吸顶式传声器阵列阵元坐标标定方法

提出了一种吸顶式传声器阵列阵元坐标的标定方法。针对在混响声场中,时延估计算法性能严重下降从而导致在标定传声器阵元坐标时产生较大误差的问题,提出了利用脉冲声源作为标定声源,并且截取脉冲源直达声的方法来抑制混响声场的影响,提高传声器阵元坐标标定的精度。建立了阵元坐标标定的误差分析模型,并以白噪声和脉冲声源作为标定声源进行数据仿真和对比分析。仿真结果表明,使用脉冲声源作为标定声源能有效地抑制混响声场的影响,获得传声器阵列阵元的准确坐标。同时,在封闭的房间内建立起孔径为3.5 m、64阵元的螺旋状吸顶传声器阵列进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

混响场中用相关传声器识别声源直达声的近似工程法

本文研究了在混响场中用相关传声器识别主声源直达声的近似工程法，包括理论及实验技术。采用该方法对一个置于混响声污染下的恒定声源进行了直达声测量，并将测量结果与该恒定声源的消声室测量结果进行了比较，结果表明：相关传声器近似工程法在很大程度上能减少混响声对主要源声压测量的干扰，从而能在混响声场中获取一定精度的主声源声压级。     

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20 dB的微弱噪声源的精确测量。     

基于双传声器对的多声源二维定位跟踪算法

提出一种房间混响声场环境下的多声源二维定位跟踪算法。研究了基于盲源分离的时延估计,以及联合空间分布的多个传声器对的定位算法。用高斯似然函数解决在多源、多维情况下声源定位的时延匹对模糊问题,使之能够用双传声器对实现对多个声源的二维定位,结合粒子滤波算法实现对多个运动声源的跟踪。仿真实验验证了提出算法的有效性。      

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20dB的微弱噪声源的精确测量。      

基于遗传算法的传声器阵列位置有源校正研究

传声器阵列的位置误差会导致高精度定位应用场景中算法性能下降,为解决这一问题,该文提出了一种二维平面传声器阵列位置参数的有源校正方法.在校正声源位置已知的情况下,利用各阵元间的到达时间差均方误差之和最小化作为优化目标设计代价函数,根据遗传算法搜索阵列真实位置的全局最优解,从而估计得到传声器阵列的准确位置信息.仿真与半消声...     

阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法

基于球面传声器阵列的噪声源定位方法,设计加工了阵元随机均匀分布64元球面传声器阵列,研究了球面近场声全息和球谐函数模态展开聚焦波束形成联合噪声源定位识别方法,对算法的性能进行了仿真分析,并利用球面传声器阵列进行了噪声源的定位识别试验.研究表明,阵元随机均匀分布球面阵列具有全空间稳定的目标定位性能,球面近场声全息对低频近距离声源具有较高的定位精度,球谐函数模态展开聚焦波束形成对高频远距离声源具有较高的定位精度,将两种方法联合进行声源的定位识别,可以在较小孔径的球面阵列和较少阵元的条件下,在宽频带范围内获得对目标声源良好的定位性能.     

稳健宽带波束形成器设计的低阶统计量法*

由于传声器阵列通常对阵元失配误差较为敏感,因此稳健波束形成器的设计已成为传声器阵列处理领域的研究热点之一。概率密度法是目前传声器阵列稳健波束形成器设计中的一类重要方法,但该方法所需的阵元失配误差的概率密度信息在实际中较难获取。针对这一问题,本文研究了基于阵元失配误差低阶统计量的稳健波束形成器设计方法,该方法仅利用在实际中较易获取的阵元失配误差的一阶和二阶统计量信息。本文分别研究了基于阵元失配误差低阶统计量的固定权和变加权最小二乘波束形成器设计,给出了两种波束形成器的相关设计理论。理论和仿真分析表明,在小误差条件下,低阶统计量法所设计的波束形成器仍保持与概率密度法相当的性能。     

