散射条件下小尺度扬声器阵列声聚焦算法鲁棒性研究

随着便携通讯设备的快速发展,其音频系统的声聚焦特性逐渐受到了广泛的关注.受到尺寸的限制,便携通讯设备上的声场回放只能采用小尺度扬声器阵列来实现.声对比度控制法通过最大化亮区与暗区的声能量比值将声能量集中在亮区,这种算法在小尺度扬声器阵列声聚焦的实现上有着较好的应用前景.建立了5通道线性扬声器阵列模型,采用鲁棒型声对比度控制法将声能量聚焦于阵列端射方向的亮区.考虑到使用者对阵列不可避免的散射作用,重点分析了听音者散射对阵列声聚焦性能的影响,散射分析建立在一个刚性球散射模型和双刚性球散射模型(亮区和暗区同时存在听音者)的基础上.进一步采用人工头和刚性球建立了实验系统,通过实验验证了算法对于一个听音者和两个听音者散射的鲁棒性.     

基于线形差分麦克风阵列和Ambisonic重建的双耳渲染

双耳录音一般采用放置在人头或仿真头上的录音设备进行录制.然而,随着移动设备、PDA和便携式可视化设备上增强现实系统的普及,如何通过小型麦克风阵列实现双耳渲染成为一个值得关注的热点问题.基于线形差分麦克风阵列设计了双耳渲染系统,该系统结构紧凑,阵列尺寸较小.将麦克风阵列采集信号结合差分波束形成和Ambisonic编码进行声场分解,并且使用虚拟扬声器和Ambisonic解码进行渲染,最终实现双耳空间声场重建.系统中采用仿真信号与实际录制信号对所提方法进行了评估与验证.从仿真结果中选择出了最佳虚拟扬声器布放方式.从主观实验可以证实,与标准双耳录音设备相比,所提方法在方位感和头外感方面可以实现更好的效果.     

相控阵三维摄像声纳系统的稀疏阵列优化设计

为使相控阵三维摄像声纳系统中的稀疏阵列在整个探测范围内都具有稳定的波束图性能,文中提出了一种兼顾远场与近场的稀疏阵列优化方法.首先通过对近场波束图的分析,构建了一种适合实际工程应用的近场稀疏阵列优化的能量函数,并对该能量函数加以简化,以减少优化过程的计算量,然后利用寻优算法对简化后的能量函数进行最小化寻优运算,从而得到满足近场需要的稀疏布阵结果.为进一步获得适用于远场的稀疏率更高的阵列,对近场稀疏阵列设计的结果进行了二次优化.利用该稀疏优化方法对一个100×100的二维矩形换能器阵列进行优化,并与现有文献方法进行了对比,结果表明文中方法获得的稀疏阵列在远场和近场条件下的各个探测距离都能提供期望的波束图性能,同时保持了与其他方法相近的稀疏率.     

基于MIMO控制的直达声场噪声试验技术

提出一种基于MIMO控制策略的直达声场噪声试验技术，比较了不同扬声器阵列形状内的声场均匀性，与混响场激励下的加速度响应差异进行了分析对比. 研究表明，椭圆形扬声器阵列更适用于直达声场噪声试验，基于该阵列的直达声场与混响场相比在中低频段存在驻波，对于不同区域经受不同噪声环境的试验件，可以通过基于MIMO控制的直达声场噪声试验技术实现分布式加载.      

基于双耳时间差的客观指标对Ambisonics回放系统的性能分析

在基于扬声器阵列的声回放技术中,相比于波场合成(Wave field synthesis,WFS)和矢量基幅度平移技术,以球谐分解为理论基础的Ambisonics回放系统拥有编解码相互独立以及可扩展等优势.基本的Ambisonics系统通过采集和回放一阶声场方位信息:全指向性(W)和双指向性(X,Y,Z)成分,即所谓的B-format重构声场.HOA(Higher order Ambisonics)基于声场球谐函数分解将B-format以更高空间分辨率进行了扩展.已有很多学者关注HOA的回放精度和使用限制,但综合考虑人头散射效应和人耳听觉特性效应的研究还十分缺乏.从低频人耳定位的重要因素——双耳时间差(Interaural time difference,ITD)的角度评价了不同阶数Ambisonis系统的最佳听音区域.将水平面各方向入射平面波编码为HOA分量,在此基础上计算了模拟人头(刚性球)在环形阵列内部移动时二维水平面的ITD波动,并通过ITD阈值确定最佳听音区域边界.仿真结果表明基于ITD的客观评价指标可以较好地体现不同阶数Ambisonics系统的声场回放性能:4阶Ambisoics系统能够使最佳听音区域达到20cm×14cm,而1,2阶系统在中心区域尚不能实现精确回放.因此,高阶Ambisoics系统拥有更好的声源定位性能.     

