一种声场还原方法、装置及汽车与流程

1.本发明涉及声学技术领域，特别是涉及一种声场还原方法、装置及汽车。


背景技术：

2.目前的声场还原技术都采用单一方法，如波束形成方法或声全息方法，不可避免的带来单一方法固有的缺陷，如波束形成技术在低频近场场景下定位效果较差，而声全息技术在高频远场场景下分辨率不足等。而在工程应用中，需要还原的声场可能既包含低频近场场景也包含高频远场场景，因此常规的声场还原技术在复杂场景下的适用性较差。
3.现有的基于波束形成算法的声场还原方法存在低频分辨率差，近场识别效果差的缺陷，而采用声全息方法的声场还原技术则存在高频分辨率低，远场识别效果差的缺陷。通常这两种技术方法只能在某些特性场景下适用，具有较大应用局限性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提出一种声场还原方法、装置及汽车，解决现有方法低频或高频分辨率差，近场或远场识别效果差，导致只能在特性场景下适用、应用局限性大的技术问题。
5.一方面，提供一种声场还原方法，包括以下步骤：
6.步骤s1，获取还原声场内多个测量点的声压信号；
7.步骤s2，将多个测量点的声压信号输入预设的声全息计算模型，获得低频近场的还原数据；将多个测量点的声压信号输入预设的波束形成计算模型，获得高频远场的还原数据；并分别对所述低频近场的还原数据和所述高频远场的还原数据进行归一处理，获得低频近场的声场还原信号和高频远场的声场还原信号；
8.步骤s3，对多个测量点的声压信号进行混叠加权计算，获得低频远场的声场还原信号、高频近场的声场还原信号；
9.步骤s4，将低频近场的声场还原信号、高频远场的声场还原信号、低频远场的声场还原信号、高频近场的声场还原信号进行合成，获得声场还原结果。
10.优选地，所述步骤s2还包括：
11.将声场还原信号的频率不高于分析频率上限1/2的声压信号定义为低频信号；声压信号的频率不低于分析频率上限1/2声压信号定义为高频信号；将声场还原信号的还原点与任意测量点距离不超过信号采集阵列相距最远传感器距离3倍的声压信号定义为近场信号；将声场还原信号的还原点与任意测量点距离不小于信号采集阵列相距最远传感器距离3倍的声压信号定义为远场信号；
12.将属于低频信号且属于近场信号的声场还原信号归类为低频近场的声压信号；将属于低频信号且属于远场信号的声场还原信号归类为低频远场的声压信号；将属于高频信号且属于近场信号的声场还原信号归类为高频近场的声压信号；将属于高频信号且属于远场信号的声场还原信号归类为高频远场的声压信号。
13.优选地，在步骤s3中，根据以下公式对所述低频近场的还原数据进行归一处理：
[0014][0015]
其中，p
nl
表示低频近场的声场还原信号；表示低频近场的还原数据；||
·
||表示二范数。
[0016]
优选地，在步骤s3中，根据以下公式对所述高频远场的还原数据进行归一处理：
[0017][0018]
其中，p
fh
表示高频远场的声场还原信号；表示高频远场的还原数据；||
·
||表示二范数。
[0019]
优选地，所述步骤s4包括：将多个测量点的声压信号输入预设的声全息计算模型，获得低频远场的声场声压、高频近场的声场声压；将多个测量点的声压信号输入预设的波束形成计算模型，获得低频远场的声场分布信号、高频近场的声场分布信号；
[0020]
对低频远场的声场声压、低频远场的声场分布信号进行归一处理并加权，获得低频远场的声场还原信号；
[0021]
对高频近场的声场声压、高频近场的声场分布信号进行归一处理并加权，获得高频近场的声场还原信号。
[0022]
优选地，在步骤s4中，根据以下公式对低频远场的声场声压、低频远场的声场分布信号进行归一处理并加权：
[0023][0024]
其中，||
·
||表示二范数；α表示加权系数，其取值范围为α∈(0.2,0.8)；表示低频远场的声场声压；表示低频远场的声场分布信号；p
fl
表示低频远场的声场还原信号。
[0025]
优选地，在步骤s4中，根据以下公式对高频近场的声场声压、高频近场的声场分布信号进行归一处理并加权：
