人是怎样定位声音的

 人能利用双耳定位声源并能从听觉世界中不和谐音调中辨别出个别的声音。早在１２０年前,瑞利就了解部分定位过程。他发现,如果声源位于听者的右方,则听者的左耳就被头部所遮挡。因此,右耳得到的声强大于左耳得到的声强,这种差异是判断声源方位的重要线索。如今人们用图１所示的声音定位设备进行了有趣的物理学、心理学和生理学研究。研究表明,根据声音的多种信息,包括强度、时序和频谱,人的大脑能从听到的声音再现声学景观的三维图像。一、耳间级差耳间级差（ＩＬＤ）是指两耳处声强级的差值,用分贝表示。这种效应的大小可以通过计算球面两个相对的极点间的声强来估算。     

基于声音的跟踪摄像的初步研究

仿照生物的趋声性,可以实现摄像头追踪拍摄一个不在其视场范围内的声源;依据图像处理技术,可以精确定位在摄像头视场内的声源。将这两种技术结合起来,建立了一套实验系统。从利用声源发出的声音信号传输到两个分开一定距离的声音探测器上的时间差初步定位声源,再利用声源的运动规律使用图像处理技术识别并精确定位声源,通过系统与PC机间的实时通信和回转部件带动声音探测器和摄像头一起做精确灵活的转动,摄像头最终对准了声源。实现了基于声音的跟踪摄像过程。     

脉冲激光在液体中激发的声波特性研究

理论上分析了脉冲激光在液体中产生的声波波阵面随光声源形状的变化,以及不同激发机制下光声脉冲波形的差别,并从实验中得出了脉冲CO2激光光声脉冲频谱特性.结果表明光声波波阵面为球面或柱面,热弹机制激发双极性的光声脉冲,汽化机制激发单极性的光声脉冲,CO2脉冲激光在水中激发的声波频谱峰值主要在100 kHz以下.通过选择光声源的形状和激发机制可以获得所需的光声信号.     

Rijke热声振荡的非线性效应

本文研究了Rjike管热声振荡的非线性效应，指出了引起非线性效应的两个因素，即热声相互作用的非线性和声波在管子末端的非线性辐射声阻,并通过计算声波振幅的增长率和实验分析声波的频谱，发现非线性效应限制了管内声波振幅的增长，并且导致了二次及高阶谐波的产生。     

冲击阻尼板的尺寸辨识与声线索提取

针对冲击板的物理属性辨识问题,研究了尺寸辨识的恒定声线索提取及其在听觉感知中所起的作用。设计并完成了三组主观评价实验,实验1分析了录音和合成声作为声刺激对尺寸辨识的影响。实验2和实验3分别针对铝板和木板的冲击声,通过不相似主观评价实验获得尺寸辨识的感知空间和对应力学空间维度,计算了不同声特征的信息精确度。最后,对比实验2和实验3的结果给出了尺寸辨识的恒定声线索,根据声线索与感知结果的相关性分析了听者的尺寸感知策略。结果表明,听者利用录音和合成声均获得了较好的尺寸辨识结果,且听者趋向于利用与尺寸有关的恒定声线索来完成感知任务,而忽略那些容易受其他声源属性影响的声信息。      

基于入耳式耳机电阻抗特性的个性化均衡研究*

入耳式耳机封闭耳道会大幅改变耳道辐射阻抗,使得耳道内声压产生畸变进而导致头中定位效应。该文首次通过建模分析耳机与外耳耦合时声负载的变化,建立起耳机电阻抗与个性化耳机-耳道传递函数的关系。根据耳机电阻抗设计个性化滤波器以消除传递函数中高Q值的共振峰,均衡耳道内声压畸变。主观实验结果表明,基于耳机电阻抗特性的个性化均衡对于消除头中定位效应有显著作用。     

两千和一万声瓦电动调制气流声源

电动调制气流声源输出功率大,频谱容易控制,是较为理想的强声源.我们研制成功的两千和一万声瓦电动调制气流声源(以下简称2kw和10kw),最大功率区在100—1250Hz(±4dB)之间;10千声瓦声源在28m~3的混响室中能形成158.5dB的混响场,2千声瓦声源在直径140mm的行波管中能产生171.5dB的行波场.它们还可以重播音乐、语言讯号,若干个组阵广播距离达12km以上.文献[1—3]报道过这类声源的设计原理和实验工作,本文结合我     

