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研究生: 廖科涵
Liao, Ke-Han
論文名稱: 數位麥克風陣列系統應用於即時聲源定位及聲音全像之開發研究
Development of the Application of the Digital Microphone Array System for the Real-Time Sound Source Localization and Acoustical Holography
指導教授: 涂季平
Too, Gee-Pinn
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 數位麥克風陣列即時聲源定位聲音全像時間反轉法脈衝響應函數
外文關鍵詞: Digital Microphone Array, Real-Time Sound Source Localization, Acoustical Holography, Time Reversal Method, Impulse Response Function
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  • 學術界對於聲源定位及聲音全像的研究已有許多不錯的成果,但早期量測系統所使用的硬體價格高且設備繁重,常因成本的因素無法普遍使用。
    本研究主要是開發數位麥克風陣列(5x6)系統建立能夠即時聲源定位並產生聲音全像圖。聲音全像技術簡單來說就是聲音照相機,讓聲音可以被眼睛所見,進一步做後續的分析或處理。在未知聲源訊號的情況下,將接收訊號利用時間反轉法還原的過程中,假設環境為自由聲場來快速求得環境脈衝響應函數,如此就能達到即時定位的效果。二維及三維空間的定位都能在模擬與實驗中完成準確定位之驗證。最後單聲源的即時定位實驗,聲源在距離麥克風陣列從10公分至2公尺的定位,定位誤差都在10%以下,而此結果在我們可以接受的範圍內。
    在單聲源模擬及實驗後,本文做了雙聲源的二維定位模擬,利用簡單的時間反轉法就能分離距離20公分的雙聲源。但距離縮小後,因為兩聲源波長的關係,可能造成無法判斷是雙聲源的情況,吾人認為需要更進一步的演算法或理論才能克服這個問題。

    This research is to develop a digital microphone array system to build a real-time sound source localization system and to produce acoustical holography. Acoustical holography can be understood as taking a photo of sound which can make post-processing easier. In the situation of free field with an unknowing signal, a source signal is restored by time reversal method (TRM) which was a free-field impulse response function (IRF) to achieve the goal of real-time sound source localization. Source localizations are carried out 2D and 3D space in simulations and experiments. In the experiment of localization of single source, the localization errors are below 10% when the distances between the sound source and digital microphone array are from 10 centimeters to 2 meters.
    This system can also be used to locate two sound sources at the same time if the distance between two sound sources are more than 20 centimeters. However, as the distance shortens, we possibly can’t identify double sound sources because of the wavelengths. In the future, maybe a new algorithm needed to explore this problem.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 IX 目錄 X 表目錄 XII 圖目錄 XIII 符號說明 XVII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 1 1.2.1 聲源定位 1 1.2.2 聲音全像 2 1.3 數位麥克風之系統架構 2 1.4 研究內容與論文架構 7 第二章 時間反轉法與聲源定位模型 9 2.1 時間反轉法與脈衝響應函數 9 2.1.1 時間反轉法 9 2.1.2 環境脈衝響應函數 12 2.1.3 聲源模型與到達時間 14 2.1.4 自由聲場之脈衝響應函數 15 2.2 聲源定位模型 16 2.2.1 二維定位模型 16 2.2.2 三維定位模型 20 2.2.3 時反定位問題與數值修正 20 第三章 聲源定位結合時間反轉法之模擬 25 3.1 前言 25 3.1.1 模擬流程與陣列還原訊號疊加 25 3.1.2 定位架構 28 3.2 單聲源模擬(範例一) 29 3.2.1 單聲源二維定位模擬 32 3.2.2 內插法之選用 35 3.2.3 單聲源三維定位模擬與聲音全像 37 3.3 單聲源模擬(範例二) 43 3.4 雙聲源模擬 47 第四章 即時定位系統與實驗 62 4.1 實驗流程與配置 62 4.1.1 實驗流程 62 4.1.2 聲源 62 4.1.3 麥克風架與麥克風陣列 64 4.1.4 輸入參數與控制介面 66 4.2 即時定位系統之實驗 68 4.3 結果分析與討論 70 第五章 結論與未來展望 75 5.1 結論 75 5.2 未來展望 76 參考文獻 77 附錄一 80

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    下載圖示 校內:2020-07-01公開
    校外:2020-07-01公開
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