什么是声源定位,​声源定位原理

什么叫声源定位

声源定位能力是指判断声源位置的能力，包括对声源水平方位、垂直方位及声源与听者距离的识别。良好的声源定位能力能帮助人们判定声音位置，与人交流，逃离危险，这是人与动物的一项基本生理功能。声源定位能力与听力（听敏度）共同构成了完整的听觉功能，两者缺一不可。

垂直方位的声源定位能力与双侧耳廓的频谱效应有关。因为在生活中不常用到，在这里就不说了。

水平方位的声源对我们的日常生活影响较大，大脑对水平方位的声源定位主要取决于声音到达两耳的时间差和强度差。也就是说，离声源较近的一侧耳感知到声音更早，感知到的声音强度更大；离声源较远的一侧耳感知到声音更晚，感知到的声音强度更小。大脑对双耳感知的声音信号差别进行整合，判断声音位置。所以，当发生单耳或双耳听力下降时，人耳对声音信号的感知出现偏差，进而表现为声源定位能力的下降。

声源定位能力与听力（听敏度）共同构成了完整的听觉功能，两者是缺一不可的。声源定位异常往往是听觉通路受损的重要表现之一。

声源定位的作用

(1)日常生活密切相关

声源定位能力与定位声音来源及噪声下言语识别能力密切相关。当有车从背后驶来，良好的声源定位能力可以帮助我们快速定位声音来源，判断声源距离，然后借助视觉辅助快速做出反应，躲避危险。当我们置身于嘈杂环境中与人交流时，良好的声源定位能力可以帮我们快速定位交流对象，明确声源位置，集中注意力与其交谈，不至于迷失在环境噪声中，这就是噪声下言语识别能力。当聊天对象发生变化时，我们也能通过声源定位能力得知其方位，并将注意力转移，不至于因为寻找声音来源而错过其说的内容。

(2)人工耳蜗等辅听设备

国内外的大量研究发现，很多单侧聋、双耳听力下降单侧佩戴助听器、双耳重度或极重度感音神经性聋仅单侧耳蜗植入等单耳聆听的患者声源定位能力比听力正常者明显下降，这样的人群主观认为所有声音均来自于听力较好耳，对声源方向几乎没有判断能力，他们往往在安静环境下可以与人交流很好，但在嘈杂的餐厅、拥挤的车站、车水马龙的路上等噪声环境中，言语识别能力明显下降。研究表明声源定位能力是建立在双耳聆听的基础上，大部分双耳聆听的患者声源定位软件及噪音环境下的言语识别能力明显好于单耳聆听患者。

为了改善声源定位能力、安静及噪声下言语识别能力，获得更自然的声音感受，促进听觉言语和音乐欣赏能力的发展，获得较好的听觉效果，专家建议可行双侧同期耳蜗植入或双侧先后序贯植入，序贯植入的两次手术间隔越短，越有利于术后言语康复。如果选择单侧人工耳蜗植入，对侧有残余听力，可以考虑一侧行耳蜗植入，对侧验配助听器，即双模式佩戴.

声源定位原理

　　根据不同应用要求，有以下三种定位原理。

　　仿人双耳声源定位

　　人耳听觉系统能够同时定位和分离多个声源，这种特性经常被称作“鸡尾酒会效应”。用计算机模仿人类听觉生理和心理机制建立听觉模型，其研究范畴称为计算听觉场景分析。

　　双耳听觉定位跟踪多运动声源系统采用了一种新的跟踪算法。算法联合所有可靠频道间的概率，以便在目标空间中产生似然函数。似然函数描述了在一个特定的时间序列内的机动声源的方位角。最后利用隐马尔可夫模型来形成连续跟踪和自动地探测机动声源的数量。

　　基于时间差（TDOA）的声源定位

　　大多数声源定位都是基于到达时间差的方法。声波以一定速度在空气中传播，到达设置的不同位置，传声器的相位不同，根据这些传声器对同一声音录制的相位差别，可以求得同一声音到每对传声器的时间差值。

　　得到该时间差后，可以确定这个声源处于以这对传声器所处位置为焦点，到达时间差所对应的声音传输距离在参数的双曲面上。使用多对传声器得到多个双曲面，声源位置就处于这些双曲面的相交点。

　　基于声压幅度比的定位方法

　　这种方法利用不同传声器接收到的，来自同一声源的声音信号的声压幅度差异，实现声源定位。

　　利用盲信号分离算法实现混合声源信号的分离，根据谱估计的相似度确定接收信号中各声源的分配情况，结合幅度差异因子获得传感器的声源信号分布，再通过单声源的声压幅度比模型确定声源位置，实现多声源定位。

声源定位技术的应用

　　通过声源定位技术，可以确定产生问题的位置方位，在军事、工业、航空航天、智能制造等行业都有应用需求。

　　军事

　　声源定位技术可以用来测量在地面作战的炮兵阵地，找到隐藏在某地的狙击手位置，还可用于测量弹药试验火炮的着落点和空中炸点。

　　工业制造

　　当设备老化或发生其他故障时，会产生异于平常的工作噪声，通过定位噪音来源，从而对设备进行检修。同时声音信号的非接触性，可以有效避免振动信号数据采集困难。

　　智能机器人

　　在光线不足的情况下，或是在机器人“视野”无法到达的地方，机器人找不到目标在空间中的位置。当给智能机器人安装声源采集装置，在进行人机交互时，通过语音告诉机器人所在位置，机器人根据声源信号进行处理，得出声源具体位置后进行决策，使交互对象进入其“视野”之内。

　　为了提高声源定位分辨力，还需借助技术手段。计算机、人工神经网络等信号处理技术，与声源定位技术的相互融合，使被动声定位技术的功能更强大，为生活、生产满足更多精准定位的需求。

　　责任编辑：haq