数控传声器阵列反卷积法对飞机噪音的应用与实验研究

本文主要讨论传声器阵列反卷积法对于飞机发动机噪音测量的实际应用及反卷积法对于飞机过顶测噪的数值模拟。传统"波束成型法"的成像是点源与点分布函数卷积的结果,只有在满足瑞利限制的前提下可以分辨多个相距较近的声源。本文介绍了一种简称反卷积法的传声器阵列新方法,它是将原有的Beamforming结果作为已知条件,从中提取有用的声源信息,去除掉旁瓣的干扰,使得处理出来的声源幅值与位置更加准确。观察运动声源会产生多普勒效应,特别是在频域中处理声信号时会使发声源产生频率偏移,因此在反卷积法使用前引入平均多普勒频移因子,它使得运用反卷积法在频域中预测飞机进场噪音成为可能。     

声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源     

虚拟声技术及其应用(下)

虚拟现实是一种逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术。利用虚拟声的方法可产生各种不同的声音空间听觉，包括对声源的定位和对环境的声学空间特性感觉，因而在虚拟声学环境中有重要应用。由于在现实的环境中，声源和倾听者的空间位置以及周围的声学环境都可能是变化的，为了准确地模拟出这种变化，通常需要采用前面所述的包括头部位置跟踪和自适应信号处理的虚拟声系统，以根据声源、倾听者和环境的变化，实时地改变信号处理程序。这类虚拟现实的系统通常比较复杂，国外有多个实验室建有这类系统。     

运动声源快速定位的声达时差法

针对声达时差法只能用于非运动声源定位的问题,本文提出一种运动声源快速定位方法。该方法以声达时差为基本定位原理,基于声源计算位置对多普勒效应进行解耦并进行声信号多普勒效应修正,根据三角定位方法构建声传播空间矩阵,以声源位置偏差度为目标基于单纯形优化搜索算法进行声源位置快速逼近,实现了对匀速直线运动的单声源的定位追踪,提高定位实时性。该方法将声达时差法拓展到运动声源的定位,同时解决了消除多普勒效应带来的计算过程复杂、运算量大的问题,仅用4个传声器就可实现运动声源的快速定位,突破了传统运动声源识别中对大传声器阵列的依赖。仿真实验和实车运动声源识别实验结果证明了该方法的有效性,本研究为短时发声运动声源的识别提供了一种简便、高效的方法。      

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

浅海中利用单水听器的声源被动测距

针对浅海声波导中远距离脉冲声源被动测距问题,提出了一种利用单水听器接收信号自相关函数进行warping变换的声源被动测距方法。理想水下声波导中,接收信号warping变换输出的傅里叶变换频谱中具有不变性频率特征,即与声源距离无关的各简正波截止频率;信号自相关函数中不同简正波相干成分也存在不变性频率特征;推导了未知声源距离时特征频率提取值与不变性频率特征之间的近似关系式。这些规律可推广到实际浅海声波导,并用于声源被动测距。利用声场计算模型来提供具有不变性频率特征的频谱,对2011年12月北黄海海域水声实验中单水听器接收的脉冲声数据进行了处理,验证了方法的有效性,测距结果和实际距离符合良好,平均测距误差在10%以内。      

螽斯Gampsocleis gratiosa听觉上升神经元的方向灵敏度

螽斯趋声行为的定量分析表明,螽斯具有良好的方向听觉能力。本文报道了螽斯前胸神经节内听觉上升神经元的结构、侧向性和方向灵敏度。在最佳频率15kHz时,它的侧向阈值差高达约16dB。它的方向灵敏度与声刺激频率密切有关,频率愈高,其方位阈值差愈大。上升神经元对每次刺激的峰脉冲发放数和潜伏期变化均与声音入射角有关,因此可用作声源的方向提示。     

