基于广义互相关时延估计(TDOA)算法的声源定位跟踪系统设计与实现

为实现在二维平面内对声源进行实时定位和动态跟踪,运用时延估计(TDOA)互相关算法设计一种原声监听头阵列的CC-TDOA声源定位跟踪系统,实现对多个原声监听头进行同步采样,再进行信号放大及运算处理,运用LCD屏实时显示目标声源的距离和方位角度,同时运用二维云台控制激光笔对准声源,并持续动态跟踪声源。模拟仿真及真实环境实验测试表明,采用基于到达时间差的互相关定位算法,计算量小,精度较高,测试角度误差小于2o,距离误差小于1.2%,可以满足多种智能应用场合中声源实时定位与跟踪的要求。

广义高斯分布的卷积传递函数多通道非负矩阵分解

基于卷积传递函数的多通道非负矩阵分解(CTF-MNMF)在长混响环境的盲源分离中取得了较好的性能,但该算法的分离性能依然受到声源模型的限制。因此提出了基于广义高斯分布(GGD)的CTF-MNMF算法,通过将域参数引入NMF中并利用广义非负矩阵分解(GNMF)建模GGD的非负尺度因子,提高了声源模型捕捉信号离群值的鲁棒性,进而提高了声源估计的准确性。采用基于辅助函数的优化策略给出分离矩阵和非负矩阵参数的更新公式。仿真结果表明所提算法在语音和音乐两种信号的分离实验中均取得了比GGD-ILRMA、WPE-ILRMA和CTF-MNMF更好的分离性能。

空间自适应的被动声源定位系统的设计

传统的声源定位技术分为时延估计和空间定位两步,本文将几种经典的时延估计和空间定位方法加以整合与改进,提高了系统的实时性与抗干扰能力,创新性地提出并实现了根据声源位置变化而自适应调整麦克风阵列形态的定位系统,在不降低实时性的同时,有效地降低了定位误差。本文从定位精度、实时性和抗干扰能力三个方面对系统性能进行评估,实验证明:理想条件下,该声音定位系统的不确定度在4cm以内;对噪声和混响有较好的抵抗能力,在恶劣环境下不确定度不超过6cm;单次定位耗时0.5s,可以对运动声源或脉冲声源进行定位,有较强的实时性,可以适用于大部分应用场景。

结合精确阵列响应控制的时域宽带波束图综合

提出了采用时域结构的低计算复杂度宽带波束图综合方法。首先,引入自适应零陷波束设计思想,通过在特定频率与角度设置虚拟干扰源,实现对旁瓣区域阵列响应的精确控制,多次迭代控制后满足波束设计要求。其次,所提方法能够在现有波束设计基础上实现灵活调整,根据旁瓣级等设计参数的变化快速更新波束图。理论研究表明,相较现有采用内点法的波束图综合方法,所提方法降低了单次迭代计算复杂度,有效提升了波束设计效率。仿真实验与半消声室实验结果表明,该方法所设计波束形成器相较传统固定波束形成器具有更低的旁瓣级,并且对方向性干扰有更好的抑制效果。

高灵敏度驻极体传声器设计

针对声学测量设备对驻极体传声器灵敏度和一致性的要求,开展驻极体传声器开路输出声压模型研究、驻极体传声器一致性影响因素和控制方法研究,完成驻极体传声器结构设计和样机研制。测试结果表明,驻极体传声器的灵敏度为7.0 mV·Pa^(-1)、频率响应范围为10~40 kHz,在100~1 000 Hz的频率范围内相位一致性保持在±1°以内,达到设计要求,满足测量设备使用要求。

圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维设计

针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结构宽带波束形成器时域设计的降维形式,剔除了优化问题中近一半的冗余波束形成器权系数,有效降低了时域优化问题的维度。然后,结合交替方向乘子法进一步导出了圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维优化方法。仿真结果表明,所提时域降维设计方法在短抽头条件下显著优于现有的频域设计方法,且在提升时域优化效率方面也具有明显优势。

基于维纳预测器的非同步测量数据同步化方法

基于最小均方差准则,推导了用于带参考传声器的非同步测量的维纳预测器表达式,提出了基于维纳预测器的带有参考传声器的传声器阵列非同步测量数据同步化处理方法。维纳预测器通过传递参考传声器与阵列之间的时空相关性,实现非同步测量数据同步化。分别通过仿真和实验将非同步测量结果和同步测量结果进行比较,验证了所提基于维纳预测器的非同步测量数据同步化方法的准确性和可靠性,同时也表明非同步测量方法可以提高阵列孔径和阵元密度。

