【摘要】：在室內(nèi)聲學環(huán)境下對聲源進行定位在現(xiàn)實生活中有廣泛的應用場景,如小型會場、課堂教學、舞臺演出等。隨著陣列信號處理技術(shù)的發(fā)展,麥克風陣列技術(shù)被應用于聲源定位中,該方法通過對多路麥克風的信號的處理運算來確定聲源的空間位置。但是在室內(nèi)環(huán)境下,環(huán)境噪聲及混響的影響,會導致定位誤差的產(chǎn)生。本文深入研究基于麥克風陣列的聲源定位方法,并針對現(xiàn)有方法在高噪聲和高混響情況下定位誤差大的問題,對定位方法進行分析和改進,并設計一個具有較高抗噪聲和抗混響能力的麥克風陣列聲源定位系統(tǒng)。本課題主要做了以下幾個方面的工作。通過對聲源定位方法的比較,本課題選用基于TDOA的聲源定位方法作為研究方案。分析聲源定位的信號處理模型,針對室內(nèi)應用場景,通過比較,選擇合適的空間模型和信號模型,對室內(nèi)混響進行研究。對信號的預處理進行研究,針對語音信號的特性,研究信號預過濾、加窗分幀和端點檢測的方法和參數(shù)選擇,并對預處理過程進行實現(xiàn)。本論文系統(tǒng)地研究時延估計的算法,介紹GCC-MLPT算法,并分析其算法缺陷,針對其不足提出對其改進后的GCC-IMLPT算法,并通過仿真實驗驗證GCC-IMLPT算法的性能。研究基于時延估計的定位算法,通過比較,選擇計算量小、實時性能更好的球形插值法,并研究分析時延估計誤差及麥克風數(shù)目和算法誤差之間的關(guān)系。設計基于麥克風陣列的聲源定位系統(tǒng),對麥克風陣列的拓撲結(jié)構(gòu)進行研究,確定麥克風陣列的形狀及大小,并詳細設計該系統(tǒng)的各部分功能,對該系統(tǒng)的性能進行仿真分析及實際環(huán)境測試,驗證該系統(tǒng)的性能,并對系統(tǒng)的誤差進行分析,提出下一步的改進。
【圖文】：

杭州電子科技大學碩士學位論文聲源定位的第一步是對聲源信號的采集，而這一步是由麥克風陣列來完成的，信號模型主要描述了麥克風陣列和聲源之間的關(guān)系。因此，構(gòu)建合理的信號模型對之后定位起著十分重要的作用。根據(jù)麥克風陣列和聲源距離的大小，可把信號傳輸模型分為遠場模型和近場模型。當聲源和麥克風陣列之間的距離較大，一般采用遠場模型。這時候，可以不再考慮不同麥克風接收信號之間的方向角差異，因此將從聲源傳到麥克風陣列的聲音信號看作是平面波，這種情況下，通常不需要考慮接收信號之間的幅度差值。遠場模型下，只能計算聲源的方向，不能計算聲源距離。當聲源與麥克風的距離較近，聲源相對于各麥克風的入射角會有較明顯差別，在此場景下，為得到更精準的聲源位置，需要采用包含更多位置信息的近場模型[26]。近場模型下，麥克風陣列接收到的聲波被視為球面波，這種情況考慮了不同麥克風收到的信號的入射角的不同。近場模型下，因為獲得了更多的位置信息，所以不僅能夠測量聲源的方向，還可以測量聲源與麥克風之間的距離，獲得更高的定位精度。

圖 2.2 球面聲源示意圖聲源為中心的球體，當球面發(fā)生振動，會向球的四周均勻的發(fā)射球面波。動球源輻射的聲壓可由式(2.2 表示：( )0| |( )j t krAp e r rr 中，20 020| |1 ( )ckrAkr 0 arctan(1 kr)公式可以看出，聲波在均勻介質(zhì)中傳播的過程中，傳播的距離越遠，聲波幅值重，聲音的傳播距離和聲波幅值之間成反比例關(guān)系。建信號模型理想環(huán)境下，認為麥克風陣列收到的聲音信號由直達信號和環(huán)境噪聲構(gòu)成，
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN912.3

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本文編號：2604027