用于测量声源产生的直达声的装置及方法

用于测量声源产生的直达声的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了—种用于测量受声学环境噪声源Q1和声学边界(例如，房间墙壁)反射的影响的受验声源(例如，扬声器)产生的直达声wrad的装置及方法。采集装置14通过传感器1测量扫描范围Gm内多个测量点rm处声场的状态变量pt(rm)，并且产生扫描数据集根据该数据集，分析器55确定与波方程的解的展开函数相关的系数识别器16利用扫描数据集为分析器55产生参数信息P，这是分离直达声wrad与房间反射wref以及受验声源表面散射的其它波wsec的基出。外推器(11)利用波展开的系数预测扫描范围Gm外的任意点直达声wrad的状态变量
【专利说明】用于测量声源产生的直达声的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定受声学环境噪声源和声学边界(例如，房间墙壁)反射的影响的受验声源(例如，扬声器)产生的直达声的装置及方法。
[0002]因此，对直达声的评估需要不受限制的声场条件，这在消声室(anechoic room)中能够实现。对用在专业应用(例如，线阵列)中的大型扬声器系统，其远声场响应的测量需要具有被特殊处理过的墙壁的大型消声室，以确保低频声音被充分吸收。这里需要在非消声环境中进行准确的测量。
【背景技术】
[0003]下面将根据多个作者的近期研究活动来描述本发明及本发明的潜在问题，但是，本发明并不限定于该类型的应用。
[0004]M.Melon等人在第55卷第12期音频工程师协会杂志的第1077-1091页(2007年)中的“四种低音炮测量技术的比较”的论文中，探讨了多种可替换的方法。可通过对后到达房间的反射wMf的脉冲响应进行加窗来分离受验声源QO产生的高频直达声wMd。这种方法不能用于低频直达声，因为低频直达声的相应波长没有小到可比于声源Qtl和周围边界面之间的最小距离。
[0005]G.Weinreich和E.Arnold在第68卷第2期的美国声学学会杂志的第404-411页(1980年)发表的“用于测量声辐射场方法”的论文中，提出了一种根据在两个同心球面中测量的声压的阐述，测量受验声源Qci直达声的全息输入输出场分离方法(IOFS)。
[0006]Melon在2012年4月23-27日法国南斯(Nantes，France)举办的2012声学学报年会会刊中发表的“采用场分离方法的低音炮测量Φ-Ρ和P-V公式的比较”论文中，将这种IOFS方法应用到扬声器中。如果表面Stl没有小到可比于扫描面S1的大小，受验声源Qtl表面Stl反射和散射的声波会引起测量误差。
[0007]为了克服这个问题，C.-X.Bi在2012年4月23-27日法国南斯(Nantes，France)举办的2012声学学报年会会刊中发表的“利用球面波叠加方法进行自由场恢复”一文中，
提出了一种全息原始声场分离方法(PSFS)，采用声阻抗ys。和表面Stl的形状作为附加的输
入信息。由于扬声器设计中采用的形状很复杂并且材料很多样，因此，不容易获取这些信息，并且因此实际上该方法通常不实用。
[0008]C.Langrenne 在 I"7 年 Universite du Maine 他的论文 “Methodes deregularisation du probleme inverse acoustique pour IJindentification de sourcesen milieu confine et pertube”中，提出了一种用于将直达声与表面Stl的反射和散射波进行分离的扰动方法。这种方法需要额外测量多个测量点&的声压pt (rm)，其中m = 1，...M，与此同时关闭受验声源Qtl并且激活外扫描表面S2与房间边界Sb之间的空间内的多个位置re处的扰动声源Q2(re)，其中e = 1，...，E。由于需要大量的测量值(E和M的乘积)来确定传递矩阵H，因此，这种扰动方法非常耗时。[0009]已知的采用球面谐波的场分离方法，将频率限定在截止频率fe ^ 55Ν/ι以下，其中展开的最大阶数(Order)N足够大，以足以接近半径为A的球面扫描面S1围绕的场。
[0010]Melon通过将受验声源设置在声学硬地板上，扫描半空间中的球面上的声压。扫描面的中心对应于球面坐标系统的原点，并且作为根据球面谐波进行波展开的展开点A。因此，展开点^与受验声源的声学中心并不相同。利用安装在大型封闭空间内的多个换能器对扬声器系统进行全息测量，需要与大量测量点相关联的波展开具有大的阶数N，从而以足够的准确度描述声源的近场声压。
[0011]这就需要找到更简单/更可靠地可以测量受房间反射和环境噪声影响的受验声源Q。直达声的方法，以克服已知方法的缺点。

【发明内容】

