ICS17.140

CCSA59

團體標準

T/SASCXXXX—202X

聲源定位系統聲學性能及測量規范

固定波束形成法

NormonAcousticPropertiesandMeasurementsofSoundSourceLocalization

Systems-FixedBeamformingMethod

（送審討論稿）

（本草案完成時間：2023年3月）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

已授權的專利證明材料為專利證書復印件或扉頁，已公開但尚未授權的專利申

請證明材料為專利公開通知書復印件或扉頁，未公開的專利申請的證明材料為專利

申請號和申請日期。

202X-XX-XX發布XXXX-XX-XX實施

中國聲學學會發布

T/SASCXXXX—202X

聲源定位系統聲學性能及測量規范

固定波束形成法

1范圍

本文件規定了基于固定波束形成法的聲源定位系統的術語、聲學性能、技術要求以及試驗方法。

（增加對固定波束形成法的描述和解釋）（參照相關GB，增加聲源定位系統作用的簡單描述）

本文件適用于基于固定波束形成法的聲源定位系統（以下簡稱聲源定位系統）的設計、制造與校

準。

（檢查全文“聲源定位識別”是否有必要改為“聲源定位”）

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB/T3102.7聲學的量和單位

GB/T3222.1聲學環境噪聲的描述、測量與評價第1部分：基本參量與評價方法

GB/T3947聲學名詞術語

GB/T6882聲壓法測定噪聲源聲功率級消聲室和半消聲室精密法

GB/T15173聲校準器

GB/T20441.4測量傳聲器第4部分：工作標準傳聲器規范

JJG449倍頻程和分數倍頻程濾波器檢定規程

JJF1001通用計量術語及定義

JJF1034聲學計量術語及定義

JJF1496聲源識別定位系統（波束形成法）校準規范

3術語和定義

GB/T3947和JJF1034界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

傳聲器陣列microphonearray

一組性能相近的傳聲器排列組陣的聲信號拾取系統。

注：對于噪聲源識別，典型的傳聲器陣列由排列在平面或立體網格中的多個傳聲器組成。

［來源：JJF1034?2020，4.22，有修改］

3.2

聲源定位系統soundsourcelocalizationsystem

基于傳聲器陣列測量技術，測量一定空間內聲波信號到達各傳聲器的相位差異以及聲波的幅值，

經波束形成方法計算得到并以圖像方式顯示聲場及聲源在空間分布的裝置。

注：聲源定位系統一般由傳聲器陣列、視頻采集單元、陣列信號采集分析單元以及分析軟件等組成。

［來源：JJF1034?2020，4.52，有修改］

3.3

聲像圖acousticimage

聲源定位系統成像區域內用等值線和顏色顯示聲場及聲源在空間分布的圖像。

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T/SASCXXXX—202X

3.4

傳聲器陣列孔徑apertureofmicrophonearray

通常指傳聲器陣列中相距最遠的兩個傳聲器聲中心之間的距離。

注：單位為米（m）。

3.5

傳聲器陣列參考點referencepointofmicrophonearray

為描述傳聲器陣列中心而規定的傳聲器陣列幾何中心點或其附近的一個點。

注：對于均勻分布的傳聲器陣列，聲中心為陣列的幾何中心點；對于非均勻分布的傳聲器陣列，參考點由生產廠

家給出。

3.6

參考方向referencedirection

與傳聲器陣列平面垂直并通過傳聲器陣列參考點的方向。

3.7

聲成像視角viewangleofacousticimage

聲成像區域水平或垂直方向最外側兩端與傳聲器陣列參考點之間的連線夾角。

注：單位為度（°）。

3.8

成像動態范圍dynamicrangeofacousticimage

聲像圖上顯示的最小聲壓級與最大聲壓級之間的聲級范圍。

示例：127dB～130dB。

注：單位為分貝（dB）。

3.9

空間分辨率spatialresolution

聲源定位系統聲成像視角內能分辨最小距離的兩個聲源的聲中心與陣列參考點連線之間的夾角。

注：單位為度（°）。

［來源：JJF1034—2020,4.144，有修改］

3.10

成像頻率上限upperlimitofimagingfrequency

無虛像頻率上限

聲源定位系統成像區域內不出現與真實聲源聲壓級相當的虛假聲源的最高頻率，由陣列最小傳聲

器間距決定。

注：單位為赫茲（Hz）。

（或增加“虛聲像”定義）

3.11

成像[分離]頻率下限lowerlimitofimaging[separation]frequency

聲源定位系統能分辨兩個聲源的最低頻率，由空間分辨率決定。

注1：單位為赫茲（Hz）。

注2：成像頻率下限對應的半波長小于傳聲器陣列孔徑。

3.12

主旁瓣抑制比main-to-sidelobeinhibitionratio

在對單聲源識別定位的成像區域內，主瓣峰值與最大旁瓣峰值的聲壓級之差。

