宽带声全息的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及声学信号的阵列信号处理，例如，声全息。
【背景技术】
[0002] 声全息是用于估计源或声场(具体地，接近源的声场）的广泛使用的技术。声全息 技术通常包括经由传感器阵列测量远离源的声音参数，例如，压力和/或粒子速度换能器的 阵列。包括在声全息内的测量技术在各个领域变得越来越受欢迎，最显著的是运输、车辆以 及飞机设计、白色货物设计、NVH(噪声、振动、以及粗糙度)的那些、或者类似的应用。
[0003] 已知的声全息方法包括统计最优近场声全息（S 0ΝΑΗ)和等效源法（E SM)。例如， J·Hald，"Basic theory and properties of statistically optimized near-field acoustical holography"，J.Acoust.Soc.Am. 125(4)，2009年4月，描述了SONAH方法。
[0004] 然而，在某个测量条件下，上述现有技术方法具有导致严重的重影源的趋势，即它 们指示存在虚假源，从而减小了这些现有技术方法用于声源定位或者在除测量位置以外的 位置估计声场的可靠性。此外，上述现有技术方法具有与正确的值相比估计更低的值的趋 势。发生这样不希望的伪像的测量条件的一个实例是用不规则阵列测量，且平均麦克风间 距大于待研究的声波的波长的一半。在这种情况下，估计问题会至少接近于模糊不清和严 重欠定。
[0005] 由于麦克风(或其他传感器)和数据/信号采集硬件的成本，所以通常希望在传感 器阵列中尽可能较少地使用传感器。因此通常期望提供由从传感器的阵列获得的测量的声 音参数估计声场的方法，该方法即使在高频率下提供改善的估计声场的准确性，例如，当传 感器阵列的平均传感器间隔大于研究中的声场的波长的一半时。
【发明内容】
[0006] 本文中公开了一种根据从传感器阵列获得的多个测量的声场参数确定声场的至 少一个特性的方法，所述方法包括：
[0007] -接收多个测量的声场参数，每个所述测量的声场参数均指示测量位置处的声场 参数；
[0008] -提供声场的模型，模型包括一组基波并且使一组模型参数与其相关联，该组模型 参数包括各自指示基波中的一个的量值（magnitude)的一组量值参数（magnitude parameter)；
[0009] -从模型并且根据模型参数，在每个测量位置处计算声场参数的计算值；
[0010]-通过执行包括多次迭代的迭代最小化过程确定模型参数的一组参数值从而减少 误差测量，误差测量包括误差项，所述误差项能操作为将计算值与所测量的声场参数进行 比较；
[0011]-从确定的一组模型参数计算声场的特性；
[0012]其中确定包括，在迭代最小化过程的一次或多次当前迭代处：
[0013] -从模型参数的至少一组先前值计算模型参数的一组当前值，先前值从迭代过程 的先前迭代中得出；
[0014] -从所述一组基波选择基波的子集，
[0015] -调整模型参数的计算的当前值以便抑制除了选择的基波的子集以外的所有基波 的量值。
[0016] 因此，在本文中公开的方法的实施方式通过反复修剪在用于从所测量的声音参数 估计声场的声场模型中所采用的一组基波而设法去除或者至少抑制重影源或者其他重影 波解。可以通过将所选择的源/波解以外的基波的量值设置为零(即，通过将与非选择的源/ 波解相关联的源量值参数或者其他量值参数的值设置为零），执行除了所选择的源/波解以 外的基波的量值的抑制。在可替换实施方式中，源量值参数或其他量值参数的值可以除以 大抑制因子，或者它们的幅度可以另外的方式减小。因此调整的当前值于是将用于连续迭 代中作为模型参数的相应先前值。
[0017] 发明人已意识到重影源或重影波影响通常弱于基础实声源(real source)或者真 实的波影响。因此，在一些实施方式中，选择基波的子集包括选择量值大于选择阈值的源或 基波。量值可以是基波的幅度或基波的强度的另一合适的测量。在一些实施方式中，量值参 数是具有实数部分和虚数部分的复振幅，即，复振幅可以表示实振幅和相位。在一些实施方 式中，使用无穷远处的源模型。在每个基波产生入射平面波的那种情况下，量值可以是相应 平面波的复振幅的量值。通常，基波的实例包括球面波、平面波、管式(duct model)等。可以 从点源发出球面波，例如，单极、偶极、或者多极。