传声器阵列近场波束算法鲁棒性研究

传声器阵列近场波束算法一般都以理想的声场模型进行参数优化,而理想模型在实际应用场景中会受到较大的干扰.本文通过房间声场模型分析阵列在近场的干扰分布,并讨论不同的干扰分布模型对鲁棒性近场波束算法性能的影响.论文还进一步通过仿真和实验比较了几种较为通用的鲁棒性阵列算法的性能.     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

相控阵扬声器系统

论述了相控阵扬声器系统的设计原理,结构、特色及工程应用．一般的扬声器系统,利用基于机械震动的物理、声学方法来获得良好性能,目前广为流行的线阵列扬声器系统,是将物理、声学技术发挥到极致,而相控阵扬声器系统则是将电子技术、数字技术、计算机技术、电声技术结合并创造性地运用DSP技术,研制适用的算法,对扬声器阵列中的所有单元的各个频段,分别进行适当的相位调控、音效处理,从而实现实时调控扬声器阵列辐射主瓣的辐射角、指向性和放声效果．     

基于深度学习的混响感知麦克风阵列语音增强

[目的]针对基于深度神经网络频谱估计的麦克风阵列算法存在数据依赖的问题,提出了一种基于深度学习的混响感知麦克风阵列语音增强算法.[方法]首先利用麦克风阵列波束形成输出与原始信号做互相关,以近似房间冲激响应的形式获取当前环境的混响特性作为LSTM网络的输入,网络模型以干净语音为目标进行训练从而输出房间冲激响应泛化向量,最后通过组合近似房间冲激响应与房间冲激响应泛化向量获得后置抗混响滤波器系数,实现语音增强.[结果]仿真和实验结果中,与波束形成、加权预测误差算法和传统深度学习去混响算法相比,所提出的方法在不同混响场景下具有更好的表现.[结论]本文方法在不同混响场景下都具有相对稳定的抗混响能力,具有较好的泛化性能.     

基于声发射信号的铣刀运行可靠性评估

研究了基于声发射方法的Logistic回归模型的铣削过程中刀具可靠性评估.从试验数据分析得出铣削过程的声发射信号和切削力信号,与刀具磨损量具有较强线性相关性,是刀具性能退化监测的有效方法.运用小波包分解提取声发射信号的能量,选取与刀具磨损相关的频带能量作为特征指标.将应用切削力和声发射两种监测方法建立的可靠性模型与仅用声发射监测的可靠性模型进行对比发现,两个模型都较为准确地评估出了刀具在铣削过程中的可靠度指标,而基于声发射可靠性评估模型更为方便,在实际切削力不易获得的情况下,运用此方法能够进行刀具的可靠性评估与寿命预测.     

基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统，硬件成本较高，制约了其广泛应用.为降低成本，设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法，利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用，从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验，首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法，随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像，并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料，系统只需四个超声换能器即可实现快速成像，可降低光声断层成像系统的硬件成本.     

基于正则化粒子滤波的说话人跟踪方法

针对噪声与混响环境下的说话人跟踪问题,提出一种基于正则化粒子滤波(RPF)的麦克风阵列声源定位与跟踪方法.该方法在正则化粒子滤波框架下,采用适应性较强的布朗运动模型,通过计算麦克风阵列波束形成器的输出能量来构建似然函数.实验结果表明,本文方法优于标准粒子滤波,有效提高了说话人声源跟踪系统的抗噪声与抗混响能力,即使在低信噪比(SNR=-5dB)情况下,也能有效跟踪.     

基于FEKO的引信目标近场动态散射特性实时仿真

引信目标的近场散射特性受到天线方向图、目标局部照射、弹目交会状态等因素的影响,计算过程复杂。首先提出了一种基于FEKO的目标近场散射特性实时仿真方法,然后根据引信作用段的特点建立了弹目交会模型,对引信目标的近场动态散射特性进行了实时仿真,仿真结果表明近场散射强度与导弹脱靶量和目标照亮区有直接关系,脱靶量越小,散射强度相对越大,且弹目距离较近时,由于照亮区的不同散射强度将出现较大起伏。     

卷积-脉冲响应法在线性相控阵中的应用

运用卷积-脉冲响应法来模拟线性相控阵换能器的近场声场,并分别计算了阵的声束纯聚焦和偏转聚焦时的脉冲响应,以及峰值声压的轴向包络线.分析结果表明,该方法可以作为对近场声场进行分析的有效工具.     

