聲源定位系統(tǒng)校準(zhǔn)研究與不確定度分析

陳杭升，姚　磊，王斌銳，孫旭朋，俞醒言，桑帥軍

（1.中國(guó)計(jì)量大學(xué)，浙江　杭州 310018；2.浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，浙江 杭州 310018）

聲源定位系統(tǒng)校準(zhǔn)研究與不確定度分析

陳杭升1，2，姚磊2，王斌銳1，孫旭朋1，2，俞醒言2，桑帥軍2

（1.中國(guó)計(jì)量大學(xué)，浙江杭州 310018；2.浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，浙江 杭州 310018）

針對(duì)波束形成原理聲源定位系統(tǒng)，介紹其功能、工作原理及校準(zhǔn)研究現(xiàn)狀，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)外各生產(chǎn)廠商對(duì)空間分辨力的經(jīng)驗(yàn)公式及影響因素，提出橫向空間分辨力的定義并將其確定為關(guān)鍵校準(zhǔn)參數(shù)之一。在校準(zhǔn)方法研究中，闡述選擇非相干純音差頻信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)的原因及頻差選取的原則，計(jì)算出不同差頻對(duì)橫向空間分辨力相對(duì)誤差的影響；研究確定聲源定位成像圖形上顯示動(dòng)態(tài)范圍為3dB。此外構(gòu)建計(jì)量校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)聲源系統(tǒng)（雙聲源）、信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)、信號(hào)采集分析系統(tǒng)、傳動(dòng)及控制系統(tǒng)等。最后提出橫向空間分辨力校準(zhǔn)方法，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及測(cè)量不確定度評(píng)定分析。研究結(jié)果為國(guó)內(nèi)外聲源定位系統(tǒng)橫向空間分辨力的校準(zhǔn)提供技術(shù)和方法基礎(chǔ)。

波束形成原理；聲源定位；橫向空間分辨力；校準(zhǔn)裝置；不確定度

0　引言

波束形成原理聲源定位系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量一定空間內(nèi)聲波信號(hào)到達(dá)各傳聲器的相位差異及對(duì)應(yīng)幅值［1］，用圖像的方式顯示聲源在空間的分布及對(duì)應(yīng)聲場(chǎng)。系統(tǒng)將聲音轉(zhuǎn)換成人眼可見(jiàn)的圖像，幫助人們“看到”聲場(chǎng)與噪聲源，直觀地確定噪聲源的位置。聲源定位系統(tǒng)主要包括傳聲器陣列、陣列信號(hào)采集分析單元及陣列信號(hào)分析軟件等。

聲源定位系統(tǒng)的售價(jià)較高，其技術(shù)參數(shù)、準(zhǔn)確度、使用指南和系統(tǒng)設(shè)置等均由各生產(chǎn)廠商提供，且每個(gè)廠家提出的參數(shù)名稱、指標(biāo)也不盡相同，特別是涉及到對(duì)該系統(tǒng)購(gòu)置選型時(shí)，很多單位不能很好地辨別不同品牌聲源定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，這對(duì)用戶造成很大困擾。國(guó)內(nèi)外對(duì)聲源定位系統(tǒng)校準(zhǔn)研究相關(guān)文章少之又少。VINCENT等［2］提出對(duì)聲源分離的能力評(píng)價(jià)，YARDIBI等［3］則對(duì)聲源定位系統(tǒng)在單聲源識(shí)別過(guò)程中的不確定度做了分析。MORAN等［4］對(duì)移動(dòng)跟蹤的聲源定位陣列性能做了分析。經(jīng)過(guò)大量、多方調(diào)研得知國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有相關(guān)的計(jì)量方法和標(biāo)準(zhǔn)裝置來(lái)衡量聲源識(shí)別定位系統(tǒng)對(duì)多聲源的識(shí)別能力，這對(duì)計(jì)量部門開(kāi)展相關(guān)研究提出了迫切的要求。