注：單位為分貝（dB）。

［來源：JJF1034?2020，4.145，有修改］

3.13

定位誤差localizationerror

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T/SASCXXXX—202X

在與傳聲器陣列軸向垂直方向上，聲源中心點與聲成像區域內聲壓最大值處的距離偏差。

注：單位為毫米（mm）。

［來源：JJF1034?2020，4.146］

3.14

最小探測距離Minimumdetectiondistance

聲源定位系統能夠識別定位聲源的最小距離。

注：單位為厘米（cm）。

3.15

弱信號探測能力detectioncapabilityofweaksignal

聲源定位系統能夠識別定位聲源的最小聲壓級。

注：單位為分貝（dB）。

3.16

陣列增益arraygain

傳聲器陣列輸出信號信噪比與單個傳聲器測量信號信噪比比值取以10為底的對數乘以10。（平方？

乘20？相減？）

注：單位為分貝（dB）。

4技術要求

4.1概述

聲源定位系統基于傳聲器陣列測量技術，測量一定空間內聲波信號到達各傳聲器的相位以及聲波

的幅值差異，經波束形成方法計算，以圖像方式顯示聲源及其聲場在空間的分布。聲源定位系統一般

由傳聲器陣列、視頻采集單元、陣列信號采集分析單元以及分析軟件等要素組成，主要應用于噪聲源

的定位與識別。

4.2一般要求

4.2.1聲成像視角

聲源定位系統聲成像的水平視角應不小于（盡量不用否定語氣）60°（任意一個方向不小于30°），

垂直視角應不小于50°（任意一個方向不小于25°）。

4.2.2成像頻率范圍

聲源定位系統成像頻率上限應不低于10kHz，成像頻率下限應不高于1kHz。

4.2.3空間分辨率

聲源定位系統在5kHz中心頻率的空間分辨率應不大于20°。

4.2.4主旁瓣抑制比

聲源定位系統在距離測試聲源1m處，對于5kHz頻率的主旁瓣抑制比應不小于10dB。

4.2.5定位誤差

聲源定位系統在5kHz頻率的定位誤差應不大于50mm（角度誤差？距離誤差？）。

4.2.6弱信號探測能力

聲源定位系統在距離測試聲源1m處，對于5kHz中心頻率的弱信號探測能力應小于20dB。

4.2.7最小探測距離

成像頻率范圍內，聲源定位系統最小探測距離應不大于50cm。

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4.2.8陣列增益

傳聲器陣列增益理論值為10lgM（M為傳聲器數目）。實際測試的陣列增益與理論值誤差應不超過

±3dB。

5試驗方法

5.1試驗環境條件

5.1.1聲源定位系統應在以下環境條件進行試驗：

——空氣溫度為（18～28）℃；

——相對濕度為（30～90）%；

——靜壓為（80～106）kPa。

5.1.2規定聲源定位系統性能的參考環境條件如下：

——空氣溫度為23℃；

——相對濕度為50%；

——靜壓為101.325kPa。

5.2主要試驗儀器及設備

5.2.1聲頻信號發生器

在試驗頻率范圍內，聲頻信號發生器的頻率誤差不超過±0.25%，輸出信號的總失真小于0.1%，

穩定性優于±0.02dB。信號發生器能產生白噪聲信號，白噪聲的頻率范圍不應小于聲源定位系統的頻

率范圍。

5.2.2精密衰減器

在試驗頻率范圍內，衰減1dB誤差不超過±0.05dB，衰減30dB不超過±0.1dB，衰減60dB誤差

不超過±0.2dB。

5.2.3測量放大器

在試驗頻率范圍內，測量放大器的頻率響應不超過±0.2dB，總失真小于0.1%，穩定性優于±0.02

dB。

注：5.2.1~5.2.3中的設備可采用其他等效的測量儀器，如信號發生系統、信號采集分析系統等。

5.2.4功率放大器

在試驗頻率范圍內，功率放大器的頻率響應優于±0.2dB，總失真小于3%。

5.2.5聲校準器

聲校準器的性能等級應為GB/T15173規定的1級。

5.2.6工作標準傳聲器

在測試頻率范圍內，傳聲器靈敏度級校準的測量擴展不確定度應優于0.2dB(k=2)。

5.2.7測試聲源系統

在試驗頻率范圍內，測試聲源系統的總失真小于3%，在測量期間的聲壓級穩定性優于±0.3dB；

對于距離可調整的雙聲源，調整的步值不大于1mm。聲源指向性應符合GB/T6882附錄A中測試聲

源指向性的要求，且聲源中心尺寸小于20mm。

5.2.8消聲室

在試驗頻率范圍內自由聲場范圍不小于3m，A計權本底噪聲級不高于25dB。

5.3聲成像視角

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聲源定位系統聲成像視角測量裝置示意圖見圖1。在傳聲器陣列正前方1m并與參考方向呈30°夾

角處放置兩個測試聲源，采用白噪聲作為激勵聲源。工作標準傳聲器放置在測試聲源正前方并與傳聲

器陣列平齊，調整聲源聲壓級比背景噪聲至少高30dB。兩個聲源分別發聲，按照1mm步進左右微調

聲源位置，使聲源定位系統能準確定位聲源(即聲像圖上聲壓最大位置處與聲源中心的距離在定位誤差

范圍內)，且再向外移動聲源，聲源無法被準確定位。兩測試聲源與參考方向的垂直距離分別為s1與s2，

按公式（1）計算聲成像水平視角θh：

??

