臺灣博碩士論文加值系統

空間聲源定位在現今社會中應用廣泛，工程師用聲源定位的方式找到機械噪音源的準確位置，從而移除或降低噪音的影響，本研究的內容是在數值模擬和實驗中，利用我們建立的聲源定位模型來即時算出各種聲源所在的位置，並在數值模擬中探討雙聲源的情形，我們也會在研究中探討影響實驗定位誤差的原因。在聲源定位中，三角定位法是較常使用的定位方法，三角定位法假設環境是在自由聲場，介質均勻而各方向性質都相同，聲波的傳播是向所有方向發射且沒有反射或邊界的影響，聲波是在固定的速度下直線傳播，在三角定位法中時間延遲量(TDOA,Time Difference of Arrival)是影響聲源定位的重要參數，因此本研究以計算量並不繁複且能及時定位的三角定位法來作聲源定位。研究第一階段是聲源定位法理論推導，建立起一套我們的聲源定位模型，第二階段是利用數值模擬的方式算出聲源的位置，第三階段為實驗設備的架構與建立說明。本研究的目標是建立一套能即時定位的聲源定位法來測得聲源位置。在數值模擬的部分我們達成這個目標，且能做到多聲源加入雜訊的聲源定位，而在實驗的部分，我們僅完成特定聲源的單聲源定位的目標，我們仔細探討發現時間延遲量是影響定位誤差關鍵的因素，而麥克風接收到訊號之間的波形必須非常接近，才能讓交相關得到的時間延遲量最為準確，因此麥克風接收到訊號之間的波形差異是影響實驗定位誤差的原因之一。

The content of this study uses a sound source localization model to instantly calculate the location of various sound sources in the numerical simulation and the experiment. In the numerical simulation, we discuss conditions of two sound sources and also explore the reasons which influence the experimental error in the research. In sound source localization, triangulation sound source localization is the most commonly used. In the triangulation method, TDOA(Time Difference of Arrival) is an important parameter affecting the localization. This study uses the triangulation method to do sound source localization. In the numerical simulation, we achieve this goal, and can do localization of multiple sources with added noise. In the experimental part, we complete the specific sound source of the single-source localization. We carefully explore and find that TDOA is the key factors affecting the error of the experiment. And the waveform received by the microphones must be very close to make the TDOA of cross-correlation most accurate. Therefore, the difference of the waveforms among microphones is one of the factors that affect the error of the experiment.

摘要 I
Extended Abstract II
致謝 VIII
目錄 IX
圖目錄 XII
表目錄 XV
符號表 XVII
第一章 緒論 1
1-1.研究背景與動機 1
1-2.文獻探討與回顧 1
1-3.研究內容與章節架構 2
第二章 聲源定位法 3
2-1.建立聲源定位型 3
2-2.聲源定位法公式推導 4
2-2-1.平面方程式推導 4
2-2-2.立體方程式推導 5
2-2-3.聲源定位誤差 6
2-3.聲源定位流程 7
2-3-1. 單聲源定位流程 7
2-3-2. 雙聲源定位流程 7
第三章 聲源定位法數值模擬 8
3-1.單聲源數值模擬 8
3-1-1. sine wave聲源訊號 8
3-1-2. chirp signal聲源訊號 14
3-1-3. sine*cosine wave聲源訊號 21
3-2.雙聲源數值模擬 26
3-2-1.sine wave雙聲源訊號 27
3-2-2.chirp signal雙聲源訊號 31
3-2-3.sine*cosine wave雙聲源訊號 35
3-3.雙聲源加入雜訊數值模擬 39
3-3-1. sine wave雙聲源訊號加入雜訊 39
3-3-2. chirp signal雙聲源訊號加入雜訊 43
3-3-3. sine*cosine wave雙聲源訊號加入雜訊 47
第四章 聲源定位實驗 51
4-1.實驗配置架構 51
4-2.單聲源定位實驗 53
4-2-1.拍手聲聲源訊號 53
4-2-2.白雜訊聲源訊號 55
4-2-3. sine wave聲源訊號 57
4-2-4. chirp signal聲源訊號 59
4-2-5. sine*cosine wave聲源訊號 61
第五章 結果分析、比較與探討 63
5-1.數值模擬結果分析 63
5-2.實驗結果分析 63
5-3.數值模擬與實驗的比較 64
5-4.實驗誤差探討 68
第六章 結論與未來展望 70
6-1.結論 70
6-2.未來展望 71
參考文獻 72

