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一維聲場主動噪音控制器之研發
(1994)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程研究所
本研究之重點主要在研發適用於一維聲場( 例如空調通風管□排氣管□集塵設備等)之主動噪音控器.不同於傳統被動式噪音控制(如消音器),主動噪音控制利用人為產生的噪音抵消主要之噪音源,此一新的方式在低頻時,尤為有效.控制器之設計,主要將採類比式與數位式兩種方式,前者將以運算放大器電路為基礎,後者將以數位訊號處理專用之超大型積體電路為基礎,而控制之方法主要分兩類,第一類為前授控制,此需先做系統判別之工作,第二類為適應控制,主要利用遞迴最小平方之適應濾波.藉由本控制器之研發,將上述幾種控制理論配合軟體及硬體的設計,實施在此一極具工業應用潛力之研究主題,是非常具有機電整合之意義的.
以DSP實現轉子之主動式振動控制系統
(2000)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
以數位訊號處理器實現無感測器之重低音喇叭系統
(1999)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
使用免感測器之振膜速度估測器和虛擬重低音合成之揚聲器重低音加強系統發展(I)
(2005)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
關於揚聲器補償，振膜速度一直以來都是重要參數。在本研究計畫中，將會利用現代控制中的動態方程式、LQG 跟多率訊號處理來設計一個無須額外感測器的振膜速度觀察器。實驗的結果顯示設計的觀察器所估測出來的振膜速度與雷射位移計量測的結果相當吻合。除此之外，系統具有自動建模與合成濾波器的能力。藉由QFT 的理論來設計補償濾波器並在數位訊號處理器上實現。此系統可應用在音訊訊號處理的兩個問題上：重低音的加強和空間響應的等化。除此之外，吾人發展一套虛擬重低音的系統針對小尺寸的揚聲器，如手機和個人數位助理等應用。核心演算法包含多率系統、調變系統。因為重低音效果在普通喇叭實現效果不佳，而我們可以用虛擬重低音來取代原本的重低音而達到同樣的音效，所以在普通的喇叭、平面喇叭或是小型喇叭上我們可以實現此種方法而使喇叭不致於失真。虛擬重低音是我們將音訊經過低通濾波器之後而產生重低音訊號，再把這重低音訊號降頻取樣以減輕運算量，之後我們在將這降頻之後的重低音訊號用多率系統的方法分成數個頻帶，在對這些子頻帶做調變處理，也就是把這些頻帶移動到他們的兩倍頻、三倍頻和四倍頻上面，最後將這些諧波相加起來再經過升頻處理，而這些升頻處理的諧波相加起來的效果會與未處理的重低音效果相當。因為這些諧波是較高頻的訊號，所以在非重低音喇叭可以實現此種效果。前半年的工作為發展虛擬重低音的演算法，後半年的工作會將這些演算法用硬體實現。
使用免感測器之振膜速度估測器和虛擬重低音合成之揚聲器重低音加強系統發展(II)
(2006)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
免持聽筒汽車套件之迴聲與噪音控制系統
(2008)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
本研究計畫目的主要在建構一個免持聽筒汽車套件之迴聲與噪音控制系統。核心技術包含迴聲消除(acoustic echo cancellation)、噪音消除(noise reduction)以及麥克風陣列(microphone array)技術。此系統在處理迴聲方面是採用一種改良式自適性訊號處理方法，架構主要是由固定式濾波器(fixedfilter)與自適性濾波器(adaptive filter)結合著分頻的觀念所構成，稱為分頻混合法(sub-band Hybrid method)。此方法在迴聲消除上有著比傳統更好的效果以及較低的計算量。而噪音消除方面，噪音消除技術主要包含兩個部份分別是線性預測模組與Wiener 濾波器模組，不像傳統Wiener 頻譜相減的方法，本案提出改良的方法將會有比較少的失真。最後麥克風陣列技術方面，聲源方向估計(DOA)、聲束形成(beamforming)、超指向性法(superdirective method)這些是麥克風陣列會用到的技術，藉由麥克風陣列能對聲源方向估計，然後針對聲援來形成聲束並配著高指向性的特性來接收訊號便可對於雜訊、迴聲或者其他干擾有抑制的效果。本計畫第一年度將以發展迴聲消除技術之演算法的模擬為主，第二年將發展噪音消除之演算法的模擬，第三年則是發展麥克風陣列技術並與迴聲消除與噪音消除兩大技術整合，將這些演算法利用硬體DSP在汽車中實現。
