互谱波束形成声源识别中的传声器阵列布局研究.pdfVIP

学兔兔 第5期 (总第156期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．5 2009年 10月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MAT10N 0ct． 文章编号：1672—6413(2009)05—0105—03 互谱波束形成声源识别中的传声器阵列布局研究 任国栋，毕传兴，陈 剑 (合肥：Jr-业大学 噪声振动工程研究所，安徽 合肥 230009) 摘要：基于传声器阵列的波束形成算法是噪声源识别的重要方法之一。在对基于互谱的波束形成基本原理和几 种常见阵列指向性研究的基础上，提出了随机三圆环阵列布局。针对现实中多为宽带信号，基于宽带信号用互 谱波束形成方法对几种阵列进行了仿真比较。结果表明随机三圆环阵列可以得到很好的识别效果，并且可以减 少传声器的个数，降低成本。 关键词：波束形成；声源识别；传声器；阵列 中图分类号：TB53 文献标识码：A 0 弓I言 ( =1，2，…， )，在阵列的前面是脉动球声源， 个 近场声全息(NAH)技术经过很长时间的发展已 传声器测量得到声压值 。通过对重建面的逐点扫描 经日趋成熟，广泛应用于近距离测量和对中低频噪声 改变阵列的聚焦方向，分别计算各个方向的延时，实 源的识别。波束形成(Beamforming)是基于传声器阵 现对重建面的重建，从而实现对多个声源的识别。对 列的一种信号处理方法，适合中高频和中长距离声源 声压值 分别进行延时求和得到焦距点的声压值： 的识别。相对于近场声全息法必须要求规则阵列，波 M _、 束形成方法可以用不规则阵列，比如随机阵列，对传 b(r，￡)=2_5W 声 (￡一A (，))。…………… (1) 声器的数量要求大大降低。对于波束形成算法，传声 其中：W 为第 个传声器的加权系数，在此取W ==： 器阵列的布局对识别效果影响很大，选择合适的阵列 1； (，)为当聚焦到某一点时，第 个传声器相对于 形式可以遏制旁瓣，避免一定的混叠现象，提高识别 参考点的时延， (，．)一 上 精度，减少传声器的数量。本文改进三圆环阵列为随 ， 为参考点到 机三圆环阵列，让传声器在三圆环上随机分布，研究 聚焦点的距离，lr—rJ I为第 个传声器到聚焦点的距 其指向性和声源识别效果，并且和十字、三圆环和网 离，c为声音传播的速度。式(1)的频域形式为： 络阵列进行比较。结果表明随机三圆环阵列可以得到 』lf ] 很好的识别效果，且使用传声器数量少，降低了成本， B(r， )一2_5W…P (o2)e 。 ………… (2) 有一定的实用性。 其中：∞一27c厂，f为频率。根据上面的公式和测量信 1 波束形成基本原理 号就可以重建出在测量面和声源面之间任一平面的声 基于波束形成的噪声源识别技术是通过传声器阵 压信息。 列实现的，根据各个传声器接收的声音信号的时问差 2 基