CN103167373A - 定位声源的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定位声源的方法和系统。定位声源的方法包括：由控制器使用球形麦克风阵列传感器获取通过麦克风测量的声压信号，其中麦克风被固定地配置在球体的表面上；根据把麦克风测量的声压信号用作输入值来计算球形表面的特定位置处的声压的声压计算公式，获得球体的表面上的声压分布；以及根据获得的声压分布来估算声源的位置。

Description

定位声源的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种定位声源的技术。更特别地，本发明涉及一种定位声源的技术，其能够对低频噪声源估算声压分布并且能够对低频噪声源提高声场可视化的分辨率。

背景技术

由于各种产品(诸如车辆和家用器具)的噪声特性被认可为一种重要的性能指标，所以在研发阶段已经做出努力来制造产生更小噪声的产品。发现噪声产生的位置和起因并通过改进设计来减小噪声的方法也被用于减小产品的噪声。为此，首先需要发现噪声源的位置的测量技术。

近来，使用强度探针测量声压强度的方法和使用麦克风阵列波束形成法定位声源的方法已经被广泛采用。

新近研发的使用球形麦克风阵列定位声源的方法使用包括多个噪声测量传感器的麦克风，并且利用通过根据噪声源和噪声测量传感器之间的距离差、使用所测信号的相位差进行信号处理来计算噪声源的强度分布、并根据噪声源的强度来定位噪声源的位置的技术。波束形成法的测量精确度由所使用的传感器数目确定。通常已知的是，更多的传感器会提高其性能。

另一方面，测量噪声源的位置并使车辆内部空间中的声场可视化的方法包括：通过波束形成法估算噪声源的位置，使用多个(例如，十二个)图像传感器或图像捕获装置(例如，摄像机)获取噪声源存在于的车辆内部空间的全方向(360度)图像，以及在由图像传感器获取的全方向图像上显示通过波束形成法获得的噪声源的位置。

本申请人和发明人于2011年9月15日提交的韩国专利申请第2011-0093086号公开了一种用于定位噪声源的球形麦克风阵列，特此通过引用将其全部内容结合在本文中。

图1是示出使用球形麦克风阵列的典型波束形成法的视图。为了使用球形麦克风阵列传感器10定位噪声源，多个麦克风12被固定地配置在球体11的表面上。在波束形成法中，获得波束功率来定位声源。通过计算每个声源候选者的位置和球体11表面上的每个麦克风12之间的时间延迟来估算实际声源21的位置。在这种情况下，计算每个麦克风12的声压信号和处于每个声源候选者的位置上的声压信号之间的相互关系(波束功率)，并将最高的位置估算为实际声源21的位置。

在典型的波束形成法中，需要计算波束功率，并且通过控制每个麦克风接收的声压信号之间的时间延迟来估算噪声源的位置。波束功率可以表示为下面的等式(1)。

$z(\stackrel{\→}{k},t)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m(t-{\mathrm{\Δ}}_m\left(\stackrel{\→}{k}\right))---\left(1\right)$

其中

是波束功率，m和M分别表示麦克风指数和麦克风总数，

是时间延迟，

是声波的传播方向，

是从参考点到第m个麦克风的距离，并且c是声波在空气中的传播速率。

然而，在上面的延迟求和波束形成技术中，在与麦克风阵列中彼此相邻的麦克风之间的间隔相比具有足够长的波长的低频噪声源(即等于或小于大约500Hz)的定位方面存在着限制。在延迟求和波束形成技术中，这种限制会不可避免地发生。在低频噪声源的情况下，当使用典型的波束形成法时，分辨率会由于可视化性能的降低而降低，从而导致噪声源定位方面的限制。

图2是示出典型方法的限制的视图。当使用具有特定半径a的球形麦克风阵列时，如图2中所示，在低频带(例如，等于或小于大约500Hz的低频ka区域)上进行噪声源的定位是困难的。

相应地，可以使用声全息技术来克服上述限制。同样已知的是一种在球形麦克风阵列的声场可视化中使用球面谐波函数的商业化技术(用于球形麦克风阵列的声全息技术)。在声全息技术中，当r≥a时使用球面谐波函数执行声场估算。然而，在上述声全息技术中，由于数值公式的限制，只有近场估算是可能的。当使用典型的声全息术时，需要进行频率测量(例如，在车辆内的情况下多于15次)以进行声场可视化。相应地，需要大量数值计算，并且分析因此被延迟。

