research

RESEARCH

兩兆雙星-4C產業(消費電子,數位行動,電腦多媒體,汽車電子)-數位家庭-電聲科技

目前研究方向

組別	主題
NN-array speech enhancement	parameter estimation: SPP, PSD, SCM, ATF/RTF/RIR, source counting
	localization
	enhancement: denoising, dereverb, AEC/AFC
	separation: LSTSC
Telepresence	model matching: TIKR, LCMV, GSC, NN-based model matching
Telepresence	manifold learning: source and sensor interpolation via PWD, RKHS, RBF, NN
Machine condition monitoring and diagnosis	DL: semi/self-supervised learning
	array board (FPGA)
	acoustic camera (SOFI): NN-inverse problem

過去研究方向

主動噪音與振動控制(ANC)	主動式電子消音器之研發
	主動式3D消音耳機與手機之研發
	通訊迴音消除與雜音抑制
	主動式防震平台之研發
	主動式轉子振動控制
	壓電材料懸臂梁之主動振動控制
噪音振動診斷與防治(NVDC)	智慧型轉動機械即時階次分析系統
	噪音振動之量測與防治
	陣列麥克風音源辨識系統(Nearfield Acoustic Beamformer, NABF)
	車輛噪音振動診斷與控制(NVH)
聲學理論與應用(Acoustics)	邊界元素法(BEM)聲場分析
	邊界虛擬聲源法(BVSR)聲場分析
	聲學逆向問題分析(Inverse problem)
	聲場與結構互制分析
	聲場全相技術(NAH/STSF)

研究成果

1. 電聲換能器(Electroacoustic Transducer)及平面喇叭(Panel Speaker)的研發

過去幾年，個人投入相當心力在平面喇叭（Panel Speaker）的研究，平面喇叭是一種顛覆傳統揚聲器設計觀念的新電聲技術，其振膜有別於傳統揚聲器的錐狀振膜，平面喇叭採平面式的撓性振膜，利用電磁場、壓電材料或其他方式激振此平面振膜而產生聲場輻射。平面喇叭具有體積小、不佔空間、音域廣、全向性、對空間邊界條件不敏感等種種優點，是一項頗具市場潛力的技術，已引起業界廣泛的注目。迄今為止，個人已建立相關理論分析、系統整合、GA/Taguchi最佳化設計、測試程序與性能評估等工作。並已進行應用開發及產品化，例如開發動圈式和壓電式致動器、大型平面喇叭矩陣式視聽系統、小型行動通訊、電腦多媒體、中型PDA用之平面喇叭等具產品化潛力的裝置。此外，個人亦進行微麥克風陣列、人工電子耳等其他各種先進電聲換能器的研發。目前在J. Acoust. Soc. Am. (JASA)等知名學術期刊上已有數篇論文刊出。


矩陣式大型平面喇叭視聽系統	電腦多媒體平面喇叭陣列		行動電話,MP3用超薄型平面喇叭

DTV 3D audio		HRTF 量測系統	Audio DSP engine

2. 音訊訊號處理

近年來，多媒體系統的日新月異，整合了視訊、音訊、電腦動畫，提供了更具虛擬實境（Virtual Reality, VR）、互動性與即時性的資訊。這一類的系統在許多領域都具有廣泛的應用，例如耳機、桌上型電腦多媒體、家庭劇院、虛擬實境電視遊樂器、立體音響、遠距視訊、遠距教學、高解析度電視、汽車音響、飛行/駕駛模擬器、助聽器等。而個人過去的研究當中亦涵蓋許多音訊數位訊號處理之核心技術有關的題目，例如陣列訊號處理、適應性濾波、多率訊號處理、無感測器超重低音電子補償、虛擬聲場重現技術等的研究，目前在JASA與ASME/J. Vibration (JVA)上已有多篇學術論文刊出。另有幾項專利申請或技轉中。


虛擬5.1聲道耳機	HRTF數值計算網格

4C applications	3D Audio Processor for Handheld Devices

電腦多媒體個人3D影音系統	HRTF 3D聲場定位

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3. 主動式噪音與振動控制技術(ANVC)與系統原型發展

