【摘要】：傳聲器陣列配合合理的算法可以完成聲源定位、語音增強(qiáng)和聲場分析等功能,在聲信號(hào)處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。傳聲器陣列需要處理的音頻信號(hào)等效帶寬高,且陣列尺度往往顯著受制于硬件系統(tǒng);陣列所處的聲學(xué)環(huán)境中,混響、散射以及環(huán)境噪聲的干擾無處不在;陣列所使用的傳聲器單元自噪聲和非一致性一般也不可忽略。這些不利因素給傳聲器陣列的應(yīng)用帶來了極大挑戰(zhàn)。如何提升陣列系統(tǒng)的魯棒性,改善系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的性能,是很有意義的研究課題。本論文圍繞陣列系統(tǒng)的魯棒性展開研究,重點(diǎn)關(guān)注基于傳聲器陣列的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):波束形成、聲源定位以及盲信號(hào)分離。常用的波束優(yōu)化算法多關(guān)注于抑制與聲源不同方向的噪聲,而不能有效地抑制與聲源同方向的噪聲。本文在典型的固定波束算法中引入約束條件,實(shí)現(xiàn)有距離辨識(shí)度的波束設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)一步考慮傳聲器單元的特征誤差,提出了魯棒性寬帶優(yōu)化方法。通過仿真和實(shí)驗(yàn),對(duì)比了改進(jìn)優(yōu)化算法的性能。傳聲器陣列近場的散射體會(huì)對(duì)陣列性能帶來影響。本文針對(duì)最常見的線性陣列建立了一個(gè)近場散射模型,其中散射體被假設(shè)為一個(gè)剛性球,而陣列的入射信號(hào)除了使用遠(yuǎn)場平面波和和近場點(diǎn)聲源模型,還使用了一個(gè)更加合理的人頭聲源模型。使用時(shí)域仿真的方法,研究散射對(duì)聲波傳播的影響,進(jìn)而分析了近場散射對(duì)兩種典型波束——延時(shí)求和波束和超指向性波束——的影響。使用具備不同參數(shù)特性的傳聲器陣列和剛性球組合進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)地分析了近場散射對(duì)線性陣列波束的影響。對(duì)聲源定位的應(yīng)用而言,球陣列因其在三維空間定向結(jié)果的唯一性,是集總陣列的最有效模型。本文在球諧域提出了一種基于最大似然估計(jì)的多聲源定位算法。為了提高計(jì)算效率,在球諧域使用順序迭代搜索算法搜索代價(jià)函數(shù)的最大值。本文提出的算法避免了球貝塞爾函數(shù)的除法,同時(shí)適用于剛性球和空心球陣列。仿真結(jié)果顯示該算法相比于頻率平滑后的多重信號(hào)分類定位算法具有顯著的優(yōu)勢。在視聽室和混響室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了提出算法的有效性。本文還對(duì)基于頻域獨(dú)立成分分析的盲信號(hào)分離算法展開了系統(tǒng)的分析,對(duì)比了常用排序算法的性能,并提出了一種結(jié)合到達(dá)時(shí)間差和頻率相關(guān)性的魯棒性排序方法。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并完善了了一種基于塊處理的實(shí)時(shí)盲信號(hào)分離系統(tǒng)。通過兩單元傳聲器陣列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整體系統(tǒng)的魯棒性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN641
【圖文】：

陣列指向特性的條件下，最小化陣列輸出的總能量［２］。ＧＳＣ作為ＬＣＭＶ波束的逡逑另一種實(shí)現(xiàn)形式，將帶約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束的優(yōu)化問題，結(jié)構(gòu)簡單、易逡逑于實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于各種陣列信號(hào)處理中。頻域ＧＳＣ結(jié)構(gòu)框圖如圖１．１所示，逡逑其中ＦＢＦ為固定波束形成器，用來生成期望輸出信號(hào)；ＢＭ為阻塞矩陣，用來生逡逑成噪聲參考信號(hào)；通過一個(gè)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，消除期望輸出信號(hào)中與噪聲參考信號(hào)相逡逑關(guān)的部分［７］。使用標(biāo)準(zhǔn)的ＧＳＣ結(jié)構(gòu)時(shí)，由于房間混響、傳聲器失配以及聲源方逡逑位誤差等，噪聲參考信號(hào)中可能泄漏期望語音信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致期望信號(hào)的衰減與逡逑失真。為了解決這一問題，很多學(xué)者提出了不同的改進(jìn)算法，如使用帶系數(shù)約束逡逑的自適應(yīng)阻塞矩陣［１６］，阻塞矩陣的設(shè)計(jì)與相對(duì)傳遞函數(shù)結(jié)合的方法［１７－１８］等。逡逑這些方法在實(shí)際應(yīng)用中，常依賴于語音活躍度檢測（ＶＡＤ）的準(zhǔn)確性，性能受到逡逑限制。Ｋｅｌｌｅｒｍａｎｎ等使用盲信號(hào)分離（ＢＳＳ）的方法來設(shè)計(jì)阻塞矩陣

邐系統(tǒng)Ｗ逡逑圖１．２邋ＢＳＳ系統(tǒng)框圖（２入２出）逡逑圖１．２給出了邋２入２出的ＢＳＳ系統(tǒng)框圖。ＢＳＳ系統(tǒng)的復(fù)雜度，與聲源信號(hào)的逡逑混合模型假設(shè)有關(guān)。聲源信號(hào)的混合方式有三種：瞬時(shí)混合、無回聲混合以及卷逡逑積混合［４３］。瞬時(shí)混合的觀測信號(hào)是源信號(hào)的線性組合，無回聲混合的觀測信號(hào)逡逑是加入延時(shí)后的源信號(hào)的線性組合。這兩種混合方式較為簡單，可以通過主分量逡逑６逡逑

南京大學(xué)博士學(xué)位論文在歸一化頻率處的陣列響應(yīng)為逡逑／／0。，ｒ、）邋＝邋ＷＨ邋0。）ｇ（叫，ｒｖ），Ｗ（ｆｔｊＱ）是傳聲器陣列在頻率為咖時(shí)的；Ｖｘｌ維復(fù)數(shù)權(quán)重，（＿）Ｈ表向向量定義為：逡逑，ｒｖ）＝邋－＾ｅ邋ｃ邐ｃ邋，…，ｃ－尺以邐＾ｓｎ邐＾ｓＮ邐＿逡逑＝Ｍ是從聚焦點(diǎn)到陣列中心的距離，ｉ？ＯＴ＝邋｜ｒ，－ｒ？｜是從信號(hào)源到距離，ｃ是聲速（ｃ邋＝邋３４０ｒａ／ｓ），／，是采樣頻率，（0Ｔ表示轉(zhuǎn)置。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 蔡野鋒;邱小軍;楊軍;;基于時(shí)間反轉(zhuǎn)的復(fù)雜聲場拾聲傳聲器陣列性能研究[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

2 唐建生,孫超,楊益新;時(shí)域?qū)拵Ш愣ㄊ鴮挷ㄊ纬傻膶?shí)驗(yàn)研究[J];應(yīng)用聲學(xué);2005年04期

本文編號(hào)：2764539