本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种定位声源的技术，其能够对低频噪声源估算声压分布，并且能够对低频噪声源提高声场可视化的分辨率。本发明还提供了一种定位声源的技术，与典型的声全息技术相比能够减少测量频率和时间以及计算量。

在一个方面中，本发明提供了一种定位声源的方法，其包括：使用把麦克风固定地配置在球体表面上的球形麦克风阵列传感器，获取由麦克风测量的声压信号；根据把麦克风测量的声压信号用作输入值来计算球形表面的特定位置处的声压的声压计算公式来获得球体表面上的声压分布；以及根据所获得的声压分布估算声源的位置。

本发明的其它方面和示例性实施例将在下文中讨论。

附图说明

现在将参考通过附图示出的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：

图1是示出使用球形麦克风阵列的典型波束形成法的视图；

图2是示出典型方法的限制的视图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的估算声场(声压)分布的方法的视图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的被转换成RGB色彩的声压级数据并且被映射到彩虹色调色板的相应位置的声压分布的视图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的所拍摄图像的32比特RGB色彩的配置的视图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的从所拍摄的图像和声压级数据被映射到的图像获得显示图像的方法的视图；

图7是示出球面坐标的参数的视图；并且

图8是示出典型声场显示和根据本发明的示例性实施例的声场显示的视图；

附图中陈列的附图标记包括对下面进一步讨论的以下要素的引用：

10：球形麦克风阵列传感器

11：球体

12：麦克风

21：实际声源的位置

应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。

在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。

具体实施方式

现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但应理解的是，本说明并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其它实施例。

应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

在下文中讨论本发明的上述及其它特征。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

图3是示出根据本发明的实施例的定位声源和估算声场(声压)分布的方法的视图。如图3所示，可以提供固定地配置有多个(例如，三十个)麦克风12的球形麦克风阵列传感器10来定位噪声源。当球形麦克风阵列传感器10被布置在车辆的内部空间内、并且使用由每个麦克风12测量的声压信号时，如下所述，可以获得球形表面(例如，传感器的球体表面)上的声压分布，并且可以根据所获得的声压分布来定位车辆的内部空间中的噪声源。

对噪声源进行定位可以包括根据所获得的声压分布的每个位置上的声压级估算声源的位置。在噪声源的定位中，所获得的声压分布可以被转换并映射为彩虹色调色板上的每个位置处的声压级(SPL)数据，并且可以随后显示在车辆内部空间的分别拍摄的全方向平面图像上以便获得噪声源所位于的区域的可视化图像。

具体地，可以使用多个(例如，十二个)图像传感器或图像捕获装置(例如，摄像机)来分别获得噪声源存在于的车辆的内部空间(例如，传感器周围)的全方向(例如，360度)平面图像，随后可以把通过球形麦克风阵列传感器10获得的球形表面上的声压分布转换成SPL数据并映射到彩虹色调色板上。此后，SPL数据被映射到的彩虹色调色板可以与全方向平面图像合成以获得使噪声源的位置区域可视化的图像。

根据本发明的示例性实施例的定位声源的技术的特征在于，使用通过每个球形麦克风12测量的声压信号来直接估算球形表面上的声压(声场)分布而无需计算波束功率，并随后定位声源。

特别地，定位声源的技术可以准确地定位低频(例如，等于或小于大约500Hz)噪声源。为了定位低频噪声源，可以使用从球形麦克风阵列传感器10的表面测量的声压信号来估算球形表面(配置有麦克风的球体表面)上的声压分布。

在这种情况下，可以对噪声源的低频范围使用球面谐波函数(参见下面的等式4和6)来估算球形表面上的声压分布。估算噪声源是否存在于远离所估算的声压分布的某个位置。在使用在球形麦克风阵列传感器10的表面上测量的声压估算球形表面上的声压分布之后，可以基于所估算的声压分布来定位声源。因此，与典型的波束形成法相比可以准确地估算声压分布并定位低频噪声源。

此外，与典型的声全息技术相比可以减少测量频率和时间以及计算量。更具体地，如图1所示，可以通过配置在球形麦克风阵列传感器10的球体11上的每个麦克风12测量声压，并且随后可以基于关于每个麦克风测量的声压信号根据下面的等式(6)估算球形表面上的声压分布。在这种情况下，有必要假定声场包括平面波的大量组合。