本文首先介紹波束形成原理聲源定位系統(tǒng)的工作原理以及校準(zhǔn)意義，定義橫向空間分辨力這一關(guān)鍵校準(zhǔn)參數(shù)，確定測(cè)試信號(hào)和顯示的動(dòng)態(tài)范圍，構(gòu)建校準(zhǔn)裝置，最終確認(rèn)此參數(shù)的校準(zhǔn)方法。最后對(duì)兩套聲源定位系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)并且評(píng)定測(cè)量不確定度。

1　聲源定位系統(tǒng)原理與橫向空間分辨力定義

波束形成法利用一組在空間固定位置上分布的傳聲器組成的陣列對(duì)空間聲場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量［5］，對(duì)每個(gè)傳聲器測(cè)得的聲壓脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特殊的處理，就可以獲得相關(guān)聲場(chǎng)的詳細(xì)聲源信息［6］。在信號(hào)處理學(xué)科，這種對(duì)傳聲器陣列信號(hào)的處理算法稱為“波束形成（beamforming）”，而傳聲器陣列的聚焦方向稱為“波束”［7-8］。

圖1　聲源定位系統(tǒng)原理圖

最后將歸一化的值進(jìn)行處理得到噪聲源在某位置處的等效聲壓值：

進(jìn)而得到噪聲相片平面內(nèi)各位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效聲壓值，從而實(shí)現(xiàn)聲源的定位與識(shí)別。

聲源定位系統(tǒng)最主要的能力之一為可分辨兩個(gè)及多個(gè)噪聲源，國(guó)內(nèi)外各廠商采用空間分辨力來(lái)衡量該能力。橫向空間分辨力是垂直于聲束方向上所能分辨的最小距離，與聲束的寬窄密切相關(guān)。當(dāng)聲束直徑小于該空間分辨力時(shí)，聲源定位系統(tǒng)可分辨出兩聲源［11］。此參數(shù)用于描述聲源定位系統(tǒng)對(duì)多個(gè)聲源的分辨能力，目前被各大生產(chǎn)廠家所認(rèn)可?；诖?，本文將橫向空間分辨力確定為聲源定位系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)之一，橫向空間分辨力數(shù)值越小，陣列對(duì)多聲源的識(shí)別效果越好。

國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品對(duì)橫向空間分辨力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式及影響因素各異。例如德國(guó)BBM公司認(rèn)為空間分辨力為Raxis=α·R·λ/D，中科院聲學(xué)所認(rèn)為其與陣列的直徑有關(guān)，比利時(shí)LMS公司認(rèn)為其在近場(chǎng)時(shí)Raxis=0.44λ；法國(guó)ACB公司認(rèn)為橫向空間分辨力與距離成反比，與陣列尺寸成正比。實(shí)際測(cè)量時(shí)，橫向空間分辨力Raxis的經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá)為

式中：α——麥克風(fēng)個(gè)數(shù)；

R——兩聲源之間的距離，m；

f——聲波頻率，Hz；

c——聲波聲速，m/s；

D——陣列直徑，m。

由式（3）可知，橫向空間分辨力隨波長(zhǎng)增加而降低，陣列的孔徑越大分辨力越高，但是隨著測(cè)量距離的加長(zhǎng)，分辨力降低。

本文結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及各廠商的技術(shù)資料，定義橫向空間分辨力為：在與聲陣列軸向垂直方向上可分辨的兩個(gè)聲源的聲中心之間的最小距離。如圖2所示，聲源定位系統(tǒng)成像圖形上兩聲源成像邊界相切時(shí)，聲壓最大值處到其對(duì)應(yīng)邊界的距離r1與r2之和即為橫向空間分辨力。

圖2　橫向空間分辨力示意圖

2　橫向空間分辨力校準(zhǔn)方法研究

2.1測(cè)試信號(hào)的確定

校準(zhǔn)空間分辨力時(shí)，需要不斷改變雙聲源的距離來(lái)得到校準(zhǔn)結(jié)果。用于校準(zhǔn)的聲源應(yīng)具備穩(wěn)定的聲壓級(jí)及頻率。聲源A與B若為相干聲源，則隨著A與B距離的不同，A對(duì)B聲場(chǎng)的干涉影響也將不同，因此聲源以及聲場(chǎng)的空間穩(wěn)定性和重復(fù)性會(huì)隨著A與B空間的變化而變化，此影響會(huì)使空間分辨力校準(zhǔn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，本文選取合適的非相干聲源進(jìn)行校準(zhǔn)。選取差頻純音信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。

