日常生活中，人耳會(huì)對(duì)聽到的聲音自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別定位：在嘈雜的環(huán)境中與人交談，耳朵幫助我們定位交流對(duì)象，集中注意力與其交談；當(dāng)汽車從身后駛來，耳朵讓我們快速判斷聲源距離，預(yù)警危險(xiǎn)......這些“聽音辨位”的能力，就是人耳的聲源定位能力。

人耳的“聽聲辯位”功能解決了部分生活問題，但在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，人耳在識(shí)別精度和時(shí)間上存在一定局限性，無法滿足復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境下的聲源定位：

在環(huán)境嘈雜、設(shè)備繁多的工廠中，人耳無法精確定位管道泄漏的位置；

人耳無法區(qū)分100米高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其中哪一個(gè)葉片的風(fēng)噪更大。

更先進(jìn)的聲源定位技術(shù)綜合了傳感器、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等技術(shù)，模擬人耳對(duì)聲音的定位機(jī)理，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的定位精度、更寬的頻率范圍、更大的聲音強(qiáng)度范圍。本期歐時(shí)課堂為大家介紹聲源定位技術(shù)及其應(yīng)用，如對(duì)本期內(nèi)容感興趣的話，不要忘了點(diǎn)贊或在看哦~

聲源定位原理

根據(jù)不同應(yīng)用要求，有以下三種定位原理。

仿人雙耳聲源定位

人耳聽覺系統(tǒng)能夠同時(shí)定位和分離多個(gè)聲源，這種特性經(jīng)常被稱作“雞尾酒會(huì)效應(yīng)”。用計(jì)算機(jī)模仿人類聽覺生理和心理機(jī)制建立聽覺模型，其研究范疇稱為計(jì)算聽覺場景分析。

雙耳聽覺定位跟蹤多運(yùn)動(dòng)聲源系統(tǒng)采用了一種新的跟蹤算法。算法聯(lián)合所有可靠頻道間的概率，以便在目標(biāo)空間中產(chǎn)生似然函數(shù)。似然函數(shù)描述了在一個(gè)特定的時(shí)間序列內(nèi)的機(jī)動(dòng)聲源的方位角。最后利用隱馬爾可夫模型來形成連續(xù)跟蹤和自動(dòng)地探測機(jī)動(dòng)聲源的數(shù)量。

基于時(shí)間差（TDOA）的聲源定位

大多數(shù)聲源定位都是基于到達(dá)時(shí)間差的方法。聲波以一定速度在空氣中傳播，到達(dá)設(shè)置的不同位置，傳聲器的相位不同，根據(jù)這些傳聲器對(duì)同一聲音錄制的相位差別，可以求得同一聲音到每對(duì)傳聲器的時(shí)間差值。

得到該時(shí)間差后，可以確定這個(gè)聲源處于以這對(duì)傳聲器所處位置為焦點(diǎn)，到達(dá)時(shí)間差所對(duì)應(yīng)的聲音傳輸距離在參數(shù)的雙曲面上。使用多對(duì)傳聲器得到多個(gè)雙曲面，聲源位置就處于這些雙曲面的相交點(diǎn)。

基于聲壓幅度比的定位方法

這種方法利用不同傳聲器接收到的，來自同一聲源的聲音信號(hào)的聲壓幅度差異，實(shí)現(xiàn)聲源定位。

利用盲信號(hào)分離算法實(shí)現(xiàn)混合聲源信號(hào)的分離，根據(jù)譜估計(jì)的相似度確定接收信號(hào)中各聲源的分配情況，結(jié)合幅度差異因子獲得傳感器的聲源信號(hào)分布，再通過單聲源的聲壓幅度比模型確定聲源位置，實(shí)現(xiàn)多聲源定位。

聲源定位技術(shù)的應(yīng)用

通過聲源定位技術(shù)，可以確定產(chǎn)生問題的位置方位，在軍事、工業(yè)、航空航天、智能制造等行業(yè)都有應(yīng)用需求。

軍事

聲源定位技術(shù)可以用來測量在地面作戰(zhàn)的炮兵陣地，找到隱藏在某地的狙擊手位置，還可用于測量彈藥試驗(yàn)火炮的著落點(diǎn)和空中炸點(diǎn)。

工業(yè)制造

當(dāng)設(shè)備老化或發(fā)生其他故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生異于平常的工作噪聲，通過定位噪音來源，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。同時(shí)聲音信號(hào)的非接觸性，可以有效避免振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集困難。

智能機(jī)器人

在光線不足的情況下，或是在機(jī)器人“視野”無法到達(dá)的地方，機(jī)器人找不到目標(biāo)在空間中的位置。當(dāng)給智能機(jī)器人安裝聲源采集裝置，在進(jìn)行人機(jī)交互時(shí)，通過語音告訴機(jī)器人所在位置，機(jī)器人根據(jù)聲源信號(hào)進(jìn)行處理，得出聲源具體位置后進(jìn)行決策，使交互對(duì)象進(jìn)入其“視野”之內(nèi)。

為了提高聲源定位分辨力，還需借助技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信號(hào)處理技術(shù)，與聲源定位技術(shù)的相互融合，使被動(dòng)聲定位技術(shù)的功能更強(qiáng)大，為生活、生產(chǎn)滿足更多精準(zhǔn)定位的需求。

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