免持聽筒汽車套件之迴聲與噪音控制系統
(2009)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
本研究計畫目的主要在建構一個免持聽筒汽車套件之迴聲與噪音控制系統。核心技術包含迴聲消除(acoustic echo cancellation)、噪音消除(noise reduction)以及麥克風陣列(microphone array)技術。此系統在處理迴聲方面是採用一種改良式自適性訊號處理方法，架構主要是由固定式濾波器(fixedfilter)與自適性濾波器(adaptive filter)結合著分頻的觀念所構成，稱為分頻混合法(sub-band Hybrid method)。此方法在迴聲消除上有著比傳統更好的效果以及較低的計算量。而噪音消除方面，噪音消除技術主要包含兩個部份分別是線性預測模組與Wiener 濾波器模組，不像傳統Wiener 頻譜相減的方法，本案提出改良的方法將會有比較少的失真。最後麥克風陣列技術方面，聲源方向估計(DOA)、聲束形成(beamforming)、超指向性法(superdirective method)這些是麥克風陣列會用到的技術，藉由麥克風陣列能對聲源方向估計，然後針對聲援來形成聲束並配著高指向性的特性來接收訊號便可對於雜訊、迴聲或者其他干擾有抑制的效果。本計畫第一年度將以發展迴聲消除技術之演算法的模擬為主，第二年將發展噪音消除之演算法的模擬，第三年則是發展麥克風陣列技術並與迴聲消除與噪音消除兩大技術整合，將這些演算法利用硬體DSP在汽車中實現。
利用時域之近場等效聲源影像法進行聲源識別和聲場重建
(2007)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
在研究計畫中提出麥克風陣列法(microphone array)來進行平面及非平面之噪音源診斷。而本計劃所提出的麥克風陣列架構主要是以時域之反逆濾波器(inverse filter)的基楚，進而發展出近場等效聲源影像(nearfield equivalence source imaging, NESI)技術來實現聲源識別和聲場重建，進而提升噪音源判斷的正確率。本計劃之NESI是在時域上設計，它除了可以應用在穩定噪音源上亦可應用在非穩定噪音源上。並且利用最小均方最佳化來設計出多通道反逆濾器。Tikhonov調整化被利用來仰制模型相稱的不好條件值。此外，可預期出的問題如：重建聲場表面上的奇異(singularity)問題可以使用撤退焦點表面法(retreated focus point)來解決、邊界上失焦的問題可以使用窗口矩陣的設計來解決等。最後使用高效率之狀態空間最小化的獲得技術(stat-space minimal realization technique)來實現多通道反逆濾器。而在聲學學變數上，NESI除了可以計算出聲音的強度(soruce strength)外，亦可進一步計算出重建面之聲壓(sound pressure)、粒子速度(particle velocity)及聲音密度(sound intensity)等。NESI除了可以應用在一維及二維矩形麥克風陣列以外，亦可應用在不規則之幾合形狀之麥克風陣列上。此外，NESI也可以去估測出遠場的聲壓大小。本計劃第一年度將以發展NESI的演算法及模擬為主要，第二年將以後處理及計算聲學變數為主，第三年的工作會將這些演算法、後處理及計算聲學變數用硬體實現。
利用時域之近場等效聲源影像法進行聲源識別和聲場重建
(2008)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