對(duì)于中心頻率為f0的空間分辨力，在前期的試驗(yàn)過(guò)程中，考慮兩種差頻方式的選?。阂灾行念l率的一定百分比為頻率差或用固定頻率差的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

本文采用第2種頻率差選取方法。由波束形成原理算法可知，系統(tǒng)的橫向空間分辨力在其他條件不變的情況下與頻率成反比，頻率的改變對(duì)R的誤差可由f1與f2的對(duì)稱選取來(lái)部分抵消。選取關(guān)于中心頻率點(diǎn)f0對(duì)稱的差頻信號(hào)f1與f2，如下式所示

在選取頻率差時(shí)，按照經(jīng)驗(yàn)式（3）得到x=Δf/f對(duì)橫向空間分辨力相對(duì)誤差rR的關(guān)系如式（5）所示，表1列出了不同的x對(duì)應(yīng)的rR數(shù)值。

由表可知，當(dāng)x＞1%時(shí)，由兩聲源頻差引起的相對(duì)誤差≤0.01%，取x為0.5%，由兩聲源頻差引起的相對(duì)誤差為0.0025%，幾乎可以忽略不計(jì)。按照目前國(guó)內(nèi)外聲源定位系統(tǒng)可測(cè)量到的最低的頻率下限400Hz，其0.5%為Δf=2Hz，且隨著頻率的升高，x越來(lái)越小，其對(duì)橫向空間分辨力相對(duì)誤差的影響更小，故本文最終確定頻差Δf固定為2Hz，作為兩聲源與測(cè)量中心頻點(diǎn)f0的頻差。

表1　400Hz時(shí)不同頻差百分比Δf/f對(duì)橫向空間分辨力相對(duì)誤差的變化值

2.23dB顯示動(dòng)態(tài)范圍的確定

為得到聲源定位系統(tǒng)橫向空間分辨力，需要調(diào)整系統(tǒng)成像動(dòng)態(tài)范圍以確定兩聲源的成像邊界，故成像圖形上動(dòng)態(tài)范圍的確定顯得尤其重要。如果動(dòng)態(tài)范圍選擇過(guò)大（如10 dB），則可能出現(xiàn)虛像和旁瓣，影響空間分辨力的校準(zhǔn)；若動(dòng)態(tài)范圍過(guò)小（＜1 dB），則不能有效表征聲源定位系統(tǒng)對(duì)聲源的分辨能力。

波瓣寬度指陣列接收到的輻射圖中低于峰值3 dB處所成夾角的寬度，又稱為半功率（角）瓣寬、3dB波束寬度或者半功率波束寬度。聲場(chǎng)方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內(nèi)，把相對(duì)最大輻射方向場(chǎng)強(qiáng)降到0.707倍處的夾角也稱為半功率波束寬度。根據(jù)上述定義并結(jié)合國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠商的定義，提出聲源定位系統(tǒng)成像圖形上顯示3dB動(dòng)態(tài)范圍來(lái)確定橫向空間分辨力，物理含義為聲源半功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的主瓣寬度，體現(xiàn)在顯示圖形上即為兩聲源半功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成像半徑r1與r2之和。

2.3計(jì)量校準(zhǔn)裝置的構(gòu)建

本項(xiàng)目構(gòu)建聲源定位系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置如圖3所示，包括標(biāo)準(zhǔn)聲源系統(tǒng)（雙聲源）、信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)、信號(hào)采集分析系統(tǒng)、傳動(dòng)及控制系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)聲源系統(tǒng)包括喇叭、漸變截面管［11］和聲源箱，用于產(chǎn)生近似點(diǎn)聲源聲場(chǎng)［12］；信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生裝置、功率放大器等，負(fù)責(zé)產(chǎn)生特定頻段的電信號(hào)并進(jìn)行放大；信號(hào)采集分析系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)聲信號(hào)的采集和分析功能，傳動(dòng)及控制系統(tǒng)采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)滑塊，通過(guò)滑塊的移動(dòng)帶動(dòng)安裝在其上部的聲源橫向移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)雙聲源的自動(dòng)移動(dòng)以及距離位移的反饋，極大地提高了校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度，最終實(shí)現(xiàn)橫向空間分辨力的校準(zhǔn)。