此外，由于使用了刚体球形麦克风阵列传感器10，所以尽管被认为是固有限制，但是当球体即球形麦克风阵列传感器10的半径(球体半径)等于或大于a(即r≥a)时声场可以被表示为下面的等式(2)。

[当r≥a时处于某个位置

的声压信号]

$p(r,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ},\mathrm{\ω})=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}\left(\mathrm{\ω}\right)j_n\left(\mathrm{kr}\right)Y_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})---\left(2\right)$

其中j_n(kr)是球形贝塞尔函数，n是声场分布的阶数，m＝{-n，-n+1，...，0，1，...，n-1，n}，是球面谐波函数，并且ω是角频率(rad/s)。

在等式(2)中，(r，θ，φ)表示如图7所示的球面坐标上的参数，r表示球的半径，θ表示球坐标的水平角，并且表示球坐标的垂直角。此外，m代表声场分布阶数n的声场分布模式并且与等式(1)的麦克风指数m不同。

等式(2)的系数Amn是关于频率的函数，并且对于一个频率可以表示为等式(3)。在这种情况下，p(a，θ₀，φ₀)可以从每个麦克风12获得。

$A_{\mathrm{mn}}=\frac{1}{j_n\left(\mathrm{ka}\right)}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_0)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(3\right)$

其中为了获得Amn所表示的θ₀，φ₀表示传感器10中每个麦克风12的位置，并且a是在球体表面上配置有麦克风12的球形麦克风阵列传感器10的半径(即，球体半径)。因此，基于由多个(例如，三十个)麦克风12测量的声压信号，可以算术地获得系数Amn。这意味着可以通过分析从系数Amn估算球形表面上的声压分布(即，声场分布)。因此，可以估算球形表面上的声压分布并估算麦克风阵列上的声源的方向和位置。

当使用等式(2)和(3)获得系数时，处于球坐标的某个位置(r，θ，φ)的声压(r≥a)可以表示为下面的等式(4)。

[处于某个位置的声压信号]

$p(r,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{j_n\left(\mathrm{kr}\right)}{j_n\left(\mathrm{ka}\right)}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(4\right)$

其中n表示声场的阶数，并且m表示声场分布阶数n的声场分布模式。

在等式(4)中，球形表面(传感器球体的表面)上的声压意味着r＝a。

由于存在着由麦克风的数量产生的未知量的限制，声场分布阶数n必须被确定成使得能产生比麦克风的数量少的未知量。这种关系可以表示为等式(5)。例如，当使用具有三十个麦克风(M＝30)的球形麦克风阵列传感器10时，等式(5)的最大阶数N可以被确定为4(阶数N被限制为4)。

[麦克风数量和阶数之间的关系]

M≥(N+1)²                             (5)

其中M是麦克风的总数，并且N是最大阶数。

因此，当应用球形表面的条件(r＝a)和阶数限制条件(n＝4)时，可以从等式(5)获得等式(6)。最后，可以从下面的等式(6)估算球形表面上的声压分布。

[声压信号(阶数限制)]

$p(a,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(6\right)$

等式(6)可以是把每个麦克风12测量的声压信号用作输入值来计算处于球形表面(麦克风阵列传感器中配置有麦克风的球体的表面)的某个位置的声压的声压计算公式。此外，通过把声场分布阶数n限制为考虑了麦克风总数的等式5中的最大阶数(N＝4)，可以获得等式(6)。

在这种情况下，由于实际被测量的点(即麦克风的位置θ₀，θ₀)被包含在θ，φ中，所以可以对包含被测量的点在内的所有点估算声场，但是声场可以在r＝a的位置(其是球体的表面)处被估算。因此，在从等式6获得球体表面上的声压分布之后，可以根据球体表面上的声压分布来定位位于传感器周围的声源，并且可以生成用于定位声源的信息。

根据所获得的声压分布，声压的最高级别可以被估算为声源所位于的区域。可以执行声场可视化以产生一图像，通过该图像可以从所获得的声压分布中可视地识别出声源的位置。在这种情况下，可以根据声压级别通过可辨别的颜色和阴影来分割声压分布。