在研究計畫中提出麥克風陣列法(microphone array)來進行平面及非平面之噪音源診斷。而本計劃所提出的麥克風陣列架構主要是以時域之反逆濾波器(inverse filter)的基楚，進而發展出近場等效聲源影像(nearfield equivalence source imaging, NESI)技術來實現聲源識別和聲場重建，進而提升噪音源判斷的正確率。本計劃之NESI是在時域上設計，它除了可以應用在穩定噪音源上亦可應用在非穩定噪音源上。並且利用最小均方最佳化來設計出多通道反逆濾器。Tikhonov調整化被利用來仰制模型相稱的不好條件值。此外，可預期出的問題如：重建聲場表面上的奇異(singularity)問題可以使用撤退焦點表面法(retreated focus point)來解決、邊界上失焦的問題可以使用窗口矩陣的設計來解決等。最後使用高效率之狀態空間最小化的獲得技術(stat-space minimal realization technique)來實現多通道反逆濾器。而在聲學學變數上，NESI除了可以計算出聲音的強度(soruce strength)外，亦可進一步計算出重建面之聲壓(sound pressure)、粒子速度(particle velocity)及聲音密度(sound intensity)等。NESI除了可以應用在一維及二維矩形麥克風陣列以外，亦可應用在不規則之幾合形狀之麥克風陣列上。此外，NESI也可以去估測出遠場的聲壓大小。本計劃第一年度將以發展NESI的演算法及模擬為主要，第二年將以後處理及計算聲學變數為主，第三年的工作會將這些演算法、後處理及計算聲學變數用硬體實現。
利用時域之近場等效聲源影像法進行聲源識別和聲場重建
(2009)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
在研究計畫中提出麥克風陣列法(microphone array)來進行平面及非平面之噪音源診斷。而本計劃所提出的麥克風陣列架構主要是以時域之反逆濾波器(inverse filter)的基楚，進而發展出近場等效聲源影像(nearfield equivalence source imaging, NESI)技術來實現聲源識別和聲場重建，進而提升噪音源判斷的正確率。本計劃之NESI是在時域上設計，它除了可以應用在穩定噪音源上亦可應用在非穩定噪音源上。並且利用最小均方最佳化來設計出多通道反逆濾器。Tikhonov調整化被利用來仰制模型相稱的不好條件值。此外，可預期出的問題如：重建聲場表面上的奇異(singularity)問題可以使用撤退焦點表面法(retreated focus point)來解決、邊界上失焦的問題可以使用窗口矩陣的設計來解決等。最後使用高效率之狀態空間最小化的獲得技術(stat-space minimal realization technique)來實現多通道反逆濾器。而在聲學學變數上，NESI除了可以計算出聲音的強度(soruce strength)外，亦可進一步計算出重建面之聲壓(sound pressure)、粒子速度(particle velocity)及聲音密度(sound intensity)等。NESI除了可以應用在一維及二維矩形麥克風陣列以外，亦可應用在不規則之幾合形狀之麥克風陣列上。此外，NESI也可以去估測出遠場的聲壓大小。本計劃第一年度將以發展NESI的演算法及模擬為主要，第二年將以後處理及計算聲學變數為主，第三年的工作會將這些演算法、後處理及計算聲學變數用硬體實現。
在聲場回授情況下以DSP實現適應性強健主動式電子消音器
(1998)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
壓電平面喇叭之最佳設計與實作(I)
(2003)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程研究所
壓電平面喇叭之最佳設計與實作(II)
(2004)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程研究所
工廠工作環境噪音防治改善先驅計畫
(1993)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程學系
本計畫旨在延續第一年之工廠工作環境噪音分析調查.以量測結果中噪音問題比較嚴重之廠商( 例如鋼鐵工業,紡織工業,石化工業)作為防治改善的對象,亦即上年度之研究重點為廣度之噪音調查,本年度則為深度之噪音診斷,並提出防治方案, 進行詳細規劃與噪音防治設計,於本年度計畫完成時,期能提出一套有系統之工廠工作環境噪音防治之步驟與準則,以作為工業界進行噪音防治之參考模式.