深海声影区时频谱干涉结构与声源定位

被动声呐探测位于深海声影区的水面舰船辐射噪声时,接收信噪比通常较低,导致声源被动定位方法的性能较差。针对这一问题,提出一种利用接收信号时频谱干涉结构的声源距离和径向速度联合估计方法。首先根据射线声学理论,建立时频谱沿频率轴和时间轴的干涉条纹周期与声源距离和径向速度的关系,然后对接收信号时频谱进行二维傅里叶变换和多频带处理以估计上述干涉条纹周期,最后解算声源距离和径向速度。仿真和海试数据处理结果表明,相比于现有利用接收信号自相关的声源距离估计方法,该文利用时频谱二维傅里叶变换的声源定位方法具有较好的稳健性,比较适用于低信噪比条件下的声源被动定位。     

基于声源预估的波叠加组合全息声源识别方法

为解决声源识别中旁瓣效应等因素引起的虚假识别结果问题,提出了基于声源位置预估的波叠加组合全息算法。应用波束形成算法进行声源位置的预估,将预估声压峰值点作为假定声源点,通过波叠加原理建立方程组,利用声源强度求解结果构造完整全息平面,通过声全息方法重新计算重建面声压。进行了仿真和实验验证,经该算法重构后,波束形成算法产生的虚假声源处的声压得以明显降低。表明该算法可以抑制旁瓣效应等因素的影响,提高声源识别的准确率。      

楔形海域中三维效应对声源距离估计的影响分析*

楔形海域中声传播会出现显著的三维效应,导致水平方向上特定接收位置的声信号出现模态多次到达或者模态影区。利用射线模型,首先对楔形波导中的传播损失进行计算,分析三维效应的存在对于声波传播的影响, 结果表明,随着距离的增加,水平折射效应愈加明显,所得的三维结果与利用二维模型计算所得相差逐渐增大。然后对比二维声场和三维声场中的接收波形,并对其进行模态分离,证明在某些接收位置将会出现明显的模态多次到达或模态影区。最后通过匹配全波解以及分离出的各号简正波所对应的脉冲波形进行声源距离估计研究,并分析三维效应对于声源距离估计结果的影响。结果表明,由于三维效应的存在,使用三维模型能够得到准确估计声源距离,而利用二维模型进行估计得到的结果与实际距离相差较多,总体上偏大。     

用信号处理技术及传播理论还原雷声频谱

以往关于雷声的研究都限于观测点雷声频域范围的探讨, 由于噪音和衰减因素的影响, 观测点的雷声频谱有很大失真. 针对在兰州地区观测的一次雷暴过程中的雷声信号, 利用数字信号处理技术,由观测点处的雷声音频信号得到频率谱,并对雷声频谱进行噪音分析; 然后结合声音在大气中传播的衰减理论, 分析了不同大气环境对声吸收的影响, 并推算出了声源附近的雷声频率谱. 关键词： 雷声频谱 信号处理 传播理论 峰值频率     

声相(像)仪

正声相(像)仪(Sound imaging instrument)又名声学照相机(Acoustic camera),是中国科学院声学研究所自主研制的用眼睛"看"声音的成场成像分析系统,即"拍声音"。其典型应用是噪声源定位。传声器阵列声成像(Acoustic imaging)测量是将声像图与视频图像透明叠加,直观分析噪声状态,用于测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态,以声像图的颜色代表声音的强弱,帮助人们直观地认识声场、声波、声源,了解机器设备产生噪声的部位和原因。声成像质量的主要指标:图像的分辨率、成像速度、淅晰度、成像频率范围、畸变和虚像等。声相仪是一种高度集成的模块化便携仪器,以精确成     

面向目标的定向声辐射技术及其应用研究

面向目标的定向声辐射是指利用声源特性和阵列信号处理技术,将声波传送至目标方向或区域的声场控制方法。本文介绍了定向声辐射技术的原理和进展,重点阐述了普通扬声器阵列和参量阵扬声器这两种声源形式的理论、算法和应用研究。其中,针对扬声器阵列,主要分析了基于声能量对比度控制的声聚焦技术;针对参量阵扬声器,综述了利用非线性效应产生高指向性可听声的计算方法、信号预处理和应用等进展。面向目标的定向声辐射技术的研究对实现智能声场控制有着重要意义。