[0012]本发明提供一种装置及方法，用于测量围绕受验声源Qtl的多个测量点rm的声压Pt(rffl)、声强或者声场的任意其它状态变量，测量点rm通过围绕受验声源Qtl的扫描范围Gm的扫描矢量R = Lr1, r2,...rm,...rM]来定义。扫描范围Gni的内边界面Sin可以是紧密围绕受验声源而不切割(cutting)其表面Stl的球面、圆柱面或者其它任意合适的形状。面Sin与Sci之间应当存在最小空气体积(air volume),用于评估受验声源Qci的近场以及实现最高截止频率fe，这里适用IOFS方法。近场测量的进一步优点在于直达声wMd的幅值大于声学边界Sb与扫描范围Gm外表面Srat之间的外部声源Q1产生的房间反射wraf和环境噪声的幅值。
[0013]测量的状态变量汇总为扫描数据集并且通过输出声波Wrat与输入声波Win的
波展开来描述
[0014]
【权利要求】
1.一种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Kad)的装置，包括: 采集装置(1，14，77)，通过测量多个测量点(rm)处围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(Pt (rm))产生扫描数据集(ρ|?')，其中测量点(rm)设置在扫描范围(Gm)内，并且扫描数据集{pgj1).描述具有至少一个以下声波分量的直达声(Wrad)的叠加: -由环境噪声源(Q1)或由在外部边界(Sb)上反射的直达声(Wrad)所产生的输入声波(win)， -由所述输入声波(Win)与受验声源(Qtl)的表面(Stl)的相互作用所产生的第二声波(Wsec); 识别器(16)，根据扫描数据集产生参数信息(P)，所述参数信息(P)描述输入声波(Win)与第二声波(WseJ之间的传递函数(f); 分析器(55)，根据扫描数据集和所述参数信息(P)，产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数);以及 外推器(11)，根据直达波系数(C^)，产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量(PradW)描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad) °
2.根据权利要求1的装置，其中: 所述识别器(16)包括 -滤波器(39)，根据所述扫描数据集(p|f )，产生滤波扫描数据集，其中保存扫描数据集:()中的混响声波部分并且削弱扫描数据集中的直达声部分(Wrad)； -1O场分离模块(19)，当直达声波(Wrad)延迟时，根据滤波扫描数据集，产生与输入声波(Win)的混响部分的展开相关的后输入波系数(Cgf1 )，并且产生与第二声波(Wsec)的后部分的展开相关的后输出波系数)； 并且所述分析器(55)包括: -1O场分离模块(18)，根据扫描数据集产生与总输入声波(Win)的展开相关的总输入波系数.(Cf?，21 )，并且产生与包含第二声波(wsJ和直达声波(wMd)的总输出声波相关的总输出波系数);以及 -PS场分离模块(24)，根据总输入波系数:(Cf’a )和总输出波系数(C$’a )以及后输入波系数.(Cgf1 )和后输出波系数.(C￡# )，产生与受验声源(Qtl)产生的直达声(wMd)的展开相关的原始波系数(Cj1 )。
3.根据权利要求2的装置，其中，所述PS场分离模块(24)包括: 比较器(99)，根据后输入波系数:(Cff )和后输出波系数)，产生透过参数(kt)，所述透过参数(kt)描述被扫描范围(Gm)封闭的空间的声学透过性；合成器(93)，根据总输入波系数.(C^a )和透过参数(kt)，产生与受验声源(Qtl)产生的第二声波(wsJ的展开相关的第二波系数:(以及 加法器(95)，根据总输出波系数)和第二波系数.(Cs^a )，产生所述直达波系数〔O
4.根据权利要求2的装置，其中，所述PS场分离模块(24)包括 相关器(97)，根据总输入波系数(Cf?& )和后输入波系数(Cgf1 )，产生透射参数(kx)，所述透射参数(kx)描述总输入声波(Win)的指向性与输入声波(Win)混响部分的指向性的一致性； 合成器(93)，根据总输入波系数.((^?，&>和透过参数(kt)，产生与受验声源(Qtl)产生的第二声波(wsJ的展开相关的第二波系数.(Cs^a);以及 加法器(95)，根据总输出波系数(CfTa >和第二波系数.(Cs^a )，产生所述直达波系数(O
