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1、 声源定位计算机仿真与分析 声源定位计算机仿真与分析 摘要 确定一个声源在空间中的位置是一项有广阔应用前景的有趣研究，将来可以广泛 的应用于社会生产、生活的各个方面。 声源定位是通过测量物体发出的声音对物体定位，与使用声纳、雷达、无线通讯 的定位方法不同，前者信源是普通的声音，是宽带信号，而后者信源是窄带信号。根 据声音信号特点，人们提出了不同的声源定位算法，但由于信号质量、噪声和混响的 存在，使得现有声源定位算法的定位精度较低。此外，已有的声源定位方法的运算量 较大，难以实时处理。为解决这些问题，本文系统地研究了基于传声器阵列的声源定 位方法，主要做了以下一些工作： 首先对传声器阵列及其研究
2、现状进行了总体概述，讨论了基于传声器阵列的声源 定位所面临的问题，重点分析了传声器阵列信号处理的特殊性和混响的产生原因及影 响，总结归纳并比较了各种基于传声器阵列声源定位方法的优缺点。重点分析了基于 时延估计（ITD）和强度差异(IID)的声源定位方法。 作者开发了一种基于 Matlab 软件的声源定位系统，结合时延估计和强度差异算法， 进行了系统的声源定位仿真，给出了仿真结果，并提出了改进方案。仿真实验证明所 设计的声源定位系统可用，并可以为进一步的声源定位研究提供平台支持。 关键词：传声器阵列；声源定位；ITD；IID；Matlab 声源定位计算机仿真与分析 TO SIMULATE AND
3、 ANALYZE THE SOUND SOURCE LOCALIZATION BY COMPUTER ABSTRACT Localization of sound source is an interesting course of study which will be widely applied in our future life. Sound source localization is realized by processing sound signals,differing from the localization method with sonar,radar or wir
4、eless communication in the type of signals.Sound is a wide-band signal,while the later are narrow-band signals.Many sound source localization algorithms are proposed aiming at the characteristic of sound signals.However,signals quality,background noise and room reverberations in enclosure greatly de
5、grade the effectiveness of acoustic source localization.For solve these question,some work are accomplished in this paper. Foremost,the microphone array is generally described,and some issues of sound source localization based on microphone array are discussed.The particularities of signal processin
6、g based on microphone array and the cause and influence of reverberation are analyzed.Some main methods of sound source localization are compared.A sound source localization method based on the interaural time difference(ITD) and interaural intensity difference(IID) is analyzed with emphasis. A soun
7、d source localization system based on the Matlab was produced.Finally,based on the ITD and IID,some experiment is conducted on the system,and the experimental result is presented.The results showed that further study on sound source localization can be made on the sound source localization system. K
8、ey words: Microphone Array; Sound Source Localization; ITD; IID; Matlab 声源定位计算机仿真与分析 目 录 第一章 绪论 1.1 声源定位的关键技术及国内外研究现状.1 1.2 基于传声器阵列的定位方法简述.2 1.3 基于传声器阵列的声源定位系统的模型与难点 .3 1.4 声源定位系统的结构 .4 1.4.1 硬件结构.4 1.4.2 软件结构. 5 1.5 本论文的主要工作和内容安排.5 第二章 几种定位方法的介绍 2.1 声音信号分析.6 2.2 声源定位原理.6 2.2.1 仿人双耳的声源定位原理.7 2.2.2 基
9、于到达时间差的声源定位原理.7 2.2.3 基于声压幅比的定位方法.7 2.3 声源定位方法的分类和比较.9 2.3.1 基于最大输出功率的可控波束形成定位方法.9 2.3.2 基于高分辨率谱估计技术的定位方法.9 2.3.3 基于时延估计的定位方法.10 2.3.4 定位方法比较.10 第三章 基于时延（ITD）的方位估计 3.1 传声器和声源的几何模型.11 3.1.1 双传声器几何模型与分析.11 3.1.2 传声器阵列几何模型与分析.13 3.2 几何定位方法.13 3.2.1 数据采集方法.14 3.2.2 声音信号的处理.14 声源定位计算机仿真与分析 3.2.2.1 声源到传声器
10、间距离差的计算.14 3.2.2.2 声源位置的计算与仿真.15 3.3 程序测试与误差分析.17 第四章 基于强度差异（IID）的方位估计 4.1 方法概述与分析.19 4.2 声源方位估计的实现.21 4.2.1 数据的采集.21 4.2.2 声压幅比的计算方法.22 4.2.3 声源位置的计算与仿真.23 4.3 程序测试与误差分析.24 第五章 总结.27 参考文献.28 致谢.29 附录 附录 A.30 附录 B.32 声源定位计算机仿真与分析 第 0 页 共 33 页 第一章 绪论 1.1 声源定位的关键技术及国内外研究现状 利用目标发出的声音信号来确定目标的方位，是声音探测系统测定目标位置的关 键技术，系统以被动方式测出目标声音的参数，利用声程差等信息来确定目标方向和 距离。声源定位的基本原理是将传声器在空间布置成有一定几何形状的阵列，以接收 目标声音信号的声场信息。通过检测或计算出各传声器所测信号的参数来确定目标的 方位和距离。 20 世纪 80 年代以来，传感器阵列信号处理技术得到迅猛的发展，并在雷达、声纳 及通信中得到广泛的应用。这种阵列信号处理的思想后来应用到语音信号处理中。在
