一种基于空间信息重建的声场控制方法
本发明属于声场控制，涉及一种基于空间信息重建的声场控制方法。
背景技术：
1、声场控制旨在利用扬声器或其他声源，控制目标区域产生所需的声场。近年来随着经济社会的发展，人们生活水平的提高，声场控制算法在实际生活中的应用逐渐增多。例如手机上的双源个人音频系统，车舱内的个人音频系统，车内头枕中的应用、室外音频系统等。
2、目前主流的技术是通过控制目标区域的若干离散点，将其声压控制在所需范围内。一般的有声学对比控制算法、声压匹配算法。但这些算法需要依靠较多的控制点才能得到较好的效果。声场控制首先需要对扬声器和控制区域之间的传递函数有一个精确的测量，该测量是利用控制区域的麦克风阵列来完成。对于实际测量房间传递函数，或其他实际场景的传递函数而言，测量点麦克风的尺寸大小限制了最小测量点之间的距离；过多的麦克风会影响测量的声学传递函数；出于经济的考量也很难在测量区域布置很多的麦克风。而声场控制主要控制在低频率频段，较少的麦克风还会降低控制的有效频率。且之前的众多研究者只是关注控制点上的声场控制效果，并未对非控制点进行评估，但非控制点的声场控制效果同样重要。
3、因此，以上现有技术需要较多的测量点，增加了实际采集空间信息的经济成本，并且忽略了非控制点的声场控制效果。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术问题，本发明采用一种基于空间信息重建的声场控制方法，包括：
2、s1、构建声场模型，根据声场模型测量rir矩阵；所述声场模型包括：扬声器阵列和设置有控制点的目标区域；所述目标区域包括明区和暗区；所述rir为房间脉冲响应；
3、s2、根据测量的rir矩阵计算最优剪切系数，根据最优剪切系数得到重建的rir矩阵；
4、s3、将重建的rir矩阵转换到频域，得到重建的传递函数矩阵；
5、s4、根据重建的传递函数矩阵计算控制驱动；
6、s5、将控制驱动加载到扬声器阵列，实现声场控制。
7、根据测量的rir矩阵计算剪切系数包括：构建信号重建模型：根据信号重建模型构建优化函数；求解优化函数，得到最优剪切系数；其中，α为剪切系数，为测量的rir矩阵，φ＝λd为感知矩阵，d为伴随矩阵，λ为掩码算子，e为误差。
8、构建信号重建模型包括：构建剪切波模型：α＝sy；根据剪切波模型构建期望重建信号模型：y＝dα；构建初始信号重建模型：联合剪切波模型、期望重建信号模型以及初始信号重建模型，得到最终的信号重建模型；其中，y为期望重建信号，s为分块矩阵。
9、优化函数为：
10、minα||α||0
11、
12、其中，||α||0为非零剪切波的个数。
13、求解优化函数包括：
14、使用适当的拉格朗日乘子惩罚l1范数解除优化函数的约束，得到第二优化函数：采用迭代软阈值算法迭代优化第二优化函数，得到最优剪切波；其中，ζ为正则化参数。
15、采用迭代软阈值算法迭代优化第二优化函数包括：
16、s21、选择一个初始解采用l曲线方法设置初始阈值ζ0；
17、s22、更新剪切系数α(v)：
18、
19、s23、根据冷却策略计算阈值ζv，判断阈值ζv是否满足迭代停止条件，若满足，则停止迭代更新，得到最优的剪切系数；否则回到步骤s22；
20、其中，v为迭代次数，上标h表示共轭操作，为引进测量的rir矩阵后重写的感知矩阵，表示对剪切系数α(v)的第i个条目操作软阈值读取。
21、计算控制驱动的方法为声压匹配算法和声学对比度控制算法中任意一种。
22、利用声压匹配算法计算控制驱动包括：根据重建的传递函数矩阵计算明区与期望声场之间的声压差，以最小化明区与期望声场之间的声压差为目标构建明区优化函数，求解明区优化函数得到最优控制驱动。
23、明区优化函数为：其中，gb为明区重建的传递函数矩阵，为明区的期望声压，w为控制驱动。
24、利用声学对比度控制算法计算控制驱动包括：根据重建的传递函数矩阵计算明区与暗区之间的声压差，以最小化明区与暗区之间的声压差为目标构建明暗区优化函数，求解明暗区优化函数得到最优控制驱动。
25、有益效果：
26、1、本发明通过重建非测量点上的空间信息，可以增加明区暗区范围内声场控制点数，减小控制点之间的距离，提升声场控制的中频效果；2、通过类似超分辨率的重建方法重建空间信息，一定程度上减少了测量rir时的麦克风个数，降低了实际声场控制中的测量成本和麦克风布置难度。
技术特征：
1.一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，根据测量的rir矩阵计算剪切系数包括：构建信号重建模型：根据信号重建模型构建优化函数；求解优化函数，得到最优剪切系数；其中，α为剪切系数，为测量的rir矩阵，φ＝λd为感知矩阵，d为伴随矩阵，λ为掩码算子，e为误差。
3.根据权利要求2所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，构建信号重建模型包括：构建剪切波模型：α＝sy；根据剪切波模型构建期望重建信号模型：y＝dα；构建初始信号重建模型：联合剪切波模型、期望重建信号模型以及初始信号重建模型，得到最终的信号重建模型；其中，y为期望重建信号，s为分块矩阵。
4.根据权利要求2所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，优化函数为：
5.根据权利要求2所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，求解优化函数包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，采用迭代软阈值算法迭代优化第二优化函数包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，计算控制驱动的方法为声压匹配算法和声学对比度控制算法中任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，利用声压匹配算法计算控制驱动包括：根据重建的传递函数矩阵计算明区与期望声场之间的声压差，以最小化明区与期望声场之间的声压差为目标构建明区优化函数，求解明区优化函数得到最优控制驱动。
9.根据权利要求8所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，明区优化函数为：其中，gb为明区重建的传递函数矩阵，为明区的期望声压，w为控制驱动。
10.根据权利要求7所述的一种基于空间信息重建的声场控制方法，其特征在于，利用声学对比度控制算法计算控制驱动包括：根据重建的传递函数矩阵计算明区与暗区之间的声压差，以最小化明区与暗区之间的声压差为目标构建明暗区优化函数，求解明暗区优化函数得到最优控制驱动。
技术总结
本发明属于声场控制技术领域，涉及一种基于空间信息重建的声场控制方法，包括：构建声场模型，根据声场模型测量RIR矩阵；所述声场模型包括：扬声器阵列和控制点；所述RIR为房间脉冲响应；根据测量的RIR矩阵计算最优剪切系数，根据最优剪切系数得到重建的RIR矩阵；将重建的RIR矩阵转换到频域，得到重建的传递函数矩阵；根据重建的传递函数矩阵利用声压匹配算法和声学对比度控制算法中任意一种算法计算控制驱动；将控制驱动加载到扬声器阵列，实现声场控制；本发明通过重建非测量点上的空间信息，可以增加明区暗区范围内声场控制点数，减小控制点之间的距离，提升声场控制的中频效果。
技术研发人员：朱亚麒,刘宏清
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23