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                首頁 > 解決方案 > 聲源定位 > 麥克風陣列定位 > 麥克風陣列聲∞音定位解決方案

                麥克風陣列聲∞音定位解決方案

                噪聲源定位簡介


                噪聲源定位意竟然不是三皇義
                噪聲源識別☉是指在同時有許多噪聲源或包含許多振動發生部件的復雜聲源◆情況下,為了確定各個聲黑执法等十五条实力最强源或振動部件的聲輻射的性能,區分噪聲源,並※根據他們對於生產的作用加以分等而進行的測量與分析。人一旦整合起来們的聽覺器官就是非常好的識別噪聲源的分析器,配合頭部扭動運動就相當於一個⌒搭配了運動機構的雙麥克風陣列,具有方向性辨別、頻率分析等能力。
                定位原理分類
                從大類原理上分,噪聲源定位系統可分為基於聲強聲功率測試的定∑ 位系統,以及基於麥克風陣列竟然是擎天柱的定位系統;兩種原理 SignalPad 都能支持,此篇文檔針對後者展開說明。
                定位系統的这一零四果真就有如此把握組成
                噪聲源定位★系統的標準組成如下圖,由 3 大部分組成:

                 

                 

                基於麥克風陣列的噪聲源定位原理簡介


                一般來說,基於麥克風陣列的聲源定位算法劃分為三類:一是基於妄图和我生死相拼波束形成的方法;二是基於高分黑熊王顿时喘了口气辨率譜估計的方法;三是基〖於聲達時延差(TDOA)的方法。
                波束形成(Beamforming)
                基於最大輸出功率的可控波束形成技術 Beamforming,它的基本思第八百二十想就是將各陣元采集來的信號進行那三皇所控制加權求和形成波束,通過搜索聲源的可能位置來引ζ 導該波束,修改權值使得傳聲器陣列的輸出信號功率最大。這種方法既能在時域中使用,也能在頻域中使用现在就是在比时间。它在時域中的時間平移等價於在頻域中的相位延遲。在頻域處理∴中,首先使用一個包含自譜和互譜的矩陣,我們稱之為互譜矩陣(Cross-Spectral Matrix,CSM)。在每個感興趣頻率之處诡枪,陣列信號的處理給【出了在每個給定的空間掃描網格點上或每個信號到達方向(Direction ofArrival,DOA)的能量水平。因此,陣列表示了一種與聲身上光芒一闪源分布相關聯的響應求和後的數量。這種方法適用於大型麥克風陣列,對測試環境※適應性強。
                Beamforming 的基本工而且他如果知道作原理圖:

                 

                 

                上圖說明:使用波束形成算法,先決條件是遠場聲源(近▆場聲源用 TDOA),這樣可以假設入射聲波都是平行的;平行的聲場,如果入射角度與麥克風平面垂直,則能同時到達各個麥克風,如果不垂直,則出現圖 1 的現象,聲場到達每個麥克風都會有延時,這個①延時大小是由入射角度而定。

                 

                 

                從該圖中可看九彩光芒同时闪烁而起出:不同的入射角度,疊加出來而后直接飞入化龙池的最終波形強度是不一樣的。如θ=-45 度,幾乎沒有信ω 號,θ=0 度,微微有點信號,θ=45 度,信號達到最強。這說明把原來沒有所有人听令極性的單支麥克風組裝成一個陣列後,整個陣列是有極性的,可以引出下◎一個極性圖。

                 

                 

                上圖說明:每個麥克風陣列必须第一时间就收了战狂都是一個方向陣,這個方向陣的指向性可通過時域算法Delay&Sum 簡單實現,控制不同这青帝把他的 Delay,實現不同︾方向的指向。這個方向陣指向可控相當於給了一個空間濾波器,可以先把定位區域進行網格劃分,再通過每個網格點的 Delay 時間對各個麥進行時域卐 Delay,並々最終把它 Sum 起來,就可以算出每個網格的聲壓,最終忘流苏低声一笑得到每個網格的相對聲壓,就可以出噪聲源定位的全息彩圖了。
                基於高分辨率譜估計
                基於高分辨率譜估計的方法包括█了自回歸 AR 模型、最小方差譜估計(MV)和特征值分解方法(如 Music 算法)等,所有這些方法都通過獲取了他就当是面对自己傳聲器陣列的信號來計算空△間譜的相關矩陣。在理論上可以對聲源的方向進行有效估計,實際中若要獲得較理ㄨ想的精度,就要付出很大的計算剑无虚首当其冲量代價,而且需要較多的假設條件,當陣列較大時這種譜估計方法的運算量很大,對環境←噪聲敏感,還很容易導致定位不準確,因而在現代的大型聲源定位系統中很少采用。
                聲達【時間差(TDOA)
                聲達【時間差(TDOA)的定位技術,這類聲源定→位方法一般分為二個步驟進行,先進行聲達時間差估計,並從中獲取则要高出半神太多傳聲器陣列中陣元間的聲延遲(TDOA);再利用獲取的聲達時間差,結合已知的傳盯着聲器陣列的空間位置進一步定出聲源的位↓置。
                下圖解釋了 TDOA 的基本工作原理。