微型揚聲器分析評估與設計最佳化
(2006)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程系
本計畫主要目的在於微型揚聲器以及音響空間之電聲系統的分析、設計與評估。目前關於揚聲器之分析與評估之軟體與設備，主要都針對大型揚聲器，對於微型揚聲器這些分析的軟硬體並無法做分析。近年來，微型揚聲器被廣泛應用在3C 產品上，已成為3C 產品之重要元件，如行動電話、PDAs 以及MP3 等，因此微型揚聲器高度值得從事系統分析與設計之開發研究。本計畫有四個特點單元，第一個單元為微型揚聲器參數鑑別，經由測試箱法來鑑別出微型揚聲器的機電聲類比參數。第二個單元為微型揚聲器之動態響應與音響空間之機電聲模擬。第三個單元為揚聲器性能評估，包括：阻抗、頻率響應、感度、效率、指向性以及諧波失真等指標。第四個單元為微型揚聲器之最佳化設計，由最佳化分析求得微型揚聲器以及音響空間之最佳設計參數，以期能設計出微型揚聲器最佳聲學效能以及最小諧波失真。
微型揚聲器分析評估與設計最佳化
(2007)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
本計畫主要目的在於微型揚聲器以及音響空間之電聲系統的分析、設計與評估。目前關於揚聲器之分析與評估之軟體與設備，主要都針對大型揚聲器，對於微型揚聲器這些分析的軟硬體並無法做分析。近年來，微型揚聲器被廣泛應用在3C 產品上，已成為3C 產品之重要元件，如行動電話、PDAs 以及MP3 等，因此微型揚聲器高度值得從事系統分析與設計之開發研究。本計畫有四個特點單元，第一個單元為微型揚聲器參數鑑別，經由測試箱法來鑑別出微型揚聲器的機電聲類比參數。第二個單元為微型揚聲器之動態響應與音響空間之機電聲模擬。第三個單元為揚聲器性能評估，包括：阻抗、頻率響應、感度、效率、指向性以及諧波失真等指標。第四個單元為微型揚聲器之最佳化設計，由最佳化分析求得微型揚聲器以及音響空間之最佳設計參數，以期能設計出微型揚聲器最佳聲學效能以及最小諧波失真。
應用多率信號處理方法於主動噪音控制系統以降低電子延遲
(2001)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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國立交通大學機械工程研究所
智慧型追蹤導引應用於下一代紅外線影像空對空飛彈之模擬及可行性分析
(2000)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學電機與控制工程系
沈浸式電腦遊戲環境---子計畫一:虛擬實境數位3D音效系統之研發與實現
(2004)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程研究所
本研究子計畫目的在於開發虛擬實境3D 音效合成系統。核心演算法包含頭部轉移函數、殘響器和交越干擾失真消除系統。針對於頭部轉移函數模型，採用解析法、數值法和實驗法三種方法來建模。提出」頭部轉移函數之內插及降階模型」來增加合成、運算的效率，且改善聲源移動不連續的問題。此外，我們將人類的聽覺特性加以考慮，來更加簡化整體的運算量。關於房間響應的模型建立，本案將提出一個不須經由量測而可以合成出較自然的混響效果的新方法，稱為」混響器之邊界聲源表示法」。對於計算效率的提升提出兩個創新的方法，''非均勻取樣法''與''多率濾波器群法''。交越干擾失真消除系統設計分成兩個方向來發展，一為穩健性系統，此係利用」控制聲源法」和調整陣列喇叭的最佳擺設位置使得」甜點」(Sweet spot)變大。另一為適應性系統，利用網路攝影機來追蹤人頭的位置，然後即時的調整系統參數，讓人在一定的範圍內都能夠得到最佳的消除效果。最後將選擇最佳之演算法分別利用軟體(MS Directshow)和硬體(DSP and SoC)來驗證和實現。
沈浸式電腦遊戲環境---總計畫
(2004)
白明憲
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BAI MING-SIAN
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交通大學機械工程研究所
本整合型研究計畫旨在發展和實現〝沈浸式電腦遊戲環境〞，分成五項子計畫，預計兩年完成。子計畫一目標在發展數位3D 音效系統，提出三項創新的核心技術，分別為頭部轉移函數、殘響器和交越失真干擾消除系統。子計畫二運用微機電製程來設計並製作一新式六軸定位感測器，具有微型化、製作成本低廉、性能符合要求等優點。子計畫三利用USB 來設計複合式人工界面裝置。子計畫四以高效能電腦系統產生動態高畫素立體影像對，再經由同步化雙顯像投影系統結合光學線性偏振片及先進週邊設備，可產生高品質立體影像。子計畫五針對汽車物理系統推導所得之動態模型取得最佳化之模型結構。整合上述五項子計畫，藉由微軟XDK (Xbox Development Kit)開發工具來重現模擬汽車的運動狀態、配上3D 立體音效和立體視效使汽車動態模型能達到與真實系統相近的特性表現，透過先進的六軸定向搖桿讓整個家庭遊戲機虛擬實境的效果更顯逼真、更具娛樂娛樂價值。