【摘要】：在室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境下對聲源進(jìn)行定位在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛的應(yīng)用場景,如小型會場、課堂教學(xué)、舞臺演出等。隨著陣列信號處理技術(shù)的發(fā)展,麥克風(fēng)陣列技術(shù)被應(yīng)用于聲源定位中,該方法通過對多路麥克風(fēng)的信號的處理運(yùn)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(dǎo)致定位誤差的產(chǎn)生。本文深入研究基于麥克風(fēng)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(jìn)行分析和改進(jìn),并設(shè)計(jì)一個具有較高抗噪聲和抗混響能力的麥克風(fēng)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(yīng)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(jìn)行研究。對信號的預(yù)處理進(jìn)行研究,針對語音信號的特性,研究信號預(yù)過濾、加窗分幀和端點(diǎn)檢測的方法和參數(shù)選擇,并對預(yù)處理過程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本論文系統(tǒng)地研究時延估計(jì)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(jìn)后的GCC-IMLPT算法,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證GCC-IMLPT算法的性能。研究基于時延估計(jì)的定位算法,通過比較,選擇計(jì)算量小、實(shí)時性能更好的球形插值法,并研究分析時延估計(jì)誤差及麥克風(fēng)數(shù)目和算法誤差之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位系統(tǒng),對麥克風(fēng)陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,確定麥克風(fēng)陣列的形狀及大小,并詳細(xì)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的各部分功能,對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行仿真分析及實(shí)際環(huán)境測試,驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能,并對系統(tǒng)的誤差進(jìn)行分析,提出下一步的改進(jìn)。
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(fēng)陣列來完成的，信號模型主要描述了麥克風(fēng)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(fēng)陣列和聲源距離的大小，可把信號傳輸模型分為遠(yuǎn)場模型和近場模型。當(dāng)聲源和麥克風(fēng)陣列之間的距離較大，一般采用遠(yuǎn)場模型。這時候，可以不再考慮不同麥克風(fēng)接收信號之間的方向角差異，因此將從聲源傳到麥克風(fēng)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(yuǎn)場模型下，只能計(jì)算聲源的方向，不能計(jì)算聲源距離。當(dāng)聲源與麥克風(fēng)的距離較近，聲源相對于各麥克風(fēng)的入射角會有較明顯差別，在此場景下，為得到更精準(zhǔn)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(fēng)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(fēng)收到的信號的入射角的不同。近場模型下，因?yàn)楂@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(fēng)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(dāng)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(yuǎn)，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(rèn)為麥克風(fēng)陣列收到的聲音信號由直達(dá)信號和環(huán)境噪聲構(gòu)成，
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN912.3

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本文編號：2604027