[0018] 通常，本文中描述的方法的实施方式使用一组基波函数表示的声场的模型;过程 随后解决了逆问题以计算基波的复振幅。包括计算的复振幅的声场模型然后可以用于声场 的三维重建。在一些实施方式中，所提供的声场的模型是表示对声场的相应相干贡献 (coherent contribution)的相干（coherent)模型；相应贡献可以被模拟为相应基波，每个 基波由幅度和相位表示。因此，本文中描述的方法的实施方式不限于不相干声场的分析但 是允许包括多个相干贡献的声场的分析。在一些实施方式中，例如，当从多个不相干的源得 出声场时，方法可以包括确定平均交叉谱矩阵并且可以相对于平均交叉谱矩阵的相应主分 量执行声场参数的计算值的计算。在另一个实施方式中，过程包括获得一个或多个参考换 能器的参考测量并且确定测量的声场参数为各自与参考测量中的一个相干的相应部分声 场参数。
[0019] 在一些实施方式中，每个接收的测量声场参数可以指示通过传感器进行的实际测 量或者，在其他实施方式中，可以指示(声场参数由实际测量得来的）传感器位置处的声场 参数。在一些实施方式中，测量的声场参数各自指示通过传感器阵列的传感器测量的声场 参数，所述传感器放置在测量位置。在一些实施方式中，通过预处理来自传感器的测量，例 如，通过计算测量(例如，通过传感器检测的声压的测量)的平均交叉谱矩阵的主分量，获得 所接收的测量的声场参数。因此，方法的实施方式从通过传感器阵列的传感器进行的相应 测量获得各自指示在测量位置处的声场参数的多个测量的声场参数，所述传感器放置在相 应测量位置处。
[0020] 在一些实施方式中，过程接收各自与一个测量位置相关联的一组复合声压。可以 通过信号处理步骤获得声压，信号处理步骤可涉及多个麦克风的测量。例如，信号处理可以 包括求麦克风与主分量的计算之间的交叉谱矩阵的平均值。在其他实施方式中，信号处理 可以包括使用与麦克风阵列不同的一个或多个参考换能器(例如，麦克风或加速计）。
[0021] 如果使用单个参考换能器，确定参考信号的自功率谱和参考信号与阵列麦克风的 每一个之间的交叉谱。然后根据参考换能器与所述麦克风之间的参考自功率谱和交叉谱计 算关于给定麦克风的声压。
[0022] 如果使用多个参考换能器，确定所有参考换能器之间的交叉谱矩阵和参考换能器 与测量麦克风之间的交叉谱矩阵。执行参考换能器之间的交叉谱矩阵的主分量分解。主分 量分解然后参考麦克风阵列交叉谱矩阵一起使用以便计算用作该过程的输入的声压。
[0023] 选择阈值可以是例如相对于该组的基波的最强基波的绝对阈值或者相对阈值。例 如，相对阈值可以定义为容许的动态范围，例如，最强的基波以下的预定数量的分贝。因此， 在一些实施方式中，选择包括在所选择的子集中的基波从而限制基波的子集的动态范围。
[0024] 在一些实施方式中，虽然在迭代过程期间选择阈值可以为常数，但在迭代过程期 间也更新选择阈值。在一些实施方式中，更新选择阈值从而允许提高所选择的子集中的基 波的动态范围。因此在一些实施方式中，对所选择的基波的动态范围的限制反复地减小并 且在一些实施方式中最终消除。如上所述，对于每个实声源，现有技术阵列方法倾向于引入 通常弱于相关的实声源的相关重影源。本文中公开的方法的实施方式最初仅使用一个或多 个强源/基波的有限集合模拟声场(所有的其他基波被设置为零）。在迭代过程期间一旦与 这些源有关的残差的贡献被去除（或者至少基本上减小），较弱的源可以加入到模型，即，所 选择的源的子集逐渐增至还包括较弱的源。发明人已经意识到一旦已建立最强源的近似 解，重新引入与这些强源有关的重影源的风险小。
[0025] 在一些实施方式中，最初选择的基波的量级被设置为初始起动值，例如，等于零， 并且选择阈值被设为初始值。如上所述，在一些实施方式中，选择阈值可以是相对于最强的 基波的相对阈值。因此，选择阈值的初始值可以表示为相对于最强的基波的最初容许的动