一阶指向可调差分阵列的前后向比分析与优化设计

一阶指向可调差分传声器阵列具有尺寸小、主瓣指向灵活可调、以及阵列响应不随频率变化等优点,因而在音频处理领域得到了重要关注。但差分传声器阵列对阵元失配误差较为敏感,在实际设计中需要予以考虑。前后向比直接反映了传声器阵列对后向噪声干扰的抑制程度,是差分传声器阵列设计中的重要指标。本文从理论上深入剖析了失配误差对一阶指向可调差分传声器阵列前后向比性能的影响,揭示了其中蕴含的规律。在此基础上,针对实际中同时存在随机失配误差情况,提出了一种最差性能优化设计方法。仿真实验和实测实验验证了本文理论分析的正确性和所提优化设计方法的有效性。      

采用球谐分解的二范数广义逆波束形成

基于传声器阵列的声成像技术是解决噪声源识别的有效途径之一.该文提出了一种基于球谐分解的L2范数广义逆波束形成算法,并对此算法在分布式球形阵列布放方案下进行了定位精度及鲁棒性的对比分析研究.仿真结果显示,此算法对低频相干声源具有较高的空间定位精确度,且阵元位置误差对此算法性能的影响有限.通过在半消声室进行实验进一步证明了...     

单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法

为了重构非自由声场中目标声源的声场响应,提出单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法.以球面波函数为基函数,建立由系列球面波函数叠加表达的声场数学模型.基于近场声全息原理,利用单层传声器阵列面上空间重采样形成的两组声压测量信号,求解基函数系数,并重构出传声器阵列两侧声源各自的声场响应,实现声波分离.使用脉动球和振动球共同作用的非自由声场,检验了数学模型以及传声器信号信噪比、传声器阵列形状和面积、声源中心位置、频率等关键参数对声波分离精度的影响,并在全消声室内进行了实验验证.最后,对单层传声器阵列重采样的声波分离方法的实施给出了建议.     

二维传声器阵列测量技术及其对飞机进场着陆过程噪声的实验研究

发展了一种由１１１个传声器组成的Ｍ维平面传声器阵列测量技术,１１１个传声器在平面阵列中的位置应用随机优化的方法确定,从而保证平面传声器阵列在感兴趣的测量频率范围内具有理想的性能,并应用数值模拟的方法检验了平面传声器阵列的频谱特性．应用此平面传声器阵列对当前流行的民用客机进场着陆过程中飞机噪声源进行了测量分析,实验结果表明应用此项技术可以辨别出在飞机表面上所有重要的噪声源,并可获得全尺寸飞机机体重要噪声源的详细的频谱特性、指向特性和声级变化．     

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。     

基于声传播算子的声源定位实验模拟方法研究

声传播算子是一种高效的时域声场计算方法,它能够很方便地计算出给定系统参数下任意时刻任意位置的声场变化情况,本文采用这种方法计算所得的二维房间声场信息进行传声器阵列的声源定位仿真实验。计算结果表明,用该方法获取的阵列数据能有效地应用于阵列信号处理算法中,准确地估计出初始高斯脉冲声源的方向。声传播算子声场计算方法能为传声器阵列声源定位的实验提供方便,使得传声器阵列声源定位算法在不同混响时间的鲁棒性实验研究变得更加简捷。     

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。      

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。     

球面近场声全息中的阵列传声器分布与球面数值积分

球形传声器阵列是实现封闭空间三维声场重构的测量前端,传声器在球形阵列面上的分布对三维声场重构的精度有重要影响。针对球面近场声全息方法,结合I.H.Sloan,Spherical t-designs,J.Fliege等球面数值积分法,检验传声器数目、传声器几何位置分布、积分权重、波数、基函数扩展项数、声场重构半径等参数对声场重构精度的影响。结果表明:Spherical t-designs球面数值积分法与其它积分法相比,在声场重构误差接近的情形下,允许传声器的数目和位置布置有更多的选择,并且在传声器数目一定时,各点积分权重相等,使得球面近场声全息中球面数值积分计算相对简单。     

A miniaturized adaptive microphone array under directional constraint utilizing aggregated microphones

This paper introduces a miniaturized microphone array using the Directionally Constrained Minimization of Power (DCMP) method, which utilizes the transfer functions of microphones located at the same place, namely aggregated microphones. The phased microphone array realizes a noise reduction and direction of arrival (DOA) estimation system according to differences in the arrival time, phase shift, and/or the level of the sound wave for each microphone. Hence it is difficult to miniaturize the microphone array. The objective of our research is to miniaturize the system size using aggregated microphones. In this paper, we first show that the phased microphone array system and the proposed aggregated microphone system can be described within the same framework. We then apply a microphone array under directional constraint to the aggregated microphones and compare the proposed method with the microphone array. We show the directional pattern of the aggregated microphones. We also show the experimental results regarding DOA estimation.     