5.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括: 采集装置(1，14，77)，通过测量多个测量点(rm)处围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(Pt (rm))产生扫描数据集:(pg^)，其中测量点设置在扫描范围(Gm)内，并且扫描数据集 >描述具有至少一个以下其它声波分量的直达声(wMd)的叠加: -由在外部边界(Sb)上反射的直达声(Wrad)所产生的输入声波(Win)， -由所述输入声波(Win)与受验声源(Qtl)的表面(Stl)相互作用所产生的第二声波(Wsec); 识别器(16)，鉴于扫描数据集:(p|f)中声波分量的时间延迟，产生与扫描范围(Gm)内的扫描数据集(Plf1)的展开相关的滤波系数)，其中保存先到达的直达声(Wrad)并且削弱后到达的声波分量(win，wsec)； 分析器(55)，根据扫描数据集产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数(C=)，所述分析器(55)包括至少一个以下部件: -场分离模块(18 ;24)，根据扫描数据集^|，)，产生分离直达波系数.(巧)，所述分离直达波系数>表示频率低于预先设定的截止频率(fg)的直达声(Wrad)； -交叉混合器(115)，为信号频率低于交叉频率(f。)的直达波系数(C^ >分配分离直达波系数(C@)，并且为信号频率高于或等于所述交叉频率(4)的直达波系数(Cg)分配滤波系数(C^a )； 以及外推器(11)，根据直达波系数.(C=)，产生预测状态变量(PMd(r))，所述预测状态变量(PMd(r))描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声Orad)。
6.根据权利要求5的装置，其中 所述分析器(55)包括估算器(117)，根据场分离模块(18 ；24)或识别器(16)提供的估算信息(ei() ;ew)，产生所述截止频率(fg)，所述截止频率(fg)在所述交叉混合器(115)中用作交叉频率(f。); 并且所述识别器(16)包括 -滤波器(111)，根据扫描数据集(pglf).产生滤波扫描数据集)，其中所述滤波器削弱具有大于预先设定值的时间延迟的信号分量；以及 -自由场展开器(113)，根据滤波扫描数据集(p|D产生所述滤波系IC(C^a)并且产生所述估算信息(ew);其中所述估算信息(ew)描述输入声波(Win)的幅值。
7.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括 采集装置(14 ;77)，通过测量多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ)产生扫描数据集其中所述测量点设置在扫描范围(Gm)内； 分析器(55)，根据扫描数据集产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数);其中，分析器(55)接收描述由受验声源(Qtl)所产生的声场的性能的场信息(A[l+1] ；r0[l+l])； 识别器(59，60)，根据直达波系数(C&)或扫描数据集:(ρ|’?λ产生所述场信息(A[l+1] ;rQ[l+l])，所述场信息(A[l+1] ；r0[l+l])包含其中至少一个: -与受验声源(Qtl)的声学中心的位置相关的展开点(rjl+l】)， -与受验声源(Qq)的主辐射方向相关的方向信息(A[l+1】)， -受验声源(Qtl)所产生的声场的旋转对称信息(A[l+1])， -受验声源(Qtl)所产生的声场的反射对称信息(A[l+1])； 以及外推器(11)，根据直达波系数Ct)，产生预测状态变量(prad(r))，所述预测状态变量(PMd(r))描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)。
8.根据权利要求7的装置，其中所述采集装置包括以下之一: 至少一个扫描传感器(I)，每个扫描传感器测量扫描传感器(I)的当前位置OJ处的声场的状态变量(PtOJ)； 扫描产生器(53),根据场信息(A[l+1] ；r0[l+l])产生扫描矢量(R[l+1])，其中扫描矢量包括至少一个附加测量点(rm)的位置，其给出了有关受验声源(Qtl)产生的直达声的特定信息； 定位装置(49 ；47 ；11 ;51)，将扫描传感器(I)移动到由扫描矢量(R[l+1])限定的附加测量点CO。
9.根据权利要求7的装置，其中所述分析器(55)包括以下中的至少一个: 产生器(84)，根据场信息(A[l+1] ；r0[l+l])产生展开矩阵Wd[l+1]);其中，展开矩阵(Wd[l+1])利用与受验声源(Qtl)的位置和方向对齐的坐标系或者利用声场的对称性；以及 估算器(83 ；81 ；85 ;91)，通过利用包含与波方程的解相关的展开函数的所述展开矩阵(wd[l+l])，根据扫描数据集(ρΙ?1丄产生所述直达波系数(Ct )。
