声音测位器

声测位器是利用声音来确定其源或反射器的距离和方向。 定位可以主动或被动进行，可以发生在气体（如大气）、液体（如水）和固体（如地球）中。

• 主动声学定位涉及创建声音以产生回声，然后对其进行分析以确定相关物体的位置。
• 被动声学定位涉及检测被检测物体产生的声音或振动，然后对其进行分析以确定相关物体的位置。

这两种技术在水中使用时都称为声纳。 被动声纳和主动声纳都被广泛使用。

声镜和碟子，当使用麦克风时，是一种被动声学定位的手段，但当使用扬声器时，则是一种主动定位的手段。 通常，使用不止一个设备，然后在多个设备之间对位置进行三角测量。

声源定位是在给定声场测量的情况下定位声源的任务。 可以使用声压和粒子速度等物理量来描述声场。 通过测量这些属性，可以（间接）获得源方向。

传统上，声压是使用麦克风测量的。 麦克风有一个极性模式，将其灵敏度描述为入射声音方向的函数。 许多麦克风具有全向指向性模式，这意味着它们的灵敏度与入射声音的方向无关。 存在具有其他极性模式的麦克风，它们在特定方向上更敏感。 然而，这仍然不是声音定位问题的解决方案，因为人们试图确定确切的方向或原点。 除了考虑测量声压的麦克风外，还可以使用粒子速度探头直接测量声粒子速度。 粒子速度是与声波相关的另一个量，但是，与声压不同，粒子速度是一个矢量。 通过测量粒子速度，可以直接获得源方向。 使用多个传感器的其他更复杂的方法也是可能的。 许多这些方法都使用到达时间差 (TDOA) 技术。

有些人将声源定位称为逆问题，因为将测量的声场转换为声源的位置。

用于获得源方向或源位置的不同方法是可能的。

最简单但仍然是一种相对较新的方法是使用粒子速度探头测量声粒子速度。 粒子速度是一个矢量，因此也包含方向信息。

传统的获取源方向的方法是使用到达时间差（TDOA）方法。 该方法可用于压力传声器以及质点速度探头。

使用由至少两个探头组成的传感器阵列（例如麦克风阵列），可以使用每个探头信号之间的互相关函数获得源方向。 两个麦克风之间的互相关函数定义为

R x 1 , x 2 ( τ ) = ∑ n = − ∞ ∞ x 1 ( n ) x 2 ( n + τ )

它定义了两个传感器 x 1 和 x 2 输出之间的相关程度。 一般来说，更高水平的相关性意味着自变量 τ相对接近实际的到达时间差。

对于彼此相邻的两个传感器，TDOA 由下式给出

τ true = d spacing c

其中 c 是传感器和声源周围介质中的声速。

TDOA 的一个众所周知的例子是耳间时间差。 双耳时间差是声音到达两只耳朵的时间差。 双耳时间差由下式给出

Δ t = x cos ⁡ θ c