2.4校準(zhǔn)方法的確定

圖4為連接定位系統(tǒng)和校準(zhǔn)裝置。根據(jù)橫向空間分辨力定義及上述分析，測(cè)量頻點(diǎn)按1/3倍頻程取點(diǎn)，調(diào)節(jié)聲源定位系統(tǒng)圖形顯示動(dòng)態(tài)范圍為3dB。將兩個(gè)聲源分別發(fā)出中心頻率fi+2 Hz、fi-2Hz的純音信號(hào)，并且校準(zhǔn)至相同聲壓級(jí)（該聲壓級(jí)需比背景噪聲高20dB以上）。將校準(zhǔn)裝置的中心點(diǎn)正對(duì)被校準(zhǔn)定位系統(tǒng)的中心點(diǎn)，相隔距離為1m。將聲源1和聲源2調(diào)節(jié)至距離最近，同時(shí)發(fā)出上述純音信號(hào)，增大兩聲源之間的橫向距離直到成像圖形上兩聲源成像的邊界相切（圖5為1kHz頻點(diǎn)下兩聲源成像相切對(duì)應(yīng)的成像圖形、圖6為4kHz頻點(diǎn)下兩聲源成像相切對(duì)應(yīng)的成像圖形），讀出r1和r2，則橫向空間分辨力如下式：

式中：R——橫向空間分辨力，mm；

r1——標(biāo)準(zhǔn)聲源1在成像圖形上聲壓最大值處到其邊界的距離，mm；

圖3　校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置示意圖

r2——標(biāo)準(zhǔn)聲源2在成像圖形上聲壓最大值處到其邊界的距離，mm。

3　實(shí)驗(yàn)研究及測(cè)量不確定度評(píng)定

3.1實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

本文實(shí)驗(yàn)在（13 m×10 m×9 m）的全消聲室內(nèi)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室本底噪聲為：-1.0dB（A），被測(cè)樣品為：德國(guó)GFAI公司的Acoustic Camera（48陣元）、丹麥B&K公司的Slice Wheel array（60陣元）。被測(cè)樣品置于校準(zhǔn)裝置前1m處，正對(duì)校準(zhǔn)裝置軸對(duì)稱中心。校準(zhǔn)使用的主要儀器設(shè)備為丹麥B&K公司的3560B型聲頻信號(hào)發(fā)生器、聲學(xué)信號(hào)分析儀，4231聲校準(zhǔn)器，4190工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器和本項(xiàng)目研制的標(biāo)準(zhǔn)聲源系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)情況照片如圖7、圖8所示。

3.2測(cè)量不確定度評(píng)定

3.2.1測(cè)量模型

根據(jù)本課題的方法，橫向空間分辨力測(cè)量不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型如式（6）所示。當(dāng)兩聲源最大聲壓級(jí)存在差值時(shí)（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)聲源2聲壓級(jí)較?。瑫?huì)造成聲壓級(jí)小的聲源在成像圖形上顯示的動(dòng)態(tài)范圍變?yōu)椋?-Δp）dB，進(jìn)而會(huì)影響其顯示的圖形半徑r2（Δp）dB，Δp的出現(xiàn)對(duì)空間分辨力的相對(duì)誤差ΔR/R可以用式（7）近似得到（其中假設(shè)主瓣波形近似為三角形波形）：

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定

校準(zhǔn)空間分辨力參數(shù)時(shí)，A類不確定度主要來(lái)源于測(cè)量的重復(fù)性［13］，在各測(cè)試中心頻率上的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，u1取各頻點(diǎn)中最大標(biāo)準(zhǔn)差，為13.2。

3.2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定

以1kHz為例進(jìn)行橫向空間分辨力不確定度的評(píng)定，B類不確定度主要來(lái)源于：信號(hào)發(fā)生器輸出穩(wěn)定性［13］、信號(hào)分析儀穩(wěn)定性、揚(yáng)聲器輸出穩(wěn)定性［14］以及標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器。