10.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括: 采集装置(I ;14 ;77)，测量在两个不重叠扫描范围(G1, G2)内分离的多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ);其中，产生第一扫描数据集(pgf)的第一扫描范围(G1)的测量点(rm)密度高于产生第二扫描数据集(pgf)的第二扫描范围(G2)的测量点(rm)密度； 分析器(55)，根据第一扫描数据集(pgf1)和第二扫描数据集(ρ|?)，产生与直达声(wrad)的展开相关的直达波系数(Ct);以及 外推器(11)，根据直达波系数:()，产生描述扫描范围(Gm)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声(Wrad)的预测状态变量(pMd(r))。
11.根据权利要求10的装置，其中所述分析器(55)包括: 第一子分析器(63)，根据第二扫描数据集:(p|f).产生第二波系数(Cg;^)，其中第二扫描范围(G2)中的测量点的数量(M2)限制了第二波系数的最大阶数(N2)； 内插器(65);根据第二波系数产生内插扫描数据集(Pg.f )，所述内插扫描数据集(Pgf1)包含多个(M2s)元素，所述元素的数量(M2s)大于第二扫描范围(G2)内测量点的数量(M2)； 加法器(67)，根据第一扫描数据集:(p|f >和内插扫描数据集(pg.f ).产生统一的数据集(Jtf); 第二子分析器(69)，根据统一的数据集产生所述直达波系数(Ct);所述第二子分析器(69)以最大阶数(Nrad)提供至少一个波系数，所述波系数的最大阶数(Nrad)大于第二波系数((?念)的最大阶数(N2)。
12.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括 采集装置(I ;14 ;77)，通过测量多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ)产生扫描数据集:(p|f)，其中所述测量点设置在扫描范围(Gm)内； 分析器(55)，根据扫描数据集(p|f)，产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数)，所述直达波系数.(C^)包含至少一个具有最大阶数(N)的系数(C^ad),其中-所述直达波系数.(C^)中的至少一个系数(qMd = o)接近等于0，其中所述系数(Cj,rad = O)的阶数(Ni)小于所述最大阶数(N)，或者 -扫描数据集(Pti1)中测量点OJ的数量(M)小于所述直达波系数.(C3)中系数(Cj,rad)的最大数量((N+1)2)； 以及推器(11)，根据直达波系数(C^)，产生预测状态变量(prad(r))，所述预测状态变量(PMd(r))描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)。
13.根据权利要求12的装置，其中所述分析器(55)包括以下中的至少一个: 估算器(81)，利用缩减展开矩阵(WuJl])根据扫描数据集产生缩减波系数 反向转换器(85)，利用预先设定的选择矩阵(S[l])，根据缩减波系数产生迭代波系数其中所述迭代波系数:(C^[/])中的元素的数量大于所述缩减波系数(C》[/])中的元素的数量； 估算器(87)，根据迭代波系数产生贡献矢量(r [I])，所述贡献矢量(r[l])描述迭代波系数:(C^[/])中的元素(Cpad)对受验声源(Qtl)产生的总声波能量的贡献率(rj[l])； 选择器(89)，根据贡献矢量(r[l]产生所述预先设定的选择矩阵(S[l])，并且产生展开函数的最大阶数(N[l+1]);其中，如果其贡献率(rjl])低于临界阈值0J，设置至少一个元素(Cj,Md)为O，； 产生器(84)，利用以下中的至少一个产生完全展开矩阵(wd[l+l]): -展开函数的最大阶数N[l+1]， -所述描范围(Gm)内的测量点(rm)的数量和位置(R[l])， -表示受验声源(Qtl)的声学中心的位置的展开点(rQ[l])， -表不受验声源(Qtl)的福射的主方向的方向信息(A[l]), -受验声源(Qtl)产生的声场的旋转对称性(A[l])， -受验声源(Qtl)产生的声场的反射对称性(A[l])； 转换器(83)，根据完全展开矩阵(Ψ,[1+1])产生所述缩减展开矩阵(Wd,Md[l+l])的更新值，其中缩减展开矩阵Wd，red[l+l])中元素的数量小于完全展开矩阵@d[l+l])中元素的数量；以及控制器(91)，如果在迭代中两个迭代步骤之间的迭代波系数的变化低于预先设定的阈值，其根据迭代波系数(C^[/])产生所述直达波系数(c?a°d)。
