本文關鍵詞：基于沖擊聲的聲源物理屬性辨識及聲線索提取

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【摘要】：聲目標識別中，如何提取有效特征以提高識別率一直是研究的熱點。長期以來，研究者主要使用兩種方法提取特征，一種是基于信號處理和變換提取時域、頻域及非線性特征，另一種通過模擬聽覺系統(tǒng)的聽音過程提取響度、音調和音色等聽覺感知特征。這兩類特征雖然可以從不同角度對聲音給予描述，但并未建立與聲源的直接聯(lián)系，因此最終的識別對象只能是“聲音”而非“聲源”，從而影響了目標識別能力的提高。近年來，聲源的聽覺辨識問題受到研究者的關注，發(fā)展出一種新的特征提取方法，即提取與構成聲源的材料、尺寸和形狀等物理屬性有關的信息，由此獲得的特征具有更加明確的物理意義，對聲源的描述和分類也更加深入細致，從而有助于提高聲目標的自動識別能力。 本文針對聲源物理屬性辨識問題，圍繞聲源、聲信號及聽覺感知三者之間的聯(lián)系，以合成沖擊聲和主觀評價實驗為手段，模擬了聲源的受擊振動與聲輻射過程，給出了基于物理模型的時域沖擊聲合成方法，研究了聽覺系統(tǒng)辨識聲源材料和尺寸的性能，以及對聲信息的整合特性，最終獲得描述聲源物理屬性的恒定聲線索。論文主要內(nèi)容包括： （1）建立了球-板撞擊的時域模型，提出一種將時域有限差分法（FDTD）和模態(tài)展開法（MEM）相結合的時域混合方法，求解板的振動方程，解決了混合方法中的模態(tài)截斷和阻尼一致性問題，并對方法的高效性和有效性進行了仿真及實驗驗證。 （2）以復雜結構受擊振動響應的時域計算為目的，給出了結構模態(tài)阻尼的理論計算和實驗測量方法，提出一種基于有限元（FEM）、模態(tài)展開（MEM）和邊界元（BEM）的綜合數(shù)值方法用于聲音合成。實驗結果表明，合成聲與實際錄音的時域包絡、頻譜結構以及衰減趨勢基本一致，從而驗證了該方法的有效性。 （3）設計和完成了一系列主觀評價實驗，研究了聽覺系統(tǒng)辨識聲源物理屬性的能力。首先研究了現(xiàn)場聲、錄音和合成聲下的材料辨識結果；其次分析了尺寸和邊界條件變化對材料辨識的影響；最后研究了合成聲和錄音下平板尺寸的辨識水平。 （4）設計了沖擊聲連續(xù)統(tǒng)模型，通過在鋁、玻璃和木材三種材料之間進行插值的方法，產(chǎn)生了材料連續(xù)變化的沖擊聲序列。利用不相似性評價實驗和多維尺度分析，獲得了材料辨識的感知空間，并對感知空間維度進行了物理解釋。分別從時域、頻域和聽覺感知角度提取出一系列聲特征，給出了特征的信息精確度和感知權重的計算方法，從而分別從客觀和主觀兩種角度量化了聲特征描述材料變化的能力，并分析了信息精確度和感知權重在材料自動識別中所起的作用，，最終獲得聲源材料感知中的聲信息整合策略。 （5）利用鋁和木材的合成沖擊聲，研究了受擊板的尺寸感知空間維度，獲得了尺寸的力學參數(shù)表征。通過對比不同聲特征的信息精確度和感知權重，給出了尺寸辨識的可靠聲線索，并分析了聽者的尺寸感知策略。 （6）對復雜結構的材料辨識展開研究，通過對比平板、加筋平板和圓柱殼的特征精確度計算結果，給出了不受聲源類型影響的辨識材料的恒定聲線索。綜合信息精確度和感知權重的計算結果表明：聽覺感知中，聽者善于利用與材料有關的恒定聲線索來完成感知任務，而忽略那些容易受聲源類型和其它聲源物理屬性影響的聲信息。
【關鍵詞】：聲源辨識 特征提取 沖擊聲合成 主觀評價
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN912.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 符號說明8-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 聲信號特征提取的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀13-16
• 1.1.1 時頻域特征提取方法13-15
• 1.1.2 基于聽覺感知的特征提取15-16
• 1.1.3 基于聲源物理屬性的特征提取16
• 1.2 聲源物理屬性辨識的研究進展16-21
• 1.2.1 聲源辨識的研究內(nèi)容17
• 1.2.2 沖擊聲的合成方法17-19
• 1.2.3 人類辨識聲源物理屬性的能力19
• 1.2.4 聲源辨識的聲線索提取19-21
• 1.3 本論文研究內(nèi)容21-24
• 第二章 基于物理模型的沖擊聲合成方法24-44
• 2.1 阻尼受擊板的時域建模及聲音合成24-36
