声场搜集阶段，基于球谐函数分析理论，用一组均匀轴向分布在球面的全向麦克风阵列开发高阶球谐项分量搜集系统，搜集立体声场在中心重构区域对应的球谐系数，在立体声场重构阶段，利用全向麦克风阵列搜集得到球谐系数，基于高阶环境立体混合声立体声场重构方法，实现立体声场的精确重构；

一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法包括四个步骤：

第一步，立体声场搜集，用一组均匀轴向分布在球面的全向麦克风阵列开发高阶球谐项分量搜集系统；

第二步，立体声场重构一，按照球面分配匹配点配置规则，得出匹配点分配的最佳球半径与重构区域球半径存在的线性关系；

第三步，立体声场重构二，按照球面分配匹配点选取方法，计算球面分配的匹配点数目；

第四步，立体声场重构三，根据全向麦克风阵列的排布规则，得到球面分配匹配点的完备空间分布；

在立体声场搜集阶段，基于球谐函数分析理论，用一组均匀轴向分布在球面的全向麦克风阵列开发高阶球谐项分量搜集系统，搜集理想立体声场在中心重构区域对应的球谐系数，匹配点x＝(θ，φ，x)∈Ω处的声场用球谐函数表示为：

其中f_nm(k)为球谐系数，n(n＝0，...∞)和m(m＝-n，...，n)是整数，n为环境立体混合声阶数，j_n(·)为n阶球贝塞尔函数，Y_nm(x)为球谐函数，球谐函数展开遵循以下的正交分解特性：

其中标记“*”表示共轭，δ_np为克罗内克δ函数，积分域为单位球，分离得到球谐系数：

C(x；k)为声源在重构区域接收点x处的的声场，当有足够多的样本点在半径为x球面上分布，并已知各个样本点对应的声压值时，就能精确计算出球谐系数f_nm(k)，若为高阶声场麦克风必能搜集包围它的声场对应的球谐系数f_nm(k)；

本发明利用一组按照适当位置在空间三维球面不同轴向分配全向麦克风组阵列，实现高阶球谐系数的精确搜集，将单位球面积分变为离散求和，设分布在半径为R的球面上的全向麦克风数目为A，每一个麦克风对应的声场表示为C(x_a；k)，a＝1，...，A，公式:

近似写为：

其中a＝1，...，A，ω_a为一组适当权重，推导全向麦克风个数与阶数N之间的关系满足：

A≥(N+1)²，

全向麦克风阵的球面摆放形式为按照高度角和水平角将球划分为网格，每个全向麦克风均含有高度角和水平角信息，全向麦克风的数目至少为(2N-1)²，实现球面等间距均匀分布；

在立体声场重构阶段，按照球面分配匹配点选取方法，计算球面分配的匹配点数目；

已知重构区域求半径r_max，在匹配点网格化选取方案的做法是先在xoy平面划分网格，将匹配点分配在横线与竖线交点上，足够离散的扬声器可近似表达基尔霍夫积分定理公式，理想的波场合成效果需要扬声器组按照至少小于最高频率的半波长，所以规定相邻的横线或竖线的间隔w要小于信号中最高频率z_max声波信号波长的1/2，将规定相邻的横线或竖线的间隔w选为信号中最高频率z_max声波信号波长的1/4，即w＝c/(4z_max)，设置匹配点密度能够很好地确定单层匹配点数目为：

c为声速，符号表示取大于或者等于指定表达式的最小整数，z轴划分间隔为0.01，且范围为[0.1r_max，0.1r_max]，得到纵向匹配点层数为N_portrait＝20r_max+1，则总的点数为N_grid＝N_portraitN_xoy，给定的匹配点密度，计算出球面分布匹配点数目为同条件下网格化匹配点数目的1/2，即N_round＝N_grid/2，若网格分配匹配点个数为N_grid＝520，那么求得球面分配匹配点个数为260，考虑球面分配匹配点个数为一个数的平方，最终设置为N_round＝16²＝256，同理，若N_grid＝175，根据以上规则N_round＝13²＝169。