日常生活中，人耳會對聽到的聲音自動進行識別定位：在嘈雜的環境中與人交談，耳朵幫助我們定位交流對象，集中注意力與其交談；當汽車從身后駛來，耳朵讓我們快速判斷聲源距離，預警危險......這些“聽音辨位”的能力，就是人耳的聲源定位能力。

人耳的“聽聲辯位”功能解決了部分生活問題，但在現代工業生產中，人耳在識別精度和時間上存在一定局限性，無法滿足復雜的工業環境下的聲源定位：

在環境嘈雜、設備繁多的工廠中，人耳無法精確定位管道泄漏的位置；

人耳無法區分100米高的風力發電機組，其中哪一個葉片的風噪更大。

更先進的聲源定位技術綜合了傳感器、數據采集、信號處理等技術，模擬人耳對聲音的定位機理，實現更精準的定位精度、更寬的頻率范圍、更大的聲音強度范圍。本期歐時課堂為大家介紹聲源定位技術及其應用，如對本期內容感興趣的話，不要忘了點贊或在看哦~

聲源定位原理

根據不同應用要求，有以下三種定位原理。

仿人雙耳聲源定位

人耳聽覺系統能夠同時定位和分離多個聲源，這種特性經常被稱作“雞尾酒會效應”。用計算機模仿人類聽覺生理和心理機制建立聽覺模型，其研究范疇稱為計算聽覺場景分析。

雙耳聽覺定位跟蹤多運動聲源系統采用了一種新的跟蹤算法。算法聯合所有可靠頻道間的概率，以便在目標空間中產生似然函數。似然函數描述了在一個特定的時間序列內的機動聲源的方位角。最后利用隱馬爾可夫模型來形成連續跟蹤和自動地探測機動聲源的數量。

基于時間差（TDOA）的聲源定位

大多數聲源定位都是基于到達時間差的方法。聲波以一定速度在空氣中傳播，到達設置的不同位置，傳聲器的相位不同，根據這些傳聲器對同一聲音錄制的相位差別，可以求得同一聲音到每對傳聲器的時間差值。

得到該時間差后，可以確定這個聲源處于以這對傳聲器所處位置為焦點，到達時間差所對應的聲音傳輸距離在參數的雙曲面上。使用多對傳聲器得到多個雙曲面，聲源位置就處于這些雙曲面的相交點。

基于聲壓幅度比的定位方法

這種方法利用不同傳聲器接收到的，來自同一聲源的聲音信號的聲壓幅度差異，實現聲源定位。

利用盲信號分離算法實現混合聲源信號的分離，根據譜估計的相似度確定接收信號中各聲源的分配情況，結合幅度差異因子獲得傳感器的聲源信號分布，再通過單聲源的聲壓幅度比模型確定聲源位置，實現多聲源定位。

聲源定位技術的應用

通過聲源定位技術，可以確定產生問題的位置方位，在軍事、工業、航空航天、智能制造等行業都有應用需求。

軍事

聲源定位技術可以用來測量在地面作戰的炮兵陣地，找到隱藏在某地的狙擊手位置，還可用于測量彈藥試驗火炮的著落點和空中炸點。

工業制造

當設備老化或發生其他故障時，會產生異于平常的工作噪聲，通過定位噪音來源，從而對設備進行檢修。同時聲音信號的非接觸性，可以有效避免振動信號數據采集困難。

智能機器人

在光線不足的情況下，或是在機器人“視野”無法到達的地方，機器人找不到目標在空間中的位置。當給智能機器人安裝聲源采集裝置，在進行人機交互時，通過語音告訴機器人所在位置，機器人根據聲源信號進行處理，得出聲源具體位置后進行決策，使交互對象進入其“視野”之內。

為了提高聲源定位分辨力，還需借助技術手段。計算機、人工神經網絡等信號處理技術，與聲源定位技術的相互融合，使被動聲定位技術的功能更強大，為生活、生產滿足更多精準定位的需求。

責任編輯：haq