基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。

基于聚合物膜片和光纤复合结构的局部放电声传感器

本文提出了一种基于聚合物膜片和单模—多模—单模光纤复合结构的用于局部放电探测的声传感器。将长度为5cm的多模光纤植入单模光纤之间作为声敏感单元。当光从单模光纤进入多模光纤时,会激发光纤内的高阶模式形成干涉,以实现声传感,并将该光纤串入聚合物膜片中,用于改善其灵敏度。实验结果表明:该传感器在空气中的声传感灵敏度可达-30.8 dBm(0 dBm定义为1 V/μBar)。根据IEC 60270标准分别在空气和油介质中对传感器进行了局部放电声传感测试证明了该方案的可行性。由于其结构简单、成本低廉和不受电磁干扰等优点,该传感器有望在电力设备局部放电检测等领域得到应用。

驻极体电容传声器指向性的有限元仿真分析

建立驻极体电容传声器声学模型,添加电、力、声的耦合多物理场,并通过有限元仿真计算的方式,获取传声器灵敏度与声波入射方向的极坐标曲线图。通过改变驻极体传声器声学模型中阻抗材料的阻抗参数来仿真分析传声器指向性与阻抗材料阻抗参数的关系。将仿真结果与集中参数电路模型得出的指向性控制结论相比较,验证有限元仿真分析的正确性。

民谣吉他立体声拾音器探究与设计

文章文章设计了一款超薄、易安装的立体声拾音器,旨在提升民谣吉他在录音和演出中的艺术表现力。设计一种电磁铁弹拨系统控制变量,通过实验比较两种电磁线圈结构方案,以找到提高信噪比的最佳方案。实验结果表明,两个电磁线圈传感器以相同绕线方向首端与首端串联,两磁铁磁极方向相反,可以增大拾取的有效信号量;两个电磁线圈传感器以相反的绕线方向头端与尾端串联,磁铁磁极方向相反,亦可增大拾取的有效信号量。实验结果可为吉他拾音器的设计提供参考。

基于声阵列时空关联特征融合的不平衡局部放电类型识别方法

麦克风阵列能非接触且灵活地对电力设备局部放电现象进行检测,但现有方法对麦克风阵列的数据特点考虑不足,对局放类型识别的研究不足。针对麦克风阵列数据的关联性特征和不平衡分布特点,首先对麦克风阵列数据的时间关联性和空间关联性特征进行深入分析。然后,以1维卷积神经网络和压缩-激活关联性挖掘方法为基础,提出基于时空关联特征融合的声阵列数据局部放电类型识别模型。最后,针对麦克风阵列数据类别间分布不平衡问题,使用损失函数调整法和数据分布调整法进行应对。仿真结果表明:相对不考虑关联性的方法,该文所提方法的精确率、召回率提升均大于12%;相对不考虑样本不均衡性方法,该文所用方法在精确率和召回率均提高大于60%,验证了基于声阵列数据的局放类型识别中考虑数据关联性和不平衡性的必要性。

浅谈通信保障中话筒的选型与使用

为探讨不同通信保障环境下话筒的选型与使用,首先简要介绍话筒的分类,其次介绍话筒的主要技术参数,再次指出话筒选择与使用应注意的事项,最后提出不同通信保障环境下话筒的选型与使用建议。

变分自编码器在环境噪声消除中的应用研究

针对语音信号中的环境噪声影响问题,研究一种基于变分自编码器(Variational Auto-Encoder,VAE)的噪声消除方法,并进行了相关实验验证。首先,深入研究VAE的基本原理;其次,引入L_2正则化方法优化VAE,以提高模型的泛化能力和健壮性;最后,利用ESC-50和VCTK数据集构建包含环境噪声的语音信号数据集,并在此基础上进行了一系列实验。实验结果表明,所提方法能够有效降低环境噪声对语音信号的影响。