14.一种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括: 采集装置，包括 -至少一个扫描传感器(I)，产生扫描输出(PtCrm)),所述扫描输出(pt(rm))表不扫描传感器(I)当前位置OJ处被测量的声场的状态变量， -定位装置(49 ；47 ；11 ;51)，将扫描传感器(I)移动到扫描范围(Gm)内的至少一个测量点(rm), -环境噪声传感器(76),产生表不扫描范围(Gm)外的环境位置(ra)处的声场的状态变量的环境噪声输出(Pt(ra))，其中环境噪声传感器(76)与受验声源(Qtl)的距离比扫描传感器⑴与受验声源(Qtl)的距离远； 噪声识别器(77),根据扫描输出(pt(rm))和环境噪声输出(pt(ra)),产生有效的扫描数据集:(pgf )，其中所述噪声识别器(77)通过分析环境噪声输出(pt (ra))检测扫描输出(Pt(rm))中被所述环境噪声源(Q1)破坏的无效部分，并且从扫描数据集(pgf)中排除检测到的无效部分； 分析器(55)，根据扫描数据集产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数(O, 以及外推器(11)，根据直达波系数:(C^)，产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量(PMd(r))描述扫描范围(Gm)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)。
15.根据权利要求14的装置，其中 如果扫描输出(PtOJ)包含被所述环境噪声源(Q1)破坏的无效部分，则所述噪声识别器(77)重复测量在测量点(rm)处声场的状态变量，或者 所述噪声识别器(77)包含存储装置，存诸多次测量后的扫描输出(pt(rm))的有效部分，并且产生分配给测量点(rm)处包含有效信息和完全信息的扫描数据集的合并输出。
16.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的装置，包括: 采集装置(1，14，77)，通过测量设置在扫描范围(Gm)内的多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Qtl)的声场的状态变量(Pt (rm))，产生扫描数据集 分析器(55)，根据扫描数据集<plf).产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数(C&)，或者产生表示扫描数据集〉展开中的误差(^)的声波误差系数(U ;以及外推器(11)，根据直达波系数}产生描述扫描范围(Gm)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场的预测状态变量(PMd(r))，或者根据声波误差系数(Erad)产生描述观测点(r)处的预测数量(pMd(r))的误差(eMd(r))的信息。
17.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括: 测量围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ)； 通过收集在多个测量点(rm)处测量的状态变量(pt(rm))产生扫描数据集'其中所述测量点设置在扫描范围(Gm)内，并且所述扫描数据集描述具有至少一个以下声波分量的直达声(wMd)叠加: -由环境噪声源(Q1)或由在外部边界(Sb)上反射的直达声(Wrad)所产生的输入声波(win)， -由所述输入声波(Win)与受验声源(Qtl)表面(Stl)的相互作用所产生的第二声波(Wsec); 根据产生的扫描数据集(pgf >识别参数信息(P)，其中参数信息(P)包含输入声波(Win)与第二声波(WseJ之间的传递函数(f); 将扫描数据集i>展开为比例展开函数(Ψ)之和，其中所述展开函数(Ψ)描述扫描范围(Gm)内的声场；在扫描数据集)的展开中将输入声波(Win)与输出声波Ovt)分离； 利用所述输入声波(Win)和所述参数信息(P)，将直达声(Wrad)与第二声波(WsJ分离； 产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数:(C&);以及 根据直达波系数)，产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量描述扫描范围(Gffl)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)。
