Page 149 - 应用声学2019年第5期

第 38 卷 第 5 期 李悟等： 利用声音反射信号重建室内空间结构的研究 901

如图 8 所示，取完整直达信号峰值内的几个采 就可以得到真正的一阶墙面镜像声源，从而通过几
样点 (如图 8 红线内) 分别进行最小二乘匹配，找到 何关系得到房间的几何构型以及尺寸。
实际代表信号到达时间的位置，计算出最佳采样点
位置与峰值的差距 τ，在后面进行反射信号匹配时 2 实验结果
分别以t nm ± τ 来代替反射信号到达时间t nm ，可以
2.1 实验场景
起到修正不同步的作用，实验证明利用这种方法进
实验场景选择在桂林电子科技大学第七教学
行修正可以消除4∼5 cm误差。
楼实验室走廊进行，走廊是宽为 2.3 m、高度为
1.4 建立室内图形 2.37 m 的狭长结构，前后没有墙壁遮挡，大小合适，

上述方法实现了信号的归类以及镜像声源的 中间也没有其他障碍物阻挡传播路径, 是理想的实
求解，解决了 1.2.1 节的问题。对于 1.2.2 节高阶干 验场景。实验目的是还原出左右两面墙和天花板
扰的问题，考虑将其转换为高阶镜像声源来去除。 以及地板的位置，也就是实验场景的正面轮廓。传
按照匹配的步骤从先到达的 TOA 匹配到后到达的 声器选用 Behringer ECM 8000 全向型传声器 4 个，
TOA，先求出镜像声源坐标可以认为是低阶镜像声 声源选用哈曼卡顿 aura studio 音响，外置声卡选用
源，后求出的为高阶镜像声源。考虑到二阶及其以 M-AUDIO M-TRACK QUAD 4 通道声卡，另外利
上的声源满足图1 几何关系，在这里规定，如果新求 用一台惠普笔记本发射、采集和处理数据。为了便
出的声源与已有的声源满足如下规律， 于去除直达信号和防止共振带来的干扰，将声源设
置在距离传声器阵列较远的地方，声源距传声器阵
s 2 = s 1 + 2⟨p 2 − s 1 , n 2 ⟩n 2 , (19)
列中心 2 m，同时为了区分出左右墙的区别，声源
(s 1 + s 2 )
p 2 = , (20) 设置在距离右边墙壁 0.36 m、左边墙 0.94 m 的地
2
(s 2 − s 1 ) 方，高度为 0.82 m。传声器阵列采用 4 个传声器设
n 2 = , (21)
∥s 2 − s 1 ∥ 置成常见的十字形阵列，这种结构能够保证不管声
那么就认为新求出的声源坐标是一个二阶及其以 源在任何位置都能处于阵列的开口方向。传声器之
上阶的声源。其中，s 1 、s 2 分别代表已有的声源和新 间的间距为 0.6 m，M1∼M4 高度均为 1.31 m。传声

求出的声源，公式 (19) 来源于公式 (3)，公式 (20) 中 器阵列和声源与外置声卡相连，利用笔记本电脑上
的 abode audition 2018 采集传声器阵列接收到的
的 p 2 代表新旧声源连线的中点，公式 (21) 中的 n 2
代表已有声源指向新声源的单位向量。去除高阶干 信号，利用MATLAB进行后期处理。实验场景俯视
扰后再结合待测房间结构去除不合理的镜像声源 图和正面实景图如图9所示。

پ᫼Ћࣱ᭧ӡߚॎ᫼ѵ x
y
M2(0, −0.3 m, 1.31 m)
(0,0,0)
M3(−0.3 m,
0, 1.31 m) M4(0.3 m, 0,
1.31 m)
M1(0, 0.3 m, 1.31 m)

ЛՔیܦູ

(a) ࠄᰎڤఀο᜽ڏ (b) ࠄᰎڤఀ൤᭧ڏ

图 9 实验场景俯视图和正面实景图
Fig. 9 Arrangement of experimental equipment and picture of the corridor