Page 133 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 陈勇等： 传声器阵列声压级在线校准 631

表 1 采集声源组合 频范围内的频率响应衰减较大，当声源频率集中在
Table 1 Sound source combination 低频部分时，信号衰减较多，从而导致传声器阵列
测量的声压级偏小。而参考传声器具有理想频率响
声频信号位置 29 ◦ 100 ◦ 252 ◦
应，这使得具有不同带宽分布的目标声源之间具有
声源组合 1 变压器 蛙叫 机器敲打
不同的声压级差值。另外由于参考传声器接收的信
声源组合 2 变压器 鸟鸣 工厂电锯 号为各个方向的混合噪声，而传声器阵列接收的信
声源组合 3 空调外机 犬吠 号是进行波束形成增强 (DSB) 后的目标噪声，因为
声源组合 4 空调外机 鸟鸣 工厂电锯 波束形成可以有效抑制非目标方向的噪声信号，噪
声源组合 5 流水声 鸡叫 声抑制量在 4 dB 左右，从而使得声压级偏差与无干
声源组合 6 流水声 鸟鸣 工厂电锯 扰情况下的值相差较大。

2.2 实验结果 表 2 无算法处理下的声压级估计偏差
如图 7 所示，噪声源由目标方向的空调外机噪 Table 2 SPL estimation deviation without
声和干扰方向的鸟叫声与工厂电锯噪声组成，由 algorithm processing
图 2 所示，先挑选出仅来源于目标方向声源的单帧
声源组合 纯变压器噪声 声源组合 1 声源组合 2
信号并进行波束形成，单帧信号长度为 2048。由于
声压级差 21.3 dB 25.5 dB 26.2 dB
挑选出的单帧信号在部分频率点上仍有干扰声源
声源组合 纯空调外机噪声 声源组合 3 声源组合 4
与目标声源重叠的问题，需要在每一帧信号下挑选
声压级差 20.3 dB 23.1 dB 24.9 dB
出纯净的频率点信号。考虑到干扰声源的稀疏性和
声源组合 纯流水声 声源组合 5 声源组合 6
时变性，在较长时间下可以在全频率范围内挑选出
声压级差 18.2 dB 21.9 dB 21.1 dB
仅来源于目标方向的纯净信号。由于单频点 DOA
估计算法准确率存在一定误差 [16] ，所以选择保留 表 3 算法处理后的声压级估计偏差
ˆ
θ(ω) ∈ 29 ± 5 的频率点信号，对于挑选出的信号进 Table 3 SPL estimation deviation without
◦
行累计并计算出目标信号的声压级偏差 [17] 。 algorithm processing
为了验证实验方案的有效性与精确性，首先计
声源组合 纯变压器噪声 声源组合 1 声源组合 2
算了直接进行波束形成的声压级偏差，校准偏差取
声压级差 21.3 dB 21.5 dB 21.5 dB
5次测量值的平均，实验结果见表2。
声源组合 纯空调外机噪声 声源组合 3 声源组合 4
然后对混合噪声进行频点挑选处理，再计算声
声压级差 20.2 dB 20.3 dB 20.4 dB
压级校准偏差，实验结果见表3。
声源组合 纯流水声 声源组合 5 声源组合 6
从表2中可以看出，3种不同类型的目标声源具
声压级差 18.1 dB 18.2 dB 18.2 dB
有不一样的声压级差值，这是由于阵列传声器在低

0.4 300 300
0.3 250 250
0.2 200 200
ܦԍ/Pa 0.1 0 К࠱ᝈ/(O) 150 К࠱ᝈ/(O) 150

-0.1 100 100
-0.2 50 50
-0.3 0 0
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s ᮠဋག
(a) ႀԠᏦ͜ܦ٨ᝮैᄊܦູጸՌ4ηՂ (b) ᤌ፞௑ᫎʾᄊК࠱ᝈͥᝠ (c) ӭᮠགК࠱ᝈͥᝠ

图 7 TDOA 法估计声源位置
Fig. 7 Estimate the location of the sound source by TDOA