18.根据权利要求17的方法，其中识别参数信息(P)的步骤包括以下中的至少一个: 通过对所述扫描数据集滤波，产生滤波扫描数据集其中保存混响声波部分并且削弱直达声部分(wMd)； 根据滤波扫描数据集产生后输入波系数:(Cgf )，其中所述后输入波系数(Cjf )表示输入声波(Win)的混响部分； 根据滤波扫描数据集:(;?:?)产生后输出波系数.(CfJJ ),其中后输出波系数)表示当直达声波(wMd)延迟时第二声波(wsJ的后部分； 根据扫描数据集I产生总输入波系数)，其中所述总输入波系数](g。,a )表不总输入声波(Win); 根据扫描数据集产生总输出波系数.(Gta )，其中所述总输出波系数)表不包含第二声波(WseJ和直达声波(wMd)的总输出声波；以及 根据总输入波系数.(Cf。，21)和总输出波系数(Cfa1Ta )以及后输入波系数.(Cff1)和后输出波系数:(Cfif1 )，产生原始波系数:(CjO;其中所述原始波系数(C^>表示受验声源(Qtl)产生的直达声(wMd)。
19.根据权利要求18的方法，其中识别参数信息(P)进一步包括以下中的至少一个: 根据后输入波系数)和后输出波系数?).产生透过参数CO，其中透过参数CO描述被扫描范围(Gm)封闭的空间的声学透过性； 根据总输入波系数:(cf°，a >和透过参数CO产生第二波系数)，其中第二波系数ictQ> )表示受验声源(Qo)产生的第二声波(WsJ ； 根据总输出波系数)和第二波系数(csta)产生所述直达波系数)。
20.根据权利要求18的方法，其中识别参数信息(P)的步骤包括以下中的至少一个: 通过使总输入波系数>和后输入波系数.(Cgf1 ).互相关产生透射参数(kx);其中透射参数(kx)描述总输入声波(Win)的指向性与输入声波(Win)混响部分的指向性的一致性； 根据总输入波系数>和透射参数(kx)，合成第二波系数(C$，a );其中第二波系数:(Cg，a ).表示受验声源(Qtl)产生的第二声波(Wsec)； 根据总输出波系数(Cj，a )和第二波系数(Cs^a )，产生所述直达波系数:((^? )。
21.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括测量围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ);其中所述状态变量描述具有至少一个以下其它声波分量的直达声(Wrad)叠加: -由环境噪声源(Q1)或在外部边界(Sb)上反射的直达声(Wrad)所产生的输入声波(win)， -由所述输入声波(Win)与受验声源(Qtl)表面(Stl)的相互作用所产生的第二声波(Wsec); 通过收集设置在扫描范围(Gm)内的多个测量点(rm)处的状态变量(PtOJ)产生扫描数据集:(戍’?); 对扫描数据集>进行滤波产生滤波扫描数据集)，其中所述滤波保存直达声(wMd)并且削弱其它声波分量(Win,WseJ ,其它声波分量(win,WseJ与直达声(wMd)相比有较大的时间延迟； 通过利用作为波方程的解的展开函数，产生与滤波扫描数据集)(的展开相关的滤波系数)，其中滤波系数是信号频率高于设定的截止频率(fg)的直达声(Wmd)的有效表不; 通过利用表示输入声波(Win)和输出声波(Iut)的分离展开函数，对信号频率低于截止频率(fg)的扫描数据集:(/?:?)进行展开； 产生与输出声波瓤(W0J的展开相关的分离直达波系数.(Cj?);其中分离直达波系数(C^).是信号频率低于设定的截止频率(fg)的直达声(Wrad)的有效表示； 通过以下方式产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数:(C^): -为信号频率低于设定交叉频率(f。)的直达波系数((^?)分配分离直达波系数(Cg )，-为信号频率高于或等于所述交叉频率(f。)的直达波系数分配滤波系数(c” ); 以及根据直达波系数:(产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量(prad(r))描述扫描范围(Gm)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声(Wrad)。
22.根据权利要求21的方法，进一步包括: 根据与所述展开函数相关的所述分离直达波系数.(Cg>)，通过评估扫描数据集与展开数据集之间的不匹配，产生第一误差(ej ； 通过用于输入的滤波声波(win,w)与输出的滤波声波(wwt,w)的分离展开函数，对滤波扫描数据集>进行展开； 通过比较输入的滤波声波(win,w)与输出的滤波声波(wwt,w)之间的能量，产生滤波系数(C^& )的第二误差(ew)； 将第一误差(ei())和第二误差(ew)汇总为总误差； 产生给出最小总误 差的所述截止频率(fg)的最优值；以及 校正交叉频率(f。)到截止频率(fg)。
