A sound field estimation method based on a physics-informed convolutional neural network (PICNN) using spline interpolation is proposed. Most of the sound field estimation methods are based on wavefunction expansion, making the estimated function satisfy the Helmholtz equation. However, these methods rely only on physical properties; thus, they suffer from a significant deterioration of accuracy when the number of measurements is small. Recent learning-based methods based on neural networks have advantages in estimating from sparse measurements when training data are available. However, since physical properties are not taken into consideration, the estimated function can be a physically infeasible solution. We propose the application of PICNN to the sound field estimation problem by using a loss function that penalizes deviation from the Helmholtz equation. Since the output of CNN is a spatially discretized pressure distribution, it is difficult to directly evaluate the Helmholtz-equation loss function. Therefore, we incorporate bicubic spline interpolation in the PICNN framework. Experimental results indicated that accurate and physically feasible estimation from sparse measurements can be achieved with the proposed method.


翻译:提出了一个基于物理知情的共变神经网络(PICNN)的健全的实地估计方法,该方法使用的是螺旋内推法; 提出了多数健全的实地估计方法,其依据是波形扩展,使估计的功能满足了Helmholtz等式; 然而,这些方法仅依赖物理特性; 因此,当测量数量小时,这些方法的准确性就会大大下降; 最近基于神经网络的基于学习的方法,在培训数据可用时,从稀少的测量中得出估计,具有优势; 但是,由于物理特性没有被考虑,估计的功能可能是物理上不可行的解决办法。 我们提议,将PICNND应用于健全的实地估计问题,采用损失功能来惩罚偏离Helmholtz等式的情况。 由于CNN的输出是一种空间分散的压力分布,因此很难直接评估Helmholtz-equation损失功能。 因此,我们在PICNNF框架中纳入了bic Spric spline interpologation, 实验结果表明,通过拟议的方法可以准确和实际上可行的稀散测量得出的估计。

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