传声器阵列声压级在线校准*

在户外环境中对某一目标噪声源进行声压级测量时,由于单个传声器不能在多声源干扰情况下有效监测目标信号,为了有效抑制非目标信号的干扰,通常利用传声器阵列进行波束形成从而对目标信号进行增强。MEMS传声器阵列由于体积小,价格低等优点而得到广泛使用,为了解决在户外进行噪声监测时,MEMS然而MEMS传声器阵列器件的工艺误差和灵敏度退化问题会导致波束形成滤波器的性能下降存在由器件工艺误差和老化所导致的声压级测量不准确问题,从而影响声压级的测量结果。为了解决这一问题,本文介绍了一种通过比较补偿参考传声器与传声器阵列之间的测量声压级之偏差进行从而实时在线校准的方法。该方法利用TDOA多声源定位方法在时频点上对实时采集的信号对所采集的信号在时频点上挑选有效目标信号进行有效挑选,并利用参考传声器的标准频响特性去修正阵列的声压级测量误差值。为了验证方法的可行性,本文通过实验比较了不同环境噪声干扰下的测量声压级差与无干扰条件下的测量声压级差的一致性,结果证明该校准方法在具有较好高的精确性和鲁棒性,并且可推广于任意一种阵型的传声器阵列声源定位装置噪声监测装置。     

超声速弹丸立靶弹着点定位模型研究

针对常规武器火炮直瞄射击时的弹着点测试问题,提出了一种双圆环形传声器阵列方法。该阵列将若干传感器布设在两个圆环上,并根据超声速弹丸产生的激波传播速度随传播距离增加逐渐递减的规律,对每个传声器阵分别引入一个视速度,建立了双视速度模型。计算机仿真分析表明,采用双圆环形传声器阵列及双视速度模型确定弹丸弹着点坐标,带来的模型误差优于3 mm,对于工程应用而言可以忽略。试验结果表明,双视速度模型明显优于将激波传播速度视为恒定的基本模型和交会模型。     

混响环境下目标声场稀疏分解多域声场重放方法*

对于封闭空间内的声场重放,传统的多点声压匹配方法（Cov-PM）直接依据在目标声场测得的声压直接使用最小二乘来计算扬声器权重。然而这种方法要求较多的目标声场采样点以实现足够的精度。对于一类特殊的声场景,也就是目标声场是由少量声源辐射产生时,提出一种对目标声场稀疏分解的方法来进行混响环境下多域声场重构以降低对目标声场采样数量的要求。本文给出基于目标声场等效源稀疏分解多域重构方法（Sparse-ESM）理论推导,通过数值计算以及实验测试两种方式对比所提方法与最小二乘等效源分解方法以及Cov-PM的声场重放性能。数值结果表明,在600Hz 以上的频段,Sparse-ESM 方法的重构误差性能提升明显。实验结果也得出了与数值计算相同的结论。同时,还通过数值计算和实验测试两种方法证明了当目标声场声源方向波动时,Sparse-ESM 仍然可以保持与其余两类方法相近的声对比度同时实现较高的亮区重构精度。     

球形传声器阵列下基于主导声源检测MUSIC群时延算法的多声源定位*

针对混响环境中,多径效应、散射、衍射等原因导致声源定位失败或分辨能力不足的现象,提出一种基于主导声源检测MUSIC群时延的邻近多声源定位方法。该方法采用球形传声器阵列,相比平面阵列可以捕获3D声场信息,利用球谐域下信号的频率分量与角度分量解耦的优势,从而可直接利用频率平滑技术处理宽带语声信号而不需要构造聚焦矩阵,并在球谐域下通过设置阈值对一组时频段进行主导声源检测,从而选择出包含直达声的一组时频块来构造MUSIC群时延空间谱。上述举措在提升波达方向估计在高混响环境下定位鲁棒性的同时,也提高了多个邻近声源的分辨能力。仿真实验结果表明,所提出的主导声源检测MUSIC群时延算法,在高混响和低信噪比条件下,仍具有更好的定位精度与更优的邻近多声源分辨效果。     

Three-dimensional sound source localization using distributed microphone arrays

To improve the performance of sound source localization based on distributed microphone arrays in noisy and reverberant environments,a sound source localization method was proposed.This method exploited the inherent spatial sparsity to convert the localization problem into a sparse recovery problem based on the compressive sensing(CS) theory.In this method two-step discrete cosine transform(DCT)-based feature extraction was utilized to cover both short-time and long-time properties of the signal and reduce the dimensions of the sparse model.Moreover,an online dictionary learning(DL) method was used to dynamically adjust the dictionary for matching the changes of audio signals,and then the sparse solution could better represent location estimations.In addition,we proposed an improved approximate l_0norm minimization algorithm to enhance reconstruction performance for sparse signals in low signal-noise ratio(SNR).The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated by simulation results where the locations of multiple sources can be obtained in the noisy and reverberant conditions.     

