【技术实现步骤摘要】
基于声学超材料的单通道多声源定位与分离装置及方法
本专利技术涉及声源定位与分离领域，特别涉及基于声学超材料的单通道多声源定位与分离装置及方法。
技术介绍
在人工系统中，声源定位和分离的传统方法常常需要使用两个及以上的麦克风，该方法的定位和分离的精度往往受到阵列物理尺寸和麦克风个数的限制，不仅不便于安装和操控，处理多通道信号的计算成本往往也很大，导致在一些特殊场合无法得到应用。而对诸如人等许多生物体而言，仅依靠两只耳朵就能完成高精度的定位和分离任务,甚至只需要一只耳朵。导致这种差异的原因主要有两个：首先，人的耳朵并不像麦克风一样是直接裸露在空气中的，声波到达耳膜之前会受到头部、肩膀、外耳和耳道等一系列散射作用，由于这些结构是不规则的，因此最终收到的来自空间各个方向的信号也就具有了差异性，而人脑正是基于这样的差异性完成后续的定位和分离任务的，上述散射过程被建模为头部相关传递函数(Head-relatedtransferfunction,HRTF)。其次，人脑有很强的学习能力，可以基于自己多年的听音经验所获得的先验知识，对声音进行...
【技术保护点】
1.一种基于声学超材料的单通道多声源定位与分离装置，其特征在于，所述装置包括：超材料球壳、麦克风、信号采集模块和信号处理模块；/n所述的超材料球壳包括三层同圆心的半球，每层半球的表面均设置多个尺寸不同的圆孔，圆孔之间无重叠；各层之间设置若干块横向和纵向的隔板；所述的超材料球壳用于对来自三维空间中不同方向的信号进行物理层的编码；/n所述单通道麦克风置于球壳的球心处；用于拾取被超材料球壳调制的信号；/n所述信号采集模块，用于对麦克风的输出信号进行采集；/n所述信号处理模块，用于存储训练得到的相关参数和字典，还用于利用相关参数和字典对采集的信号进行定位与分离。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于声学超材料的单通道多声源定位与分离装置，其特征在于，所述装置包括：超材料球壳、麦克风、信号采集模块和信号处理模块；
所述的超材料球壳包括三层同圆心的半球，每层半球的表面均设置多个尺寸不同的圆孔，圆孔之间无重叠；各层之间设置若干块横向和纵向的隔板；所述的超材料球壳用于对来自三维空间中不同方向的信号进行物理层的编码；
所述单通道麦克风置于球壳的球心处；用于拾取被超材料球壳调制的信号；
所述信号采集模块，用于对麦克风的输出信号进行采集；
所述信号处理模块，用于存储训练得到的相关参数和字典，还用于利用相关参数和字典对采集的信号进行定位与分离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的超材料球壳的三层半球的半径分别为24cm,16.8cm,7.2cm；共设置8块横向的隔板和16块纵向的隔板，把球壳的腔体分为24个独立区域；最内层的半球的底面上设置吸声棉。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的超材料球壳的材料为塑料或金属。
4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述的超材料球壳采用3D打印、激光切割或数控加工制成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述麦克风为全指向性麦克风。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相关参数和字典的训练步骤包括：
步骤101)对需要定位的三维空间进行网格划分，离散成N个格点，编号为1～N；
步骤102)选定语料库，包含M种不同的信号，编号为1～M；
步骤103)在所有格点处放置扬声器，依次播放语料库中的所有信号作为训练信号；
步骤104)训练信号在空间中自由传播至超材料球壳表面，被超材料球壳调制后，由麦克风拾取，信号采集模块对麦克风的输出信号进行采集，输出至所述信号处理模块；
步骤105)所述信号处理模块对训练信号进行分帧、加窗和短时傅里叶变换处理，得到每个训练信号每一帧的频谱，作为该训练信号的训练集；
第n个格点的第m个音频信号的训练集组成的矩阵Xnm为：
其中，为第q帧信号的频谱在ωp频率处的幅值，其中p＝1,2,...,P,q＝1,2,...,Q，P为短时傅里叶变换的总频点数，Q为信号分帧的总帧数；
步骤106)将所有信号的训练集的矩阵进行合并，得到全部信号的训练集矩阵
X＝[X11…X1MX21…X2M…XN1…XNM]
计算矩阵X每一维特征的均值μ和标准差σ：
μ＝[μ1,μ2,...,μP]T,
σ＝[σ1,σ2,...,σP]T,
其中，xij为矩阵X第i行第j列的元素；L为训练集样本总数，L＝Q×M×N；μi为均值μ的第i个分量；σi为标准差σ的第i个分量；
步骤107)对矩阵X进行标准化...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪聪，贾晗，杨军，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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