[1] R. O. Schmidt, “New approach to geometry of range difference location,IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. Aes8, pp.821-835, 1972.
[2] W. R. Hahn and S. A. Tretter, “Optimum processing for delay-vector estimation in passive signal arrays, IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 19, pp. 608-614, 1973.
[3] S. F. Wu and N. Zhu, “Locating arbitrarily time-dependent sound sources in three dimensional space in real time, Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 128, No. 2, pp. 728-739, 2010.
[4] N. Zhu, “Locating and extracting acoustic and neural signals, Wayne State University Dissertations. Paper 422, pp. 1-50, 2011.
[5] 凃朝韡，“結合聲源定位與時間反轉法于聲源還原系統之開發研究，國立成功大學系統及船舶機電工程學系研究所碩士論文，中華民國一零三年六月。
[6] S. Birchfield and R. Gangishetty, “Acoustic localization by interaural level difference, International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, vol. 2 , pp. 1109–1112, 2005.
[7] Beamforming, B＆K Technical Review, No.1, 2004.
[8] W. Liu, S. Weiss, J. G. McWhirter and I. K. Proudler, “Frequency invariant beamforming for two-dimensional and three-dimensional arrays, Signal Processing, 87, pp. 2535-2543, 2007.
[9] J. H. Jeon and Y. H. Kim, “Localization of moving periodic impulsive source in a noisy environment, Mechanical Systems and Signal Processing, 22, pp. 753-759, 2008.
[10] M. Fink, “Time-reversal of ultrasonic fields Part i: Basic Principles, IEEE Trans. UFFC 39, pp. 555–566, 1992.
[11] F. Wu, M. Fink, “Time-reversal of ultrasonic fields Part ii: Experimental Results, IEEE Trans. UFFC 39, pp. 567–578, 1992.
[12] D. Cassereau, M. Fink, “Time-reversal of ultrasonic fields part iii: theory of the closed time-reversal cavity, IEEE Trans. UFFC 39, pp. 579–592, 1992.
[13] 林聖哲，“應用時間反轉法與微麥克風陣列於手機裝置之抗噪技術研究，國立成功大學系統及船舶機電工程學系研究所碩士論文，中華民國九十八年六月。
[14] 吳柏賢，“麥克風陣列訊號處理於聲源訊號分離與聲場重建之應用研究，國立成功大學系統及船舶機電工程學系研究所博士論文，中華民國九十九年七月。
[15] 曾宇淩，“應用適應性時間反轉法於聲源定位與訊號還源之研究，國立成功大學系統及船舶機電工程學系研究所碩士論文，中華民國一零五年六月。
[16] R. Schmidt, “Multiple emitter location and signal parameter estimation, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 34, no. 3, pp. 276–280, 1986.
[17] C. Ishi, O. Chatot, H. Ishiguro, and N. Hagita, “Evaluation of a MUSICbased real-time sound localization of multiple sound sources in real noisy environments, in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst. (IROS), pp. 2027–2032, 2009.
[18] 曾政傑，“基於多重訊號分類之聲源方位偵測，國立臺灣科技大學資訊工程系研究所碩士論文，2008。
[19] 郝鴻光，“基於多重訊號分類演算法之即時平面聲源定位系統，國立清華大學電機工程學系研究所碩士論文，中華民國一零二年七月。
[20] 涂季平，“噪音控制講義，2013。