[發(fā)明專利]基于廣義極小極大凹罰函數(shù)的聲場重構(gòu)方法

有效

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• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN108012214B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳克安;胥健
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04R1/26
• 分類號: H04R1/26;H04S7/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 常威威

本發(fā)明提供了一種基于廣義極小極大凹罰函數(shù)的聲場重構(gòu)方法。首先，確定自由空間中的二維重構(gòu)區(qū)域和揚聲器陣列、傳聲器陣列的位置，從而可以測量得到期望聲場在傳聲器陣列處的聲壓；然后，計算傳聲器到揚聲器之間的聲傳遞函數(shù)矩陣，并構(gòu)造GMC目標(biāo)函數(shù)；再利用鄰近點算法求解最小化問題，得到揚聲器幅度向量；最后，計算重構(gòu)聲場。由于采用GMC罰函數(shù)對重構(gòu)誤差進(jìn)行正則化，可以改善一般稀疏正則化對揚聲器幅度的過低估計，更精確地在區(qū)域內(nèi)重構(gòu)期望聲場。同時，由于只激勵少量的揚聲器，能夠避免產(chǎn)生空間混疊現(xiàn)象，特別是對于高頻期望聲場和當(dāng)期望聲場欠采樣時。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬聲場主動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于廣義極小極大凹罰函數(shù)的聲場重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

目前，聲場重構(gòu)方法主要可分為三類：(1)重構(gòu)聲場的球諧函數(shù)，稱為高保真立體聲重現(xiàn)；(2)波場合成，基于惠更斯原理和基爾霍夫-赫姆霍茲積分公式；(3)聲壓匹配(pressure matching，PM)，利用傳聲器陣列在空間中對期望聲場采樣以設(shè)計揚聲器幅度，使重構(gòu)聲場與期望聲場之間的誤差平方最小。其中，PM方法可以看作以最小二乘(leastsquare，LS)為損失函數(shù)的線性回歸問題。

然而，傳統(tǒng)的PM方法會激勵所有的重構(gòu)揚聲器，這在高頻或欠采樣情況下，往往會導(dǎo)致重構(gòu)區(qū)域內(nèi)的聲場發(fā)生空間混疊。盡管傳聲器位置處的重構(gòu)誤差很小，但是整個區(qū)域內(nèi)的重構(gòu)效果很差。為此，人們借鑒稀疏信號處理的方法，通過構(gòu)造稀疏線性回歸問題，采用最小絕對收縮和選擇算子(least-absolute shrinkage and selection operator，Lasso)來重構(gòu)聲場。對比結(jié)果表明，基于Lasso的聲場重構(gòu)方法比傳統(tǒng)的PM方法效果更好，特別在高頻或欠采樣情況下，同時還減少了重構(gòu)揚聲器的個數(shù)。

由于Lasso方法本身的原因，求解得到的揚聲器幅度偏小，使得重構(gòu)聲場達(dá)不到期望聲場的聲級，從而導(dǎo)致誤差。相反，若在重構(gòu)誤差后加上非凸罰函數(shù)進(jìn)行正則化，可以更精確地得到解的幅度。但是，此時目標(biāo)函數(shù)往往也非凸，導(dǎo)致出現(xiàn)局部極值，難以求解。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于廣義極小極大凹罰函數(shù)的聲場重構(gòu)方法。利用Selesnick提出的廣義極小極大凹(generalized minimax-concave，GMC)罰函數(shù)，完成二維自由空間某區(qū)域內(nèi)的聲場重構(gòu)，改善Lasso對重構(gòu)揚聲器幅度的過低估計，更精確地在區(qū)域內(nèi)重構(gòu)期望聲場。

一種基于廣義極小極大凹罰函數(shù)的聲場重構(gòu)方法，其特征在于步驟如下：

步驟一：在自由空間中任意高度的水平面上選擇一塊區(qū)域，作為待重構(gòu)的二維區(qū)域A，揚聲器陣列均勻布置在區(qū)域A的邊界上，傳聲器陣列位于區(qū)域A內(nèi)，分別得到每個揚聲器和傳聲器的位置矢量；所述的揚聲器陣列包含L個揚聲器，所述的傳聲器陣列包含M個傳聲器；揚聲器的位置矢量表示為r_l，l為揚聲器序號，l＝1,2,…,L；傳聲器的位置矢量表示為r_m，m為傳聲器序號，m＝1,2,…,M；

步驟二：測量期望聲場在傳聲器位置處的聲壓，得到期望聲場聲壓向量d(ω)＝[d₁(ω),d₂(ω),…,d_M(ω)]，其中，d表示期望聲場聲壓向量，d_i(ω)表示第i個傳聲器位置處的期望聲場聲壓，i＝1,2,…M；ω表示圓頻率；

步驟三：利用計算得到傳聲器到揚聲器之間的聲傳遞函數(shù)矩陣G，其中，c是聲速，j為虛數(shù)單位，||·||₂表示范數(shù)；

步驟四：按照構(gòu)造GMC目標(biāo)函數(shù)J_GMC，其中，s是重構(gòu)揚聲器幅度向量，||·||₁表示范數(shù)，λ是稀疏度調(diào)節(jié)參數(shù)，0＜λ≤||G^Hd||_∞；是廣義Huber函數(shù)，其中，為中間變量，表示L維復(fù)數(shù)空間，是參數(shù)矩陣，0.5≤γ≤0.8；