【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声场记录，涉及一种声场记录方法与系统。
技术介绍
1、声场记录的目的是捕获和保留特定区域的声场信息，通常录制的声场通过模态分解方法被分解为一组模态的叠加。模态分解方法的一个优点是它使录制的声场与传声器的设置无关。在三维空间中，球谐(spherical harmonic,sh)函数是模态分解的常见选择，而球形传声器阵列通常用于获取球谐函数的系数。基于sh函数的模态分解也被称为高阶ambisonics(higher order ambisonics,hoa)。
2、基于sh函数的模态分解的一个主要特性是方向独立性，即sh基模态分解同等对待不同方向的声音。然而，在许多实际应用场景中，声场录音问题是方向相关的，例如声源发出声波的方向分布在实际中可能不均匀，以及当声源靠近水平面时，人类声音定位的分辨率较高。
3、为了适配方向相关的声场记录，目前已经有研究人员提出了几种改进的方向相关的模态分解方法。然而，这些方法要么具有受限的应用场景，要么不是误差最小的。例如，混合阶ambisonics通过选择适当的sh函数子集来提高水平性能，基于空间扭曲实现hoa的非均匀空间分辨率编码，然而，这两种方式需要基于经验去选择某些参数；使用球形扇形谐(spherical sector harmonics)函数或球形slepian函数作为基函数，但是这两种方式需要声音方向在一个有限的范围内；分段球谐(spherical segment harmonics)函数和分数球谐(spherical fraction harmonic
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种声场记录方法与系统，通过利用声波分布和方向重要性的先验知识，得到使声场记录误差最小的最优基函数和最优编码矩阵，使方向相关声场记录的误差最小。
2、本专利技术采用如下的技术方案。
3、一种声场记录方法，所述方法包括以下步骤：
4、步骤1：将空间中的声场表示为不同方向平面波的叠加，并引入代表不同方向平面波重要性的权函数，构建声场记录中关于模态分解基函数的加权优化模型；
5、步骤2：对声场记录中关于模态分解基函数的加权优化模型进行求解，得到最优基函数；
6、步骤3：基于步骤2得到的最优基函数，并考虑平面波分布，求出传声器最佳编码矩阵；
7、步骤4：测量各传声器处的声压信号，结合所述最优编码矩阵进行最优模态系数估计，采用最优模态系数估计值和所述最优基函数描述需要被记录的声场。
8、优选地，步骤1中，构建的声场记录中关于模态分解基函数的加权优化模型为：
9、
10、
11、其中，为期望函数，s.t.表示约束；
12、j(ψ，uopt，a)为对于基函数向量ψ，使用最优模态系数uopt进行声场记录的加权误差；
13、ψ为平面波的复振幅a模态分解时m个基函数组成的m×1的基函数向量，其在方向的取值为
14、为大于0的权函数，代表方向平面波的重要性；
15、θ为天顶角，为方位角；i为单位阵；h为矩阵的共轭转置；
16、为在单位球面上进行面积分。
17、优选地，所述加权误差为：
18、
19、其中，为来自方向的平面波的复振幅；
20、为的共轭。
21、优选地，最优模态系数为：
22、
23、优选地，步骤2中，求解得到的最优基函数为：
24、
25、其中，为方向平面波的复振幅模态分解时的最优基函数；
26、是对角线元素大于0的对角阵，l是中间变量w的秩；
27、为离散化时n×1的sh函数构成的向量，n为sh函数的数量；为基函数向量ψ在方向的取值；θ为天顶角，为方位角；
28、为正交阵，为正交阵：为复数集。
29、优选地，步骤3中，传声器最佳编码矩阵e的求解函数为：
30、
31、其中，tr(·)为矩阵的迹；是从模态到传声器声压的传递函数矩阵；
32、topt为离散化对应的系数，满足
33、为离散化时n×1的sh函数构成的向量；为基函数向量ψ在方向的取值；
34、i为单位阵；h为矩阵的共轭转置；w为中间变量；σ为噪声的标准差；
35、为a的协方差矩阵，为期望函数，a为离散化对应的系数；为来自方向的平面波的复振幅，θ为天顶角，为方位角。
36、优选地，步骤3中，求解得到的传声器最佳编码矩阵e为：
37、
38、其中，topt为最优基函数离散化对应的系数；
39、w为中间变量；σ为噪声的标准差；
40、为a的协方差矩阵，为期望函数，a为离散化对应的系数，为来自方向的平面波的复振幅，θ为天顶角，为方位角；
41、i为单位阵；h为矩阵的共轭转置；
42、是从模态到传声器声压的传递函数矩阵。
43、优选地，步骤4中，将各传声器处的声压信号p与最优编码矩阵e相乘得到最优模态系数估计值u′opt：
44、
45、其中，topt为最优基函数离散化对应的系数；
46、w为中间变量；σ为噪声的标准差；
47、为a的协方差矩阵，为期望函数，a为离散化对应的系数，为来自方向的平面波的复振幅，θ为天顶角，为方位角；
48、i为单位阵；h为矩阵的共轭转置；
49、是从模态到传声器声压的传递函数矩阵。
50、优选地，步骤4中，将最优模态系数估计值u′opt和所述最优基函数相乘以描述需要被记录的声场：
51、
52、其中，为来自方向的平面波的复振幅，表示空间中方向的声场；θ为天顶角，为方位角；
53、topt为最优基函数离散化对应的系数；
54、w为中间变量；σ为噪声的标准差；
55、为a的协方差矩阵，为期望函数，a为离散化对应的系数，为来自方向的平面波的复振幅，θ为天顶角，为方位角；
56、i为单位阵；h为矩阵的共轭转置；
57、是从模态到传声器声压的传递函数矩阵。
58、优选地，中间变量w为：
59、其中，为大于0的权函数，代表方向平面波的重要性；
60、为在单位球面上进行面积分；
61、为离散化时n×1的sh函数构成的向量；为基函数向量ψ在方向的取值；
62、h为矩阵的共轭转置。
63、一种声场记录系统，包括：
64、模型构建模块，用于将空间中的声场表示为不同方向平面波的叠加，并引入代表不同方向平面波重要性的权函数，构建声场记录中关于模态分解基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种声场记录方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种声场记录方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种声场记录方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种声场记录方法，其特征在于：
11.一种声场记录系统，利用权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于：所述系统包括：
12.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
13.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-10任一项所述方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种声场记录方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种声场记录方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种声场记录方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种声场记录方法，其特征在于：
8.根据权利要...
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