在这种情况下，可以执行声场可视化处理。声场可视化处理可以包括：通过把球形表面上的声压分布转换成声压级(SPL)数据以将该数据映射到彩虹色调色板上来用颜色(例如，8比特RGB色彩)和阴影分割声压分布，以及通过把映射的图像声压分布与拍摄的图像合成来获得使噪声源的位置区域可视化的图像。下面将要描述声场可视化的一个实例，所述声场可视化通过使用声压分布显示噪声源的位置区域来形成借以可视地识别出噪声源的位置的图像。

首先，可以把使用多个图像传感器或摄像机获得的并且示出球形麦克风阵列传感器的周围环境的车辆内部空间的全方向图像处理成如图3中所示的大范围展开的全方向平面图像。此外，可以通过把从等式(6)获得的球形表面上的声压分布转换成SPL数据并将该数据映射到彩虹色调色板上来生成映射有SPL数据的平面图像。

图4是示出根据本发明的实施例的转换成RGB色彩的声压级数据并且被映射到彩虹色调色板的相应位置的声压分布的视图。在图4中，可以使用所获得的声压的最大值Pmax和最小值Pmin来将处于某个位置的声压Pi转换成映射到彩虹色调色板上的SPL数据。

在这种情况下，可以将声压转换成具有255级的SPL数据来代表彩虹色调色板上的测量值。所测量的最大值和最小值之间的间隙可以被分割成255级，并且处于某个位置的声压可以表示为它们之间的一个值。

此后，全方向平面图像可以通过像素位置与映射平面图像匹配来叠盖像素数据。在这种情况下，如果映射到彩虹色调色板上的SPL数据(例如，转换成图4的色彩)与全方向平面图像合成，则可以获得使噪声源的位置区域可视化的一个图像。

在对全方向平面图像和映射有SPL数据的彩虹色调色板的数据进行叠盖的过程中，如图5所示的所拍摄图像的32比特RGB色彩可以包括8比特的阿尔法值、红色值、绿色值和蓝色值。因此，所拍摄图像的除阿尔法值以外的红色、绿色和蓝色(RGB)分量、以及映射有SPL数据的彩虹色调色板的RGB分量可以被分离并通过每个像素被组合以生成其上显示有噪声源位置的最终图像(参见附图3和8)。

在这种情况下，平面图像的颜色可以被分离成8比特的红色、绿色和蓝色数据并且用8比特的红色、绿色和蓝色数据表示。如图6中所示，所拍摄的平面图像和映射有SPL数据的彩虹色调色板的红色、绿色和蓝色的RGB分量可以被分离并按照各分量被合计，随后分离的RGB分量可以彼此组合来代表叠盖图像。这里，也可以通过将因子映射数据(factor map data)乘以校正值(0至1)来调整透明度。

参考图8，由于上述可视化处理，从声压分布获得的噪声源的位置区域被显示在全方向图像中(作为全方向图像的一个实例，图8的图像不是车辆内部空间的图像)。图8示出典型的波束形成法/技术与根据本发明的实施例的定位声源的方法之间的比较。在所述定位声源的方法中，与典型的波束形成法相比，可以更精确地定位声源并且可以获得更加改善的可视化分辨率。

下面的表1示出典型的波束形成法与依据本发明的实施例的定位声源的方法之间的区别。

表1

因此，与典型的波束形成技术相比，根据本发明的实施例的定位声源的方法通过使用在球形麦克风阵列传感器的表面上测量的声压估算球形表面上的声压分布并随后基于估算的声压分布估算声源的位置，而能够对低频噪声源准确地估算声压分布并定位声源，并且能够对低频噪声源提高声场可视化的分辨率。与当r≥a时使用球面谐波函数执行声场估算的典型声全息技术相比，所述定位声源的技术能够减少测量频率和时间以及计算量。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中使得计算机可读介质以分布式方式(例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网(CAN))被存储和执行。

已经参考本发明的示例性实施例对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，可以在这些实施例中做出变更而不脱离本发明的原理和精神，其中本发明的范围在所附权利要求及其等价形式中限定。

Claims (10)

1.一种定位声源的方法，包括：

由控制器使用球形麦克风阵列传感器获取通过麦克风测量的声压信号，其中所述麦克风被固定地配置在球体的表面上；

根据把所述麦克风测量的所述声压信号用作输入值来计算球形表面的特定位置处的声压的声压计算公式，获得所述球体的表面上的声压分布；以及

根据获得的声压分布来估算所述声源的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，根据下面的等式(1)，通过满足r＝a(这里，a是所述球体的半径)并把声场分布阶数n限制到下面的考虑了麦克风总数的等式(2)中的最大阶数N来获得所述声压计算公式：