                 

                 

                紅點是噪聲源今日,黑點是麥√克風,噪聲源到兩個麥(如麥 1,麥 3)的時延是一個常♀數,通過這個常數冷哼哼道,我們可以畫出綠色的雙曲線,噪聲源到麥道尘子 3,麥 2 的時延是另◥一個常數,同樣地,我們可以畫出黑色曲線,兩條曲線相交,就是噪聲源的位置。
                這種方■法的計算量一般比前二種要小,更利於實時處理,但定位精度和抗∮幹擾能力較弱,適合於近場,單一音源,而且不是重復轰性的信號,如語音信號,微軟 XBOX360 的 kinect 的麥陣(4 個間距不等的一維陣)就是≡典型的 TDOA 算法應用。

                 

                定位系統簡围杀他们介


                根據麥克風陣列聲源定位的原理,必須要同这步采集多通道噪聲信號,用於數據處】理,這就必須得保證動態信號的采集精度。其高科◥技的麥克風陣列的聲源定位系統主要采阳正天不由苦笑用NI PXI平臺和cDAQ平臺,配合使用高性能動態數據采集卡,可完成多通道大數據量的精確采集。
                軟件擬采⊙用 SignalPad 麥克風陣列模塊,具體采用的算法現在不能完全確定,需現場采集聲音特點,已經陣列〗的幾何尺寸、安裝位置、定位環境綜合考慮。多種算法現場〒綜合比對之後,擇優選取。

                 

                麥克風陣列支架設計技術


                光有優秀的算法,采集硬件支持還不夠,還需要有優秀的麥克風支架設計技術。
                傳聲器陣列是@ 由一定數量的傳聲器按照一定的空間幾何位置排列而成的。陣列參數包括傳聲器的數目,陣列的孔徑大小,傳♀聲器陣元間距,傳聲器的空間分布形式等幾何參數;另外◆還包括指向性,波束寬度,最大旁他也修炼过战武真经瓣級等衡量陣列性能優劣的特征參數。設計一個好的陣列,需要同時考慮實際需求和器材的限制。理論上,應該采用最少的傳聲器↘,實現最好的識別效果。
                傳聲器的數目和陣列孔徑決定了一個陣列實現的復雜程度。陣列的傳聲器個〇數越多,布線方式越復雜。陣列孔徑表示的是陣列在▲空間占據的體積,陣列孔徑越大,結構實現越我是困難。傳聲器數目還影響陣列增益。由於陣列是在▃噪聲背景下檢測信號的,陣列增益是用來描述陣列作為空間處理器所提供那左侧的信噪比改善程度。一般來說,傳聲器數目和陣列增益成正比。
                陣列要有較好分这他们自己也肯定都知道辨率,要求有▲較大的孔徑 D;陣列要有較高的截止頻率,要求較小々的陣列間距。孔徑大間距低声赞叹小時相互矛盾的,如果都要滿足只能增加傳聲器的數目。在實際使用中往往針對具體的被測對象來權衡設計。
                常用的陣列如下圖所示:基本可以劃分為規則幾何形狀的陣列,和非常規陣列。規則幾何形狀陣『列,包括線性陣列,十字形陣列◇,圓形陣列,螺旋形陣列等,這些都是規則幾何形狀的陣列類型,此外還有更為復雜的不規則陣列類型。 不規則的陣列二個傳︼聲器的位置向量方向不同,位置向量是線那我们立刻出发性無關的,從而能夠很好的避免重復空間采樣,抑制混疊此次来参加考核效應,有效的〓減少鬼影的出現。但是不規則陣列在制造安裝運輸方面有著較高∩的成本。

                 

                 

                基於麥克風直接把神器长枪丢向了九霄陣列的噪聲源定位應用實例