圖5　1kHz頻點(diǎn)下成像圖形

圖6　4kHz頻點(diǎn)下成像圖形

圖7　樣品1實(shí)驗(yàn)實(shí)物裝置照片

圖8　樣品2實(shí)驗(yàn)實(shí)物裝置照片

1）信號(hào)發(fā)生器輸出穩(wěn)定性引入的不確定度u2

B&K 3560B信號(hào)分析儀信號(hào)輸出穩(wěn)定性為±0.02dB，故引起成像圖形上兩聲源最大聲壓級(jí)之差Δp1=0.04 dB，按照均勻分布計(jì)算，故由此引入的不確定度分量u2為

2）信號(hào)分析儀穩(wěn)定性引入的不確定度u3

信號(hào)分析儀的測(cè)量穩(wěn)定性優(yōu)于±0.02dB，故引起成像圖形上兩聲源最大聲壓級(jí)之差Δp2=0.04 dB，按照均勻分布計(jì)算，故由此引入的不確定度分量u3為

3）揚(yáng)聲器輸出穩(wěn)定性引入的不確定度u4

揚(yáng)聲器的輸出穩(wěn)定性優(yōu)于±0.1 dB，故引起成像圖形上兩聲源最大聲壓級(jí)之差Δp3=0.2dB，按照均勻分布計(jì)算，故由此引入的不確定度分量u4為

4）標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器引入的不確定度u5

標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器的靈敏度級(jí)校準(zhǔn)的測(cè)量擴(kuò)展不確定度優(yōu)于0.3dB（k=3），故引起成像圖形上兩聲源最大聲壓級(jí)之差Δp4=0.3/3dB=0.1dB，按照均勻分布計(jì)算，故由此引入的不確定度分量u5為

3.2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于各分量獨(dú)立無(wú)關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度［14］為

1）擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則聲源定位系統(tǒng)在1000Hz的擴(kuò)展不確定度為

2）其他頻點(diǎn)擴(kuò)展測(cè)量不確定度

同理，其他頻率點(diǎn)的不確定度評(píng)定與1000Hz的評(píng)定類似，樣品1與樣品2的結(jié)果如表3所示。

表2　樣品1空間分辨力的測(cè)量重復(fù)性

表3　樣品2空間分辨力的測(cè)量重復(fù)性

表4　橫向空間分辨力的測(cè)量擴(kuò)展不確定度

4　結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合波束形成原理聲源定位系統(tǒng)工作原理及影響因素，對(duì)橫向空間分辨力進(jìn)行了定義并確定為關(guān)鍵校準(zhǔn)參數(shù)之一，研究此參數(shù)的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)裝置，對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1）對(duì)橫向空間分辨力進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，采用非相干純音能較好的保證校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，2 Hz的頻差可較好地滿足橫向空間分辨力校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性及一致性。

2）提出成像圖形上聲源半功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的3 dB動(dòng)態(tài)范圍所確定兩聲源的成像邊界，可分辨出兩聲源。

3）研制聲源定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)裝置，其中研制的標(biāo)準(zhǔn)聲源系統(tǒng)包括喇叭、漸變截面管和聲源箱，用于產(chǎn)生近似點(diǎn)聲源聲場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橫向空間分辨力的校準(zhǔn)計(jì)量。

4）校準(zhǔn)空間分辨力參數(shù)時(shí)，A類不確定度主要來(lái)源于測(cè)量的重復(fù)性，B類不確定度主要來(lái)源于信號(hào)發(fā)生器輸出穩(wěn)定性、信號(hào)分析儀穩(wěn)定性、揚(yáng)聲器輸出穩(wěn)定性以及標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器。

［1］沈松，應(yīng)懷樵，劉進(jìn)明.基于波束形成的噪聲源識(shí)別方法的應(yīng)用和比較［C］∥第二十屆全國(guó)振動(dòng)與噪聲高技術(shù)及應(yīng)用會(huì)議，2007.