?=arctan(1)+arctan(2)………（1）

h10001000

保持傳聲器陣列平面與聲源連線平行，將傳聲器陣列軸線旋轉90°，測量可得聲成像垂直視角

v。

測試聲源系

統(雙聲源)

工作標準傳聲器

通道

1測試聲源1測量放大器

聲頻信號發生器功率放大器

通道2

測試聲源2聲源定位系統顯示設備

全消聲室聲源定位系統陣列

圖1聲成像視角測量裝置示意圖

圖2聲成像垂直視角示意圖

5.4成像頻率范圍

5.4.1成像頻率上限

聲源定位系統成像頻率上限測量裝置示意圖見圖3。在傳聲器陣列正前方1m聲成像視角方向放

置一個測量聲源，采用正弦信號激勵聲源，調整聲源聲壓級至少比背景噪聲高20dB，設置成像動態

范圍為3dB。從說明書規定的上限頻率附近選取1/3倍頻程中心頻率fi，在聲成像視角范圍內出現另

外一個與測試聲源對稱且聲壓級相當但實際不存在的虛像時，信號發生器的頻率fi為聲源定位系統的

成像頻率上限。

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測量聲源系統

（單聲源）

聲源定位系統顯示設備

聲頻信號發生器功率放大器

聲源定位系統陣列

全消聲室

圖3成像頻率上限測量裝置示意圖

5.4.2成像頻率下限

聲源定位系統成像頻率下限的測量裝置示意圖見圖1。在傳聲器陣列正前方1m聲成像視角范圍

對角線兩端點處各放置一個測量聲源，采用正弦信號激勵聲源，調整聲源聲壓級至少比背景噪聲高20

dB，設置成像動態范圍為3dB。從下限頻率預估值（加注）或廠家說明書（若有）提供的值附近選取

1/3倍頻程中心頻率fi，聲源1頻率為fi?Δf，聲源2頻率為fi+Δf，Δf為2Hz。若在測量頻率fi處，聲

像圖中兩聲源的3dB動態范圍邊界剛好相切或分離，此時信號發生器的頻率fi即為聲源定位系統的成

像頻率下限。

5.5空間分辨率

聲源定位系統空間分辨率的測量裝置示意圖與測試方法參考JJF1496?2014的7.2.1。假設聲像圖

上聲源1最大值處到其邊界的距離為r1以及聲源2最大值處到其邊界的距離為r2，聲源定位系統與聲

源之間的垂直距離為d，則空間分辨率R參照公式(2)進行計算：

??

?=arctan(1)+arctan(2)………（2）

??

5.6主旁瓣抑制比

聲源定位系統主旁瓣抑制比的測量裝置示意圖與測試方法參考JJF1496?2014的7.2.2。

5.7定位誤差

聲源定位系統定位誤差的測量裝置示意圖與測試方法參考JJF1496?2014的7.2.3。

5.8弱信號探測能力

聲源定位系統成像弱信號探測能力的測量裝置示意圖見圖3。在傳聲器陣列正前方1m位置處放

置一個測試聲源，采用正弦信號激勵聲源。在成像頻率范圍內選擇1/3倍頻程中心頻率fi，從25dB開

始按照1dB步長不斷減小聲源聲壓級，直到無法準確定位聲源（即聲像圖上聲壓最大位置處與聲源中

心的距離超出定位誤差范圍）。每次測量平均時間至少為10s。此時聲源輸出的聲壓級（取整）為聲源

定位系統測量頻點fi處的弱信號探測能力。

5.9最小探測距離

聲源定位系統最小探測距離的測量裝置示意圖見圖3。在傳聲器陣列正前方1m位置處放置一個

測試聲源，采用正弦信號激勵聲源。在成像頻率范圍內選擇1/3倍頻程中心頻率fi，按照5cm的步長

減小聲源到傳聲器陣列之間的距離，每次測量平均時間至少為10s，直到聲源無法準確定位（即聲像

圖上聲壓最大位置處與聲源中心的距離超出定位誤差范圍）。此時聲源到傳聲器陣列的距離為測量頻點

fi處的最小探測距離。

5.10陣列增益

聲源定位系統陣列增益的測量裝置示意圖見圖2。在傳聲器陣列正前方1m位置處放置測試聲源1，

以及前方右側角落處放置測試聲源2，要求右側角落方向與傳聲器陣列參考方向的夾角大于60°。在

聲源定位系統的測量頻率范圍內，分別采用正弦信號fi和窄帶白噪聲依次激勵測試聲源1（目標聲源）

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和聲源2（干擾聲源）。在1/3倍頻程中心頻率fi處，保證窄帶白噪聲聲壓級減去傳聲器理論增益后比

背景噪聲至少高10dB，正弦信號聲壓級比窄帶白噪聲聲壓級至少高10dB。利用陣列單個傳聲器依次

測量窄帶白噪聲信號聲壓級L1和正弦信號聲壓級L2，以及傳聲器陣列依次測