23.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括: 通过利用扫描传感器(I)，测量围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(PtOJ)； 通过收集设置在扫描范围(Gm)内的多个测量点(rm)处的状态变量(pt (rm))，产生扫描数据集:(/--); 通过利用描述受验声源(Qtl)产生的声场的性能的场信息(A[l+1] ；r0[l+l])根据扫描数据集产生直达波系数:(Ct);其中直达波系数与直达声(wMd)的展开相关； 根据直达波系数:(Ct)或扫描数据集产生所述场信息(Α[1+1] ;r(1[1+1])，所述场信息包含以下中的至少一个: -与受验声源(Qt l)的声学中心的位置相关的展开点(rjl+l])， -与受验声源(Qtl)的主福射方向相关的方向信息(A[l+1]), -由受验声源(Qtl)产生的声场的旋转对称信息(A[l+1])， -由受验声源(Qtl)产生的声场的反射对称信息(A[l+1])； 以及根据直达波系数).产生预测状态变量(Prad(r))，所述预测状态变量描述扫描范围(Gm)的内边界(sin)外侧预先设定的观测点ω处产生的直达声场(WMd)。
24.根据权利要求23的方法，其中所述的产生扫描数据集包含以下中的至少一个: 测量扫描传感器⑴的当前位置(rm)处的声场的状态变量(pt(rm))； 根据场信息(A[l+1] ；r0[l+l])产生扫描矢量(R[l+1]);其中扫描矢量(R[l+1])包括附加测量点OJ的位置，其给出了有关受验声源(Qtl)产生的直达声的特定信息； 将扫描传感器⑴移动到由扫描矢量(R[l+1])限定的附加测量点(rm)； 测量附加测量点OJ处的声场的状态变量(Pt(rm))。
25.根据权利要求23的方法，其中产生直达波系数:((^?)?包括 根据场信息(A[l+1] ；r0[l+l])产生展开矩阵(Ψ,[1+1]);其中，展开矩阵(Ψ^Ι+1])通过在展开中利用与受验声源(Qtl)的位置和方向对齐的坐标系或者利用声场的对称性而包括最少的元素；以及 通过利用所述展开矩阵(Wd[l+1])，根据扫描数据集λ产生所述直达波系数(O
26.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括: 测量分离的两个不重叠扫描范围(G1, G2)内的多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Q0)的声场的状态变量(PtOJ);其中，第一扫描范围的测量点(rm)密度高于第二扫描范围(G2)的测量点(rm)密度； 产生表示第一扫描范围(G1)的第一扫描数据集); 产生表示第二扫描范围(G2)的第二扫描数据集); 根据第一扫描数据集和第二扫描数据集)，产生与直达声(Kad)的展开相关的直达波系数();以及 根据直达波系数:((^?)，产生描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)的预测状态变量(Prad(r))。
27.根据权利要求26的方法，其中产生直达波系数(C^)包括: 根据第二扫描数据集)产生第二波系数其中第二扫描范围(G2)测量点的数量(M2)限制了第二波系数的系数的最大阶数(N2)； 根据第二波系数.(CU)产生内插扫描数据集(戍亍);其中内插扫描数据集包含多个(M2s)元素，所述元素的数量(M2s)大于第二扫描范围(G2)内测量点的数量(M2)；根据第一扫描数据集:(P5:f' >和内插扫描数据集.(P拉).产生统一的数据集(P§:f );以及 根据统一的数据集ipgfO产生所述直达波系数(?);其中所述直达波系数ic&)包含至少一个具有最大阶数(Nrad)的系数，所述系数的最大阶数(Nrad)大于第二波系数
中的最大阶数(N2)。
28.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括: 通过测量设置在扫描范围(Gm)内的多个测量点(rm)处围绕所述受验声源(Qtl)的声场的状态变量(Pt (rm))，产生扫描数据集.(;?:?)； 根据扫描数据集)，产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数.(Ct);所述直达波系数:(C^)包含最大阶数(N)，其中； -所述直达波系数:(C$)中的至少一个系数(Ci,Md = O)接近等于0，其中所述系数(Ci,rad = O)的阶数(N1)小于所述最大阶数(N)，或者 -扫描数据集Ut?)中测量点(L)的数量(M)小于所述直达波系数:(c3)中系数(Cj,rad)的最大数量((N+1)2)； 以及根据直达波系数)，产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声(Wrad)。