［2］VINCENT E，GRIBONVAL R，F(xiàn)EVOTTE C.Performance measurement in blind audio source separation［J］.Audio SpeechandLanguageProcessingIEEETransactions，2006，14（4）：1462-1469.

［3］YARDIBIT，BAHR C，ZAWODNY N，et al.Uncertainty analysis of the standard delay-and-sum beamformerand arraycalibration［J］.Journal of Sound and Vibration，2010（13）：2654-2682.

［4］MORAN M L，GREENFIELD R J，WILSON D K.Acoustic array trackingperformanceunder moderatelycomplex environmentalconditions［J］.Applied Acoustics，2007，68 （10）：1241-1262.

［5］CIGADA A R F.The delay&sum algorithm applied to microphone array measurements：Numerical analysis and experimental validation［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2007（6）：2645-2664.

［6］KHANALS，SILVERMANHF，SHAKYA R R.A free-source method（FrSM）for calibrating a largeaperturemicrophonearray［J］.AudioSpeechand LanguageProcessingIEEETransactions，2013，21（8）：1632-1639.

［7］張金圈.基于波束形成技術(shù)的噪聲源識(shí)別與聲場(chǎng)可視化研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［8］褚志剛，段云煬，沈林邦，等.奇異值分解波束形成聲源識(shí)別方法［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2014，28（11）：1177-1184.

［9］趙芳芳.波束形成方法在噪聲源識(shí)別應(yīng)用中的仿真和實(shí)驗(yàn)研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2007.

［10］張斌，李朝暉.光電成像系統(tǒng)的分辨率鑒定與測(cè)量技術(shù)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（1）：177-179.

［11］范瑜晛，劉克，楊軍.漸變截面熱聲波導(dǎo)管內(nèi)的聲流解析模型［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào)，2012（3）：252-262.

［12］周維夫，LAWRENCE D.點(diǎn)聲源技術(shù)和應(yīng)用［C］∥2007年聲頻工程學(xué)術(shù)交流年會(huì)及三省一市聲學(xué)會(huì)議，2007.

［13］BATTISTAL，SCHENAE，SCHIAVONEG，et al. Calibration and uncertainty evaluation using monte carlo method of a simple 2D sound localization system［J］. Sensors Journal IEEE，2013（9）：3312-3318.

［14］YARDIBIT，BAHR C，ZAWODNY N，et al.Uncertainty analysis ofthestandard delay-and-sumbeamformer andarraycalibration［J］.JournalofSoundand Vibration，2010（13）：2654-2682.

（編輯：劉楊）

Calibration of sound source localization system and uncertainty analysis

CHEN Hangsheng1，2，YAO Lei2，WANG Binrui1，SUN Xupeng1，2，YU Xingyan2，SANG Shuaijun2
（1.China Jiliang University，Hangzhou 310018，China；2.Zhejiang Province Institute of Metrology，Hangzhou 310018，China）

The passage introduces the function，principle and research in calibrating sound source localization system using beamforming method.Combined with the spatial resolution experienced formulas and influencing factors provided by domestic and foreign manufacturers，we put forward the definition of transverse space resolution and make it as one of the key calibration parameters. In the study of calibration procedure，we explain the reason for choosing incoherent pure tone signal which is indifference frequency asthe testsignal andprinciplesinfrequencygap selection，calculated the influence of different frequency gap in the relative error of transverse spatial resolution；the dynamic range of 3 dB is confirmed on imaging graphic of sound source localization system.In addition，the calibration device is presented，which includes standard source system（double sound source），signal generation system，signal collection and analysis system，drive and control system，etc.And then，the transverse space resolution calibration method is put forward，relevant experiment and the analysis of uncertainty evaluationfollows. This research results offers a good technical basis and method for domestic and foreign to the calibration of transverse space resolution to sound localization system.

beamforming method；sound source location；spatial resolution；calibration device；uncertainty

A

1674-5124（2016）08-0017-06

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.08.004

2015-09-20；

2015-11-21

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)（2013YQ47076511）；浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)科研計(jì)劃（20120216）

陳杭升（1991-），女，浙江杭州市人，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)榭刂乒こ獭?/p>