Page 11 - 《应用声学》2019年第6期

第 38 卷 第 6 期 张国昌等： 使用同心多环阵提升声源定位鲁棒性 913

过低的分解阶数会使得过多的空间信息被舍弃，过 0.2∼1.4 s，绝大部分房间的混响时间也均处在这一
高的分解阶数又会引起较差的白噪声增益。UCCA 范围。表 4 展示了不同混响时间下的声源定位的统
在阶数为3阶的时候具有较优的鲁棒性。对比UCA 计性能。由表 4 可知，当 T 60 > 0.2 s 时，3 阶 CH 展
和UCCA，仅仅在高信噪比 (20 dB)CH 展开阶数为 开下的UCCA具有最优的鲁棒性，当T 60 为0.2 s时，
4 阶这一个条件下，UCA 具有优于 UCCA 的性能。 3 阶 CH 展开的 UCCA 与 4 阶 CH 展开的 UCA 具有
在该条件下，因为 UCCA 构建的 CH 域空间相关矩 接近的性能。另外，与 UCA 相比，相同 CH 展开阶
阵维度较低，所以具有更低的计算复杂度。 数的 UCCA 的鲁棒性具有显著的优势。这也就是
接下来仿真不同混响时间下的 DOA 估计性 说，在计算复杂度相同的情况下，UCCA 性能优势
能，设定信噪比为 15 dB，混响时间设置范围为 明显。

表 3 不同信噪比和阵列参数下的 DOA 估计平均绝对离差

Table 3 Mean absolute deviation performance for various SNRs and
different array configurations
(单位：°)
阵列参数
SNR/dB UCA UCCA
L = 2 L = 3 L = 4 L = 5 L = 6 L = 7 L = 2 L = 3
5 3.14 2.21 2.4 3.18 4.07 6.2 2.61 2.09
10 2.97 2.04 2.00 2.48 3.21 4.45 2.41 1.81
15 2.73 1.74 1.53 1.85 2.11 2.83 2.18 1.50
20 2.32 1.48 1.17 1.30 1.36 1.82 1.86 1.28
实时计算系数 0.094 0.112 0.124 0.145 0.157 0.180 0.095 0.114

表 4 不同混响时间和阵列参数下的 DOA 估计平均绝对离差
Table 4 Mean absolute deviation performance for various T 60 s and
different array configurations
(单位：°)
阵列参数
T 60 /s UCA UCCA
L = 2 L = 3 L = 4 L = 5 L = 6 L = 7 L = 2 L = 3
0.2 0.95 0.67 0.58 0.65 0.71 0.99 0.83 0.59
0.5 2.73 1.74 1.53 1.85 2.11 2.83 2.18 1.50
0.8 4.84 3.45 3.12 3.45 4.22 5.45 3.71 2.75
1.1 6.58 5.37 4.79 5.27 6.25 8.02 5.30 4.46
1.4 7.98 6.85 6.44 6.75 7.89 9.88 6.11 5.29

值得注意的是，目前UCCA 各环的半径设置只 采用楼氏电子微机电系统 (MEMS) 模拟麦克风设
遵循以下准则：没有同阶 CH 展开系数的零点处在 计一套参数如表 1 所示的 UCCA 麦克风阵列硬件，
相同频率点下。这一设计准则不是最优的，有理由 如图 4 所示。麦克风型号为 SPH1642，其幅度灵敏
认为，存在某种最优准则下的环半径设计方法可以 度误差为 ±1 dB，信噪比为 65 dB。使用该阵列，
使得UCCA具有更优的声源定位性能。 在一个经过装修的房间中进行实验。房间尺寸为

4.2 实验 5.8 m × 4.6 m × 2.4 m。实验时扬声器和麦克风阵
仿真未考虑实际使用场景下的麦克风一致性、 列布置方法如图 5 所示，每次实验只有一个扬声器
阵元位置误差等因素，因此设计一套 UCCA 用于 发声音。其中扬声器和麦克风阵列的放置高度均为
评估其在真实环境下的定位鲁棒性具有重要意义。 距离地面1.2 m，扬声器距离麦克风阵列中心1.7 m。