主動噪音與振動控制常牽涉所謂"逆動態"(Inverse Dynamics)的近似，這一點與音訊訊號處理中例如"交越失真消除技術"(Crosstalk Cancellation)所需的"逆濾波"(Inverse Filtering)原理十分相似，個人近幾年投注許多心力在主動噪音與振動控制技術的研發，並已獲致初步的結果，歸納如下。

A. 演算法的推展：以往此領域學者所採用的控制方法多侷限於LMS之類的方法，本人則嘗試將其他控制方法，例如:LQG、H2、H∞、L1等應用到主動控制上。

B. 系統實現：個人以類比電路和數位信號處理器實現主動控制系統，完成軟硬體的整合。

C. 實現應用例：本人已將主動控制技術應用到諸如空調/汽車電子消音器、智慧型結構、主動式耳機、超重低音喇叭、汽車車廂噪音控制、轉子主動控制系統、主動式防震平台等。相較於傳統被動式噪音控制方式，主動式控制具有低頻效果好、體積小、重量輕、無背壓、可程式彈性等諸多優點，是一種極具遠景的新控制技術。個人在此一領域已約有30篇論文在JASA, ASME/JVA, J. Sound Vib. (JSV) 等國際期刊上發表。

ANC技術的應用點選連結

4. 機械系統之智慧型線上監測與診斷系統

過去三年當中，個人亦曾從事機械監測與診斷，例如渦捲式壓縮機、風扇汽車引擎之震動噪音監測與故障診斷、轉動機械之結合適應式卡門濾波器(Kalman Filter)及模糊邏輯(Fuzzy Logic)之智慧型階次分析（Order Analysis）與線上即時監測之軟硬體系統。

5. 其他相關研究成果

除了上述各項主要的研究成果之外，個人過去在聲學與信號處理的研究尚有涵蓋許多本計畫相關之技術，例如聲場╱結構互制計算、聲場輻射模態分析，這兩項研究是平面喇叭之基礎研究；還有陣列麥克風音源辨識系統，利用陣列訊號處理技巧計算音源方位；邊界元素法(Boundary Element Method, BEM)共鳴與輻射分析，是複雜聲場計算的重要數值方法；至於聲場全相技術（Spatial Transformation of Sound Field，STSF），乃是一種聲場可視化的有用工具。這些研究成果亦已有多篇學術期刊論文登出。

A. 聲場影像處理技術發展：個人發展了針對複雜幾何形狀噪音源的分析技術，有別於一般FFT平面全像法，以邊界元素法為基礎，在噪音源附近量取全像面之音壓或粒子速度資料，即可向內反算出近場或音源表面聲場，或是向外計算遠場輻射形式。本法能有效分析不規則形狀噪音源之聲場輻射，然而欲求取較高頻之聲場時則需使用較緻密的邊界元素，利用擬逆向濾波法，反向重建有時可達約10波長。本法可應用在噪音源判定、非接觸式結構模態分析、結構能量流分析、遠場輻射形態計算等，極具工業應用的潛力（爾後，丹麥B&K儀器公司依此概念開發出新產品，名為STSF系統）。

B. 邊界元素法在噪音與振動之應用：個人發展了一套複合數值方法。以有限元素法(FEM)及邊界元素法(BEM)分別對此類問題之結構部份與聲場部份進行分析。兩者組合為含壓力及位移場變數之運動方程式。自然頻率與振形則利用奇異值分解法求得。研究發現，當存在強烈互制現象時，因為聲場輻射負荷，自然頻率皆有明顯偏移情況，但是振形與節線則無明顯改變。本研究之成果將可提供一般聲場與結構互制系統之結構動態穩定性的一項數值分析與設計工具。

C. 聲場與結構互制現象數值與實驗分析：個人發展了預測結構內部聲壓振盪所引致的低頻表面振動之數值與實驗方法。視結構與聲場為一耦合系統且考慮聲場之負載效應，利用一種改良式的聲場/結構模態測試技術建立內部聲壓與表面振動之間的響應模式。研究貢獻為，對實際應用中具有複雜幾何形狀的結構/聲場系統，通常不易求得解析解或數值解，例如汽車引擎汽缸燃燒室、飛彈衝壓引擎燃燒室、壓力儲氣槽、核能反應爐等問題，而利用此法，可藉著壓力感測器所量得的壓力估算結構表面振動，提供了一項有用的實驗預測技術。

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