Page 130 - 《应用声学》2022年第4期

628 2022 年 7 月

如图2所示，声压级校准方法的主要步骤为： 1.2 TDOA估计方法
(1) 对采集信号进行短时傅里叶变换 (Short 基于时延估计 (TDOA) 的声源定位方法在线
time Fourier transform, STFT)，窗为海明窗。 性阵列与环形阵列等多种阵型中得到大量展开 [14] 。
(2) 检测每一帧信号是否来自于单声源。 由于环形阵列相对线性阵列具有分辨任意方向的
(3) 对满足单声源条件的帧信号进行入射方向 能力且尺寸较小，在本文中使用一种利用均匀环阵
DOA估计。 的TDOA方法来估计声源的入射方向。
(4) 对目标方向单帧信号进行延迟求和波束形 图 3 显示了一个均匀环阵分布着 M 个传声器，
成 (DSB)，并进行单频点 DOA 估计，剔除非目标方 其中 l 是两个相邻传声器间的距离，r 是环形传声器
向干扰信号，将每一帧挑选出的时频点信号累计在 阵列的半径，任意两个相邻传声器的夹角α 为
一个新的数组中，最后计算声压级。
α = 2π/M, (4)
(5) 对参考传声器接收的数据，同样进行单声
( )
源和时频点挑选，并累计起来，对最后累计起来的数 l = 2r sin α/2 . (5)
值进行声压级计算。
y
(6) 计算标准传声器与 MEMS 传声器阵列之 S 
间的声压级测量值偏差。 S   

ܳᤰ᥋ηՂ ӭܦູ DOA ௑ᮠག ܦԍጟϠ ⊲
STFT l
ᣥК ೝ฾ ͥᝠ ્ᤥ ࣀᝠካ
θ 1

x
图 2 声压级校准方法流程图
i r α
Fig. 2 Sound pressure level calibration method
M
process
⊲
⊲
1.1 单声源检测法
当传声器阵列在户外进行噪声测量时，接收到 S p
的信号往往受其他方向环境声所干扰，因此需要判
图 3 环形传声器阵列
决每一帧信号是否来源于单一声源。当传声器阵列
Fig. 3 Circular microphone array
记录的信号只来源于一个声源时，则传声器信号之
间具有很强的相关性。所以为了检测每一帧数据中 假设传声器阵列所处环境为二维平面自由场，
是否主要由单一声源信号组成，本文使用互相关方 任意传声器m i 所接收的信号为

法来判决传声器对之间的比值是否接近于1 [13] 。
P
∑
∑ x i (t) = a ig s g (t − t i (θ g )) + n i (t),
R i,j (Ω) = |X i (ω) · X j (ω)|, (1)
g=1
ω∈Ω
i = 1, · · · , M, (6)
R i,j (Ω)
r i,j (Ω) = √ ,
R i,i (Ω) · R j,j (Ω)
其中，a ig 是第 i 个传声器与第 g 个声源间的传播衰
i ∈ {1, 2, · · · , M}, j = (i + 1) mod M, (2) 减因子，θ g 是第 g 个声源的入射方向。假设在某一
¯ r(Ω) > 1 − ε, (3) 时间段内，仅有入射方向为 θ 的声源 s 存在，则相邻
传声器对 {i,i+1} 接收到的信号之间的相对延迟如
其中，Ω 为角频率点范围，ε为一个较小的阈值，选择
式(7)所示：
为0.05。¯r(Ω)为各对r i,j (Ω)的平均值。当前帧如果
∆
满足公式 (3) 所示的条件时，则认为当前帧为单一 τ i,i+1 (θ) = t i (θ) − t i+1 (θ)
声源组成。然后对当前帧的声源信号进行方向估计， ( ( 1 ) )
= l sin π + i − α − θ /c. (7)
当声源方向为目标方向时，再进行接下来的计算。 2