[0026][0027]
其中，||
·
||表示二范数；α表示加权系数，其取值范围为α∈(0.2,0.8)；表示高频近场的声场声压；表示高频近场的声场分布信号；p
nh
表示高频近场的声场还原信号。
[0028]
优选地，在步骤s5中，根据以下公式进行合成，获得声场还原结果：
[0029][0030]
其中，pf表示声场还原结果；场声压；p
nh
表示高频近场的声场还原信号；p
fl
表示低频远场的声场还原信号；p
nl
表示低频近场的声场还原信号；p
fh
表示高频远场的声场还原信号。
[0031]
另一方面，还提供一种声场还原装置，通过所述的声场还原方法对车内的声场进行还原。
[0032]
本发明，还提供一种汽车，通过所述的声场还原装置对车内的声场进行还原。
[0033]
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
[0034]
本发明提供的声场还原方法、装置及汽车，将波束形成与声全息两种算法结合，并将复杂声场自动划分为四个场景，利用波束形成算法还原高频远场声场，利用声全息算法还原近场低频声场，同时提出一种混叠加权算法还原近场高频声场和远场低频声场。经过自适应分配的声场还原算法能够大幅提升声场还原精度。能够在复杂应用场景下准确还原声场特性，具有较好的适用性和工程应用价值。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
[0036]
图1为本发明实施例中一种声场还原方法的主流程示意图。
[0037]
图2为本发明实施例中汽车车内声场还原测量示意图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0039]
如图1所示，为本发明提供的一种声场还原方法的一个实施例的示意图。
[0040]
在该实施例中，所述方法包括以下步骤：
[0041]
步骤s1，获取还原声场内多个测量点的声压信号；可以理解的是，可以通过信号采集系统获取需还原声场的声压信号其中表示第m个测量点处的声压。
[0042]
步骤s2，将多个测量点的声压信号输入预设的声全息计算模型，获得低频近场的还原数据；将多个测量点的声压信号输入预设的波束形成计算模型，获得高频远场的还原数据；并分别对所述低频近场的还原数据和所述高频远场的还原数据进行归一处理，获得低频近场的声场还原信号和高频远场的声场还原信号；可以理解的是，采用声全息方法计算低频近场的还原数据其中，声全息方法包括但不限于基于傅里叶变换的平面声全息、基于等效源法的声全息和基于逆边界元法的声全息等。采用波束形成方法计算高频远
场的还原数据其中，波束形成方法包括但不限于传统波束形成方法、反卷积波束形成方法等，具体地，将声场还原信号分为4组，即方法等，具体地，将声场还原信号分为4组，即分别对应低频近场、低频远场、高频近场及高频远场场景。其中，i+j+k+m＝n，n为还原点个数。
[0043]
具体实施例中，将还原声场内多个测量点的声压信号进行归类的具体过程为：将声场还原信号的频率不高于分析频率上限1/2的声压信号定义为低频信号；声压信号的频率不低于分析频率上限1/2声压信号定义为高频信号；将声场还原信号的还原点与任意测量点距离不超过信号采集阵列相距最远传感器距离3倍的声压信号定义为近场信号；将声场还原信号的还原点与任意测量点距离不小于信号采集阵列相距最远传感器距离3倍的声压信号定义为远场信号；将属于低频信号且属于近场信号的声场还原信号归类为低频近场的声压信号；将属于低频信号且属于远场信号的声场还原信号归类为低频远场的声压信号；将属于高频信号且属于近场信号的声场还原信号归类为高频近场的声压信号；将属于高频信号且属于远场信号的声场还原信号归类为高频远场的声压信号。
[0044]
根据以下公式对所述低频近场的还原数据进行归一处理：
[0045][0046]
其中，p
nl
表示低频近场的声场还原信号；表示低频近场的还原数据；||
·
||表示二范数。
[0047]
根据以下公式对所述高频远场的还原数据进行归一处理：