• 2.1.1 球-板碰撞模型25-26
• 2.1.2 板振動的時域求解方法26-28
• 2.1.3 數(shù)值計算及結果對比28-34
• 2.1.4 實驗驗證34-36
• 2.2 復雜結構的沖擊聲合成36-42
• 2.2.1 FEA-MEM-BEM 聲音合成方法36-37
• 2.2.2 模態(tài)阻尼的獲取37-38
• 2.2.3 受擊板的時域仿真對比38-41
• 2.2.4 圓柱殼沖擊聲的實驗驗證41-42
• 2.3 本章小結42-44
• 第三章 沖擊聲連續(xù)統(tǒng)的建立及在材料辨識中的應用44-58
• 3.1 聲連續(xù)統(tǒng)的建模及感知驗證44-48
• 3.1.1 虛擬材料參數(shù)的計算方法45-46
• 3.1.2 材料控制策略的感知評估46-48
• 3.2 合成聲在材料辨識中的應用48-57
• 3.2.1 主觀實驗中的聲刺激48-51
• 3.2.2 不同聲刺激對材料辨識率的影響51-53
• 3.2.3 物理機理分析53-56
• 3.2.4 實驗結果分析56-57
• 3.3 本章小結57-58
• 第四章 聽覺系統(tǒng)辨識平板材料和尺寸的能力58-71
• 4.1 板邊界條件對材料辨識的影響58-67
• 4.1.1 數(shù)值計算中邊界條件的近似處理59-60
• 4.1.2 材料和邊界條件共同變化時對沖擊聲的主觀評價實驗60-63
• 4.1.3 不同邊界條件下的材料辨識實驗63-67
• 4.1.4 實驗結果分析67
• 4.2 板尺寸變化對材料辨識的影響67-69
• 4.3 阻尼受擊板的尺寸辨識實驗69
• 4.4 本章小結69-71
• 第五章 辨識平板材料的聲線索及聲信息整合71-92
• 5.1 沖擊聲的特征提取72-77
• 5.1.1 時域特征72-74
• 5.1.2 頻域特征74
• 5.1.3 聽覺感知特征74-77
• 5.2 材料辨識的力學參數(shù)表征77-81
• 5.2.1 聲連續(xù)統(tǒng)的不相似性評價實驗78-80
• 5.2.2 感知空間維度的物理解釋80-81
• 5.3 聲特征描述聲源材料變化的信息精確度81-82
• 5.4 材料辨識中聲特征的感知權重82-85
• 5.4.1 基于感知空間維度的感知權重量化方法82-84
• 5.4.2 基于不相似度的感知權重量化方法84-85
• 5.5 信息精確度和感知權重對材料自動識別率的影響85-90
• 5.5.1 自動識別過程86-87
• 5.5.2 信息精確度對識別率的影響87-89
• 5.5.3 感知權重對識別率的影響89-90
• 5.6 本章小結90-92
• 第六章 辨識平板尺寸的聲線索及聲信息整合92-100
• 6.1 特征描述板尺寸變化的信息精確度92-95
• 6.1.1 尺寸不相似性的主觀評價實驗92-94
• 6.1.2 辨識尺寸的力學維度94-95
• 6.1.3 信息精確度95
• 6.2 材料變化對尺寸辨識的影響95-97
• 6.3 辨識尺寸的聲線索及在感知中所起的作用97-98
• 6.4 本章小結98-100
• 第七章 復雜結構的材料辨識及恒定聲線索提取100-115
• 7.1 基于 VIRTUALLAB和 ANSYS 的復雜結構沖擊聲合成100-103
• 7.2 復雜結構材料辨識的力學參數(shù)表征103-106
• 7.2.1 不相似性評價實驗及分析103-104
• 7.2.2 加筋平板的材料力學維度104-105
• 7.2.3 圓柱殼的材料力學維度105-106
• 7.3 復雜結構下特征的信息精確度和感知權重106-108
• 7.3.1 加筋平板106-107
• 7.3.2 圓柱殼107-108
• 7.4 辨識復雜結構材料的恒定聲線索及聽覺感知策略108-113
• 7.4.1 恒定聲線索提取108-111
• 7.4.2 聽覺感知策略111-113
• 7.5 本章小結113-115
• 第八章 全文總結115-119
• 8.1 論文工作總結115-116
• 8.2 主要創(chuàng)新點116-117
• 8.3 進一步的工作117-119
• 參考文獻119-127
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況127-129
• 一 發(fā)表論文127-128
• 二 參加科研情況128-129
• 致謝129-130

【參考文獻】

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本文編號：935530