Instrumentation for space averaging sound pressure levels

The measurement of machinery noise, sound-transmission loss, and reverberation decay inside reverberant enclosures requires multiple measurements obtained from several positions in the test enclosure. These measurements are used to establish a space-average sound pressure. The paper describes a multichannel microphone system that sequentially samples six microphones to provide a single microphone signal. This composite signal is then analyzed. No further space-averaging computation is required. The averaging time of the recorder is discussed with reference to swinging microphone arrangements and microphone multiplexing systems.     

A method for the low frequency qualification of reverberation test rooms using a validated finite element model

Low frequency behavior in small rooms is always a critical issue, but the recent extension of several standards to frequencies as low as 50 Hz opened an interesting debate in the scientific community as to which is the best (and most reliable) method to perform measurements. The present paper discusses the low frequency qualification of a typical reverberant test room in order to perform sound power measurements (carried out according to ISO 3741), by taking advantage of a finite element model of the room. Experimental measurements were first carried out in a standard reverberant chamber to demonstrate that the model provides accurate results in the range below 100 Hz. Statistical analysis of the results from measurements and simulations confirmed that, despite some small inaccuracies, the predicted results are in very good agreement with those measured both in terms of spectra and spatial distribution of the sound pressure level. Finally, the different steps of the low-frequency qualification of a reverberant test room are discussed. A selection procedure of the most suitable microphone positions is proposed, based on the results of the simulation, and, finally, on site measurements were carried out to validate the procedure.     

一种利用分布式传声器阵列的声源三维定位方法

为了提高噪声和混响条件下分布式传声器阵列进行声源定位的性能,提出一种利用空间稀疏性和压缩感知原理的声源三维定位方法。该方法首先通过两次离散余弦变换方式提取出声音信号特征,并用该特征来构建稀疏定位模型,以便能够综合利用语音信号的短时和长时特性,同时降低模型维数;然后利用在线字典学习技术动态调整字典,克服稀疏模型与实际信号之间的失配问题,增强稀疏定位模型的鲁棒性;进而提出一种改进的平滑l₀范数稀疏重构算法来进行声源位置解算,以提高低信噪比条件下的重构精度。仿真结果表明该方法不仅可以实现多目标定位,而且具有较强的抗噪声和抗混响能力.      

球谐域自适应混响抵消与声源定位算法

提出了一种基于球谐域的自适应混响抵消与声源定位算法,该方法通过去混响处理改善语音质量,并提高球谐域定位算法在混响环境下的定位性能。推导了基于多通道线性预测的自适应混响抵消算法在球谐域的表达式,针对刚球模型提出分阶处理的去混响方法,并对去混响后的信号进行波达方向估计。采用32元球阵的仿真结果表明,相比于球谐域不分阶去混响方法,该方法最大可减少约2/3的运算量,同时语音PESQ得分及SRMR均显著提高。利用实验数据对算法性能进行测试,实验结果验证了该方法在实际声学环境中去混响和声源定位的有效性。      

Adaptive eigenvalue decomposition algorithm for passive acoustic source localization

To find the position of an acoustic source in a room, the relative delay between two (or more) microphone signals for the direct sound must be determined. The generalized cross-correlation method is the most popular technique to do so and is well explained in a landmark paper by Knapp and Carter. In this paper, a new approach is proposed that is based on eigenvalue decomposition. Indeed, the eigenvector corresponding to the minimum eigenvalue of the covariance matrix of the microphone signals contains the impulse responses between the source and the microphone signals (and therefore all the information we need for time delay estimation). In experiments, the proposed algorithm performs well and is very accurate.