基于电磁场积分方程数值求解法的光学近场散斑及其一阶统计特性

从简谐光波满足的Helmholtz方程出发, 将由Green定理得到的介质分界面上光场的积分方程转化为以表面上的光场及其导数为未知量的线性方程组, 并对其进行数值求解, 实现了介质分界面上光场的严格数值计算. 对光波经随机自仿射分形表面散射后在近场光学区域内产生的光强进行计算, 研究了近场散斑的传播特性以及对比度和光强概率密度函数的演化特性. 近场区域内的散斑与传统衍射区和成像系统中散斑场的特性具有很大的不同: 散斑光强分布中具有局域起伏, 并且这种起伏在经过一个波长的起伏后消失；对于较小的横向相关长度的表面, 散斑对比度在近场区域附近达到饱和值, 而散斑场也接近Gauss散斑. 当表面的横向相关长度较大时这种转化则比较缓慢.     

基于虚拟方法的混响箱设计及实验验证

混响箱常用于材料隔声、吸声实验研究中,因此混响箱的设计对于实验的可靠性有着重要影响.混响箱的传统设计都是基于混响声场特性,其效率较低,可靠性也较差.为此,设计了一种复合结构的混响箱模型,通过统计能量分析(SEA)法对复合结构的隔声特性进行了仿真分析,用边界元方法(BEM)模拟混响箱内的声场分布,依据仿真结果对模型进行优化,最终获得具有足够隔声量和均匀声场的混响箱模型.对基于仿真模型制作的混响箱进行隔声实验,结果表明,在400,Hz以上频率范围内,混响箱的隔声量高于50,dB;混响箱内不同位置的声压级相差不超过3.5,dB.镁合金板的隔声实验结果与质量定律及统计能量分析所得结果吻合良好.可见,采用复合结构箱体能实现良好的隔声效果,借助于统计能量法和边界元方法对混响箱进行设计是行之有效的.     

基于多路线性预测技术的时延估计

很多麦克风阵列时延估计算法在噪声和混响环境下性能都会下降。该文提出一种基于多路线性预测(multi-ple linear prediction,MLP)的时延估计算法。通过传递函数比估计来消除通道间传递函数的非对称性,提高信号相关程度;空间预测技术引入了阵列冗余信息,并以相关系数矩阵作为时延搜索的目标函数,提高时延估计的可靠性。实验结果显示了多路线性预测算法的估计准确率更高,性能更加稳健。与几种经典算法相比,在噪声和混响环境下MLP算法的估计正确率分别提高了5%和30%以上。     

一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法

在音频/视频会议、人机交互、语音识别等领域,严重的混响干扰导致麦克风阵列语音处理性能急剧下降.针对现有逆滤波等抗混响方法需要获得准确的房间传输响应,而波束形成方法抗混响性能有限的问题,基于广义旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller,GSC)结构提出一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法(Sidelobeenhanceing reverberation mitigation algorithm for microphone array,SERM).该算法首先进行波束形成,初步获得增强的直达语音信号,并对旁瓣获取的混响分量进行自适应迭代增强,再将旁瓣迭代增强的误差信号作为参考噪声进行自适应噪声抵消,最终输出抗混响语音.实验结果表明,在混响环境下该方法能有效改善麦克风阵列的语音信号质量.     

基于矩阵空域预滤波的近场聚焦波束形成

为解决因为强辐射噪声源(判为干扰)的存在影响对弱辐射噪声源(判为目标)的检测和参数提取,甚至得不到弱辐射噪声源声图的问题,提出了一种基于矩阵空域预滤波处理的近场聚焦波束形成方法.通过设计一个空域的矩阵滤波器对水听器阵列数据进行矩阵处理,抑制指定范围内的强干扰信号,且尽量保证其他感兴趣范围内的信号无畸变通过.通过水面舰船辐射噪声声图测量的具体实例来说明该方法对系统性能的改善效果,仿真结果表明:该方法提高了对弱辐射噪声源的探测和定位能力,优化了聚焦波束扫描声图质量.     

近场声源方位和距离联合估计算法

为提高近场麦克风阵列的声源定位精确度,对基于麦克风阵列的声源定位技术进行研究.详细分析了近场信号传播模型,并结合窄带子空间算法,对宽带ISM(Incoherent Signal-Subspace Method)算法进行改进,提出一种近场子空间声源方位和距离联合估计算法.该算法根据短时信号的频率特性,在特定频率上对信号应用子空间算法进行方向距离联合估计并对结果进行叠加,从而得到最终结果.该算法在相关信源和混响条件下均能得到较好的DOA(Direction-of-Arrival)估计效果.计算机仿真验证了算法的有效性.