$p(r,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{j_n\left(\mathrm{kr}\right)}{j_n\left(\mathrm{ka}\right)}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(1\right)$

其中j_n(kr)是球形贝塞尔函数，n是声场分布的阶数，m＝{-n，-n+1，...，0，1，...，n-1，n}，

是球面谐波函数，r表示球的半径，θ表示球坐标的水平角，

表示球坐标的垂直角，θ0和

分别表示麦克风位置的水平角和垂直角，并且p(a，θ₀，φ₀)表示在所述球体的表面上的每个麦克风位置处测量的声压；并且

M≥(N+1)²              (2)

其中M是麦克风的总数，并且N是最大阶数。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述声压计算公式是下面的等式(3)：

$p(a,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(3\right)$

其中n是声场分布的阶数，m＝{-n，-n+1，...，0，1，...，n-1，n}，是球面谐波函数，a表示所述球体的半径，θ表示球坐标的水平角，

表示球坐标的垂直角，θ₀和

分别表示麦克风位置的水平角和垂直角，并且p(a，θ₀，φ₀)表示在所述球体的表面上的每个麦克风位置处测量的声压。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述估算声源的位置的步骤包括：根据所获得的声压分布的每个位置处的声压级来估算所述声源的位置。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述估算声源的位置的步骤包括：

使用图像传感器或摄像机获取所述球形麦克风阵列传感器的周围环境的全方向平面图像；

把所获得的声压分布转换成每个位置处的声压级数据并将所述数据映射到彩虹色调色板上；以及

把映射有所述声压级数据的所述彩虹色调色板叠盖到所述全方向平面图像上来获得使所述声源的位置区域可视化的图像。

6.一种定位声源的系统，包括：

球形麦克风阵列传感器，其被配置成获取通过麦克风测量的声压信号，其中所述麦克风被固定地配置在球体的表面上；以及

控制器，其被配置成根据把所述麦克风测量的所述声压信号用作输入值来计算球形表面的特定位置处的声压的声压计算公式来获得所述球体的表面上的声压分布，并根据获得的声压分布来估算所述声源的位置。

7.如权利要求1所述的系统，其中，根据下面的等式(1)，通过满足r＝a(这里，a是所述球体的半径)并把声场分布阶数n限制到下面的考虑了麦克风总数的等式(2)中的最大阶数N来获得所述声压计算公式：

$p(r,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{j_n\left(\mathrm{kr}\right)}{j_n\left(\mathrm{ka}\right)}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(1\right)$

其中j_n(kr)是球形贝塞尔函数，n是声场分布的阶数，m＝{-n，-n+1，...，0，1，...，n-1，n}，

是球面谐波函数，r表示球的半径，θ表示球坐标的水平角，

表示球坐标的垂直角，θ0和

分别表示麦克风位置的水平角和垂直角，并且p(a，θ₀，φ₀)表示在所述球体的表面上的每个麦克风位置处测量的声压；并且

M≥(N+1)²             (2)

其中M是麦克风的总数，并且N是最大阶数。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述声压计算公式是下面的等式(3)：

$p(a,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=$

$\underset{n=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_n^m(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ}){\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}p(a,{\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)Y_n^m{({\mathrm{\θ}}_0,{\mathrm{\φ}}_o)}^{*}\sin \mathrm{\θd\θd\φ}---\left(3\right)$

其中n是声场分布的阶数，m＝{-n，-n+1，...，0，1，...，n-1，n}，

是球面谐波函数，a表示所述球体的半径，θ表示球坐标的水平角，

表示球坐标的垂直角，θ₀和

分别表示麦克风位置的水平角和垂直角，并且p(a，θ₀，φ₀)表示在所述球体的表面上的每个麦克风位置处测量的声压。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还被配置成根据所获得的声压分布的每个位置处的声压级来估算所述声源的位置。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

使用图像传感器或摄像机获取所述球形麦克风阵列传感器的周围环境的全方向平面图像；

把所获得的声压分布转换成每个位置处的声压级数据并将所述数据映射到彩虹色调色板上；以及

把映射有所述声压级数据的所述彩虹色调色板叠盖到所述全方向平面图像上来获得使所述声源的位置区域可视化的图像。

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