Robust tracking of moving sound source using multiple model Kalman filter

In this paper a novel method for tracking an active speaker in a noisy and reverberant environment by means of a spatially distributed microphone array is presented. Firstly, a sound source localization algorithm based on time delays of arrival (TDOA) in microphone pairs provides observed position estimates. Then these remarkably noisy estimates are filtered by a multiple model Kalman filter (MMKF) in order to obtain a smoothed trajectory of the speaker’s movement. Compared with the traditional Kalman filter (KF), simulated results prove the MMKF is more robust and effective in noisy environments.     

基于蒙特卡罗法的实时空间三维声源定位

构建了一个基于四个声音传感器的信号时延采集系统,根据采集系统得到的三个时间差和传感器的响应顺序,提出了一种基于蒙特卡罗法实时空间的三维声源定位算法.该算法通过三维声音定位的非线性方程,构建一个三维模函数,通过寻找空间全局收敛点,并根据公差容限进行变步长搜索,准确快速地计算出声源的位置.     

基于自适应加权约束最小二乘法的麦克风阵列稳健频率不变波束形成算法

为了解决麦克风阵列通道失配时波束形成算法的稳健性问题, 提出一种基于自适应加权约束最小二乘法的麦克风阵列稳健频率不变波束形成算法. 该算法在分析无通道失配和通道失配时阵列模型特点基础上, 深入研究了通道失配时约束最小二乘频率不变波束形成算法存在的问题及其产生的原因; 将麦克风特性的概率密度函数作为稳健因子加入到约束最小二乘频率不变波束形成算法后, 其频率不变性的稳健性得到了一定的提高, 但稳健性仍较差. 为了进一步提高约束最小二乘法频率不变波束形成算法的稳键性, 通过定义代价函数中控制频率不变性的动态加权系数来调节旁瓣频谱能量, 大大提高了频率不变波束形成算法的稳键性, 将频率不变的频带范围内同一到达角度上不同频率所形成的阵列响应的最大值与最小值之比定义为波动误差, 并作为比较本文算法与约束最小二乘稳健波束形成算法和minmax稳健波束形成算法在通道失配时频率不变性稳键性的评价指标. 算法实例验证结果表明, 在麦克风阵列通道失配时, 本文算法的波动误差最小、频率不变波束形成稳健性最好, 而且适用于任意结构的阵列.     

Accelerated steered response power method for sound source localization using orthogonal linear array

In microphone arrays application, it is a difficult task to accurately and fast localize sound source in a noisy, reverberant environment. In order to solve this problem, many approaches have been presented. Among them, the steered response power-phase transform weighted (SRP–PHAT) source localization algorithm has been proved robust. However, SRP–PHAT requires high computation cost for searching a large location space. To overcome this shortcoming, an improved SRP–PHAT will be presented that reduces a two-dimension searching space into a couple of one-dimension ones by using an orthogonal linear array. In this method, the parameters of direction of arrival (DOA) are separated. The main computation can be carried out independently in two one-dimension spaces, thus the computational load will be greatly cut down. Simulations show that there is no loss in accuracy in the proposed method.     

采用分布式球形阵列的球谐波域声场分离方法

为从测得的混合声场信号中提取出需要的目标声场,提出一种基于分布式球形传声器阵列的声场分离方法。该方法依据声场的球谐波分解,利用阵列各传声器采集到的声场声压信号,获得目标声场与干扰声场的球谐波展开系数,进而估计目标声场。该方法利用声场以不同中心展开的球谐波系数之间的变换关系,直接建立传声器测量声压信号与整体坐标系下声场展开系数的方程,与传统的分布式球形阵列声场分离方法,即先求解局部坐标系下声场展开系数,再变换为整体展开系数的方法,进行比较。分别通过数值仿真和实验说明了提出方法的有效性。结果表明:该方法能够从混合声场中较准确地估计出目标声场,并且在干扰声场能量增大时,保持了较小的声场估计误差,相比于传统方法误差增加更少。     

强多途环境下水听器阵列位置近场有源校正方法

针对水听器阵列近场强多途环境下的校正需求, 提出了一种高精度的多辅助源阵列位置校正方法.综合近场点源非平面波模型和泰勒近似原理, 构建了近场阵元位置二维误差模型, 进而获得信号特征向量与阵元位置误差的线性映射关系.推导并计算了校正模型的克拉美罗界(CRB).研究了多途对阵元位置校正的影响, 将多途干扰视为位置已知的相干源, 提出了多途补偿策略.理论及仿真结果表明, 近场多辅助源阵列位置校正方法具有较高的精度, 在低信噪比时接近CRB, 对于辅助源位置等误差具有一定的容忍度, 且适用于强多途环境.湖试验证了方法结论的正确性.