多声源下基于耳蜗基底膜的声源定位
摘 要：传统麦克风声源定位在噪声环境下无法精确的定位出声源，而人耳却能准确的辨别出来。根据人耳这一特性，提出一种在多声源环境下基于耳蜗基底膜的声源定位。该方法利用多麦克风进行声音信号的采集[1-2]，然后采用基底膜滤波器对声源信号进行滤波，这里采用GC-4滤波器进行滤波，最后再进行声源定位。实验结果证明在多声源情况下基于耳蜗基底膜的声源定位能提高定位精度。 关键词：声源;耳蜗基底膜;滤波器;精度 人耳听到声音的过程是：首先通过听觉系统的外耳，实现对声音信号的收集和放大！然后经由耳道传输至耳膜，经过中耳的阻抗匹配后传导至内耳的耳蜗[3]。耳蜗基底膜对声音信号具有频率选择特性，即不同频率会在基底膜的不同位置产生不同幅度的调谐峰，基底膜的这种频率选择特性相当于一个带通滤波的过程，人耳听觉系统以此实现对声音信号的滤波.经过基底膜滤波之后的声波信号传递到内毛细胞.内毛细胞接受耳蜗传来的振动信号，经过半波整流之后将其转换成神经电信号由听觉神经纤维实现对声音信号的脉冲编码。 1 耳蜗基底膜特性 声音信号在耳蜗中传输时，耳蜗对声音信号进行滤波处理，此时耳蜗相当于一组带通滤波器。而耳蜗基底膜贯穿了耳蜗的底部到顶部，是耳蜗内对声音信号滤波的主要执行者。耳蜗基底膜主要有以下几个特性：（1）频率选择;（2） 频谱分析特性;（3） 滤波器频率响应的非对称;（4） 滤波器频率响应的强度相关。 耳蜗基底膜上的每一个点都在一个特定的频率下响应出现峰值。对高频声学信号，耳蜗基底膜的峰值出现在基底膜的底端附近，相反对低频声学信号，耳蜗基底膜的峰值出现在基底膜的顶端附近。耳蜗基底膜纵向位置上，存在频率部位的转化关系。在耳蜗基地膜的顶端开始，500Hz 以上声音信号，相对带宽基本为恒量，其最大方位的包络的线性距离与频率的对数基本上呈线性关系，耳蜗基底膜的与频率的这种联系如（1）式所示： （1） BF的单位是kHz;x表示的是基底膜某处离基底膜顶部的长度和基底膜的全长的比值，一般数值在 0～1范围内;表示的是常数参量（ = 2.1）;k表示的也是常数参量（k= 0.85）。A表示的也是常数参量（这里取值为A=0.1654）。 耳蜗基底膜的特性明显可以看出耳蜗基底膜具有滤波的作用，由此可建立滤波模型。 2 GC滤波器的设计改进及实现 基底膜特性可以建立一个更加符合人耳听觉特性的滤波器，使其具有更好的频率选择性能，本文选用GC滤波器，并对其进行改进。GC滤波器是一种标准的耳蜗听觉滤波器，该滤波器组的冲激响应的典型模式为（2）式所示： （2） 其中： a表示幅度;n和b用来调整伽马函数的分布;fr表示GC滤波器的中心频率;ERB（fr）表示当频率为fr时，听力正常的人平均听力的等效矩形带宽;表示初始相位;lnt表示时间的自然对数;u（t）表示单位阶跃函数;c表示啁啾因子。当c=0时，上式可以简化为GT滤波器的时域表达。 通过傅里叶变换，上式可变为GC滤波器的幅频响应，如式（3）式所示： （3） （4） 其中，表示GT滤波器的幅度谱;表示常数。因为是一个关于fr的反对称函数，所以为非对称函数。最终也是非对称函数，从而GC滤波器的得到的频率响应曲线呈现出非对称。若c>0，则表示高通滤波器;若c