基于函数波束形成的传声器阵列声成像性能分析

在传声器阵列声成像系统中,常规波束形成算法(CBF)的主瓣宽度和旁瓣级性能受限,成像效果不能满足高精度声源定位需要,为此研究函数波束形成算法(FB)。首先对阵列接收信号的互功率谱矩阵进行特征值分解,并计算对特征值对角矩阵的v-1次幂,以此替换CBF中的互谱矩阵,进一步对波束输出进行v次幂运算,由此得到FB输出。然后,通过增加互谱矩阵的幂次运算,FB能够有效克服CBF的主瓣宽、旁瓣高等缺陷。最后,仿真对比了不同声源频率时CBF和FB的性能,分析不同指数v对FB性能的影响。结果表明,与CBF相比,FB具有更高的分辨率性能,且随着指数v的增大,FB旁瓣减小,动态范围增加。为满足工程中声成像动态性要求,建议指数v一般选取16。

浅谈Neumann U87麦克风

U87麦克风是一款由德国公司Neumann推出的高品质电容式麦克风,在广电系统应用广泛,本文对U87麦克风的电路结构、工作原理、各项功能进行了全方位的介绍,并结合各种应用场景加以说明,为广电系统音频工作从业者提供参考。

边界声阻抗的单层传声器阵列原位测量方法研究

声阻抗是反映物理边界声学属性的关键参数,确切地测量声阻抗是理解声场分布和执行声能量控制的必要条件。文章基于多个局部坐标系的球面波基函数叠加的声场重建方法,建立了阻抗边界一侧的非自由声场的数学模型,并构建了场点声压和阻抗边界表面声压、场点声压和边界质点法向振速的转移函数;采用传声器阵列采集边界附近的声压值,通过求解反问题,重构了边界表面的声压以及质点法向振速,基于此,计算出阻抗边界的声阻抗。模拟了包含有限阻抗边界和脉动球声源的非自由声场,验证边界声阻抗原位测量方法;研究了声波频率、声波入射角和传声器阵列位置对声阻抗率重构精度的影响。文章提出的方法为测量计算阻抗边界的声阻抗等声学特性参数提供了新思路。

MEMS麦克风综述

针对快速发展的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)麦克风器件,本文章介绍了MEMS麦克风的发展历史及国内外研究现状,分析了MEMS麦克风相较于其它类型麦克风的优势,比较了MEMS麦克风的不同类型,回顾了MEMS麦克风的三次应用浪潮,展望了MEMS麦克风的发展趋势,并对MEMS麦克风的标准化提出建议。

一种声源定位跟踪系统实现方法

为解决室内由于墙面、地面的反射使声音信号产生多径传播引起定位算法性能严重下降的问题,本文提出了一种基于麦克风阵列模块的声源识别定位系统。本系统是以STM32F103RCT6单片机作为主控器,Pyai-K210(K210)开发模块、麦克风阵列、OLED显示模块、二维云台模块、辅助电源组成的一个声源定位跟踪系统。K210模块通过麦克风阵列采集移动或静止过程中自制声源发出的音频信号,经过K210模块的一次处理后通过串口将数据发送给STM32单片机;单片机将接收到的数据,经过时间到达差(Time Difference of Arrival,TDOA)方法和卡尔曼滤波算法后,计算出自制声源与麦克风阵列之间的直线距离,通过距离换算出两者之间的角度,驱动二维云台使激光笔发出激光指向声源发出的位置且误差不超过1.67%,反应时间不超过1.5 s,并通过OLED屏实时显示目标声源的方位和角度。

微铣削刀具磨损监测系统中麦克风阵列的消噪性能研究

在切削加工过程中,基于切削加工声音信号的刀具状态监测系统容易受背景噪声的干扰,为确保监测系统的稳定性,提出使用麦克风阵列和维纳滤波来干扰噪声的方法。在实验过程中,采用直径为700μm的微细铣刀对SK4高碳钢工件进行切削加工,并在切削过程提供人工噪声源,然后利用麦克风阵列获取切削时的声音信号。针对获取的声音信号,结合麦克风阵列与维纳滤波器进行滤波处理。结果表明,麦克风阵列结合维纳滤波能有效改善噪声对微刀具磨损监测系统的影响。此外,分析麦克风阵列排列方式对刀具磨损识别的性能影响,结果显示,环形阵列比直线阵列麦克风阵列系统能更有效地去除噪声,在一定频带宽度下选择适当的特征值,刀具磨损识别率可达到100%。