[0048][0049]
其中，p
fh
表示高频远场的声场还原信号；表示高频远场的还原数据；||
·
||表示二范数。
[0050]
步骤s3，对多个测量点的声压信号进行混叠加权计算，获得低频远场的声场还原信号p
fl
、高频近场的声场还原信号p
nh
；可以理解的是，采用混叠加权算法计算p
fl
和p
nh
。首先分别采用声全息方法和波束形成方法计算低频远场、高频近场还原点处的声场分布信息其中，和为采用声全息方法计算得到的声场声压，和为采用波束形成方法计算得到的声场分布信号。
[0051]
具体实施例中，将多个测量点的声压信号输入预设的声全息计算模型，获得低频远场的声场声压、高频近场的声场声压；将多个测量点的声压信号输入预设的波束形成计算模型，获得低频远场的声场分布信号、高频近场的声场分布信号；
[0052]
对低频远场的声场声压、低频远场的声场分布信号进行归一处理并加权，获得低频远场的声场还原信号；具体地，根据以下公式对低频远场的声场声压、低频远场的声场分布信号进行归一处理并加权：
[0053][0054]
其中，||
·
||表示二范数；α表示加权系数，其取值范围为α∈(0.2,0.8)，通常需要根据实际分析情况选择合适的取值；表示低频远场的声场声压；表示低频远场的声场分布信号；p
fl
表示低频远场的声场还原信号。
[0055]
对高频近场的声场声压、高频近场的声场分布信号进行归一处理并加权，获得高频近场的声场还原信号。具体地，根据以下公式对高频近场的声场声压、高频近场的声场分布信号进行归一处理并加权：
[0056][0057]
其中，||
·
||表示二范数；α表示加权系数，其取值范围为α∈(0.2,0.8)，通常需要根据实际分析情况选择合适的取值；表示高频近场的声场声压；表示高频近场的声场分布信号；p
nh
表示高频近场的声场还原信号。
[0058]
步骤s4，将低频近场的声场还原信号、高频远场的声场还原信号、低频远场的声场还原信号、高频近场的声场还原信号进行合成，获得声场还原结果。
[0059]
具体地，根据以下公式进行合成，获得声场还原结果：
[0060][0061]
其中，pf表示声场还原结果；场声压；p
nh
表示高频近场的声场还原信号；p
fl
表示低频远场的声场还原信号；p
nl
表示低频近场的声场还原信号；p
fh
表示高频远场的声场还原信号。
[0062]
本发明的实施例还提供一种声场还原装置，通过所述的声场还原装置方法对车内的声场进行还原。关于声场还原装置的具体实现过程，参考上述声场还原装置方法的内容，在此不再赘述。
[0063]
本发明的实施例还提供一种汽车，通过所述的声场还原装置对车内的声场进行还原。具体实现过程，参考上述声场还原装置方法的内容，在此不再赘述。
[0064]
如图2所示，为车内前舱附近声场测量示意图。以车内前舱附近声场信息为目标，在进行声场还原时，图中带支架的球形阵列半径为0.1m，球面内嵌36个传声器，即球形阵列放置于副驾驶座位，传声器阵列中心点距仪表台垂直距离为0.5m。汽车车内噪声分析频率范围为0-3000hz。取仪表台上50个点为还原点，即n＝50，其中，还原点距传声器阵列中心最远的距离为1.2m，最近的距离为0.5m。划分的四个场景如下表所示：
[0065][0066]
其中，α＝0.5。可采用上述声场还原装置方法合成声场还原结果pf。
[0067]
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
[0068]
本发明提供的声场还原方法、装置及汽车，将波束形成与声全息两种算法结合，并将复杂声场自动划分为四个场景，利用波束形成算法还原高频远场声场，利用声全息算法还原近场低频声场，同时提出一种混叠加权算法还原近场高频声场和远场低频声场。经过自适应分配的声场还原算法能够大幅提升声场还原精度。能够在复杂应用场景下准确还原声场特性，具有较好的适用性和工程应用价值。
[0069]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。