29.根据权利要求28的方法，其中所述的产生直达波系数:(C$)包括以下中的至少一个个: 通过利用缩减展开矩阵(WuJl])，根据扫描数据集(/?/? λ产生缩减波系数(◎[/]); 通过利用预先设定的选择矩阵(s[l])，根据缩减波系数:((；$[/]}产生迭代波系数(C&[/])，其中所述迭代波系数中的元素的数量大于所述缩减波系数ic$[/])中的元素的数量； 根据迭代波系数:(C$[/]).产生贡献矢量(r[l])，所述贡献矢量(r[l])描述系数(Cj,rad)对受验声源(Qtl)产生 的总声波能量的贡献率(rjl])；根据贡献矢量(r[l])产生所述选择矩阵(S[l]);其中，如果其贡献率(rjl]])低于临界阈值(4)，选择矩阵(S[l]设置系数(Cj,-)为O，； 根据贡献矢量(r[l])产生与展开相关的系数的最大阶数(N[l+1]； 利用以下中的至少一个产生完全展开矩阵(Wd[l+1]): -展开的最大阶数N[l+1]， -所述扫描范围(Gm)内的测量点(rm)的数量和位置(R[l])， -表示受验声源(Qtl)的声学中心的位置的展开点(rQ[l])， -表不受验声源(Qtl)的福射的主方向的方向信息(A[l]), -由受验声源(Qtl)产生的声场的旋转对称性信息(A[l])， -由受验声源(Qtl)产生的声场的反射对称性信息(A[l])； 根据完全展开矩阵(Wd[l+1])产生所述缩减展开矩阵(Wd,Md[l+l])的更新值，其中缩减展开矩阵(CQoroa[1]ΖΙ+Ι])中元素的数量小于完全展开矩阵(Wd[l+1])中元素的数量；如果在迭代中两个迭代步骤的迭代波系数值之间的差.(CQored[l+1]-CQorod[1])低于预先设定的阈值，根据迭代波系数).产生所述直达波系数)，；以及 根据直达波系数:()，产生预测状态变量(pMd(r))，所述预测状态变量描述扫描范围(Gm)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声(Wrad)。
30.一种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括: 将扫描传感器(I)移动到位于扫描范围(Gm)内的至少一个测量点(rm)； 产生表示扫描传感器(I)的当前位置(rm)处被测量的声场的状态变量的扫描输出(Pt(rJ); 产生表不扫描范围(Gm)外的环境位置(ra)处的声场的状态变量的环境噪声输出(Pt(ra))，其中环境噪声传感器(76)与受验声源(Qtl)之间的距离比扫描传感器(I)与受验声源(Qq)之间的矩离远； 分析环境噪声输出(PtCra))和扫描输出(PtCrm))； 将由所述环境噪声源(Ql)损坏的扫描输出(P1OJ)的无效部分与有效部分分离； 收集扫描数据集中扫描输出(PtOJ)的有效部分； 根据扫描数据集.)，产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数；(C^ );以及 根据直达波系数)，产生预测状态变量(PradOO)，所述预测状态变量描述扫描范围(Gffl)内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声场(Wrad)。
31.根据权利要求30的方法，其中所述的收集扫描输出(pt(rm))包括: 如果扫描输出(PtOJ)包含被所述环境噪声源(Ql)破坏的至少一个无效部分，重复测量在测量点(rm)处声场的状态变量，； 存储扫描输出(PtOJ)的有效部分； 产生合并多个测量值有效部分的合并输出；以及 如果合并输出包括测量点OJ处的有效信息和完全信息，分配该合并输出到扫描数据集:(成，?)。
32.—种用于确定由受验声源(Qtl)产生的直达声(Wrad)的方法，包括:通过测量设置在扫描范围(Gm)内的多个测量点(rm)处围绕受验声源(Qtl)的声场的状态变量(Pt (rm))，产生扫描数据集)； 根据扫描数据集)产生与直达声(Wrad)的展开相关的直达波系数 产生表示扫描数据集展开中的误差(ew)的声波误差系数(Erad)； 根据直达波系数产生预测状态变量「(Λ^Ο))，所述预测状态变量描述扫描范围(Gffl)的内边界(Sin)外侧预先设定的观测点(r)处产生的直达声(Wrad);以及 根据声波误差系数(Er ad)产生描述观测点(r)处的预测数量(PradOO)的误差(erad(r))的信息。
【文档编号】G01H3/00GK103929706SQ201410079512
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】沃尔夫冈·克里佩尔, 丹尼尔·克诺布洛赫 申请人:克里佩尔有限公司