CN103886868A - 冲击声检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

一种冲击声检测方法，包括步骤：采集被测声音，获得被测声音在时域的声压信号；基于所述被测声音的声压信号，提取所述被测声音的第一特征；将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声；以及如果判断所述被测声音可能包含所述冲击声，计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声。

Description

冲击声检测方法及检测系统

技术领域

本发明通常涉及声音信号处理技术领域，具体涉及一种冲击声检测方法及检测系统。

背景技术

自动化生产线上，当相关零部件进行组合时，比如将两个卡扣进行组合，在没有差错的情况下，这两个卡扣会按照设计要求相互锁住，且不易被分开。但是，也存在因为某种误差，而导致这两个卡扣没有按照设计要求锁住，容易被分开的情况。而通过人工手段对每对卡扣进行检查又费时费力效率很低。考虑到当两个卡扣按照设计要求相互锁住时，会发出特定的冲击声，因此可以通过对该冲击声的检测来判断所述两个卡扣是否按照设计要求相互锁住。

然而，传统的冲击声检测方法有对被测声音进行频谱分析，然而操作起来相对复杂，且由于冲击声通常持续时间较短，频率分辨率不高，因此使用频谱分析的方法对于冲击声的检测有一定的局限性。因此，有必要提出一种无需对新增冲击声进行详细的频谱分析，又可以很方便的在被测声音中检测是否存在冲击声，减少了新增冲击声的判定的难点，适合自动化生产线的冲击声检测方法及检测系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击声检测方法及检测系统。基于所述方法和系统，对被测声音进行两次检测，包括基于声压级的检测，以及基于冲击响应谱的检测，从而提高冲击声检测准确度。

根据本发明的一个方面，提出了一种冲击声检测方法，包括步骤：采集被测声音，获得被测声音在时域的声压信号；基于所述被测声音的声压信号，提取所述被测声音的第一特征；将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声；以及如果判断所述被测声音可能包含所述冲击声，计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声。

根据本发明的第二方面，提出了一种冲击声检测系统，包括：一个处理器模块，包括一个第一特征提取单元，用于获得被测声音在时域的声压信号，提取被测声音的第一特征(声压信号对应的声压级变化曲线)，一个第一比较单元，与所述第一特征提取单元相连接，用于将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声，以及一个第二比较单元，分别与所述第一特征提取单元和所述第一比较单元相连接，如果所述第一比较单元判断所述被测声音可能包含所述冲击声，所述第二比较单元计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声；以及一个与所述处理器模块相连接的存储模块，用于存储所述第一阈值、所述第二阈值和／或所述标准冲击声样本的冲击响应谱。

利用上述方法和系统，相对于传统的频谱分析，不同冲击声的冲击响应谱有很强区分性，而相同类型的冲击声又有很强的相似性，显著提高了检测冲击声的准确性。此外，将声压级、冲击响应谱和相关分析的方法结合后进一步提高了检测冲击声的准确性。单独使用声压级的判断方法，遇到较大的噪声时，不能有效地检测冲击声。单独使用冲击响应谱和相关分析的方法，如果信号中存在类似的很小的不应关注的冲击声时就会产生误判。使用混合方法能够取长补短，进一步提高准确度。另外，通过添加新的标准冲击声样本，可以很方便的在信号中检测是否存在新增的冲击声，无需对新增冲击声进行详细的频谱分析，减少了新增冲击声的判定的难点，很适合自动化产线。

附图说明

通过下面结合附图对本发明实施例进行的详细描述，将使本发明实施例的上述特征和优点更加明显，其中：

图1是根据本发明实施例的冲击声检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的计算标准冲击声样本的冲击响应谱的流程图；以及

图3是根据本发明实施例的冲击声检测系统的框图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。在下面的说明中，忽略了一些对本发明实施例的方案不相关的细节，以防止对本发明的理解造成混淆。

为了清楚详细的阐述本发明的实施步骤，下面给出了本发明的具体实施例，适用于冲击声检测。需要说明的是，本发明不限于此应用，而是可适用于其它相关声音的检测。

图1是根据本发明实施例的冲击声检测方法的流程图100。首先，在步骤102，采集被测声音，获得被测声音在时域的声压信号。

在步骤104，基于所述被测声音在时域的声压信号，提取所述被测声音的第一特征。

根据本发明实施例的一个方面，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值。具体的，所述被测声音在时域的声压信号在时域上表现为一定时域区间内的一段波形，所述被测声音在时域的声压信号的绝对值得最大值即该一段波形在所述一定时域区间内的幅值的绝对值的最大值。

根据本发明实施例的另一个方面，所述被测声音的第一特征是所述被测声音信号在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值。具体的，所述声压级变化曲线是基于所述被测声音在时域的声压信号计算获得，具体的，是从时域的声压信号在一定时域区间内积分，计算时域信号的均方根值(Root Mean Square，RMS)。

在步骤106，将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声。具体的，当所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值，则所述第一阈值是根据所述被测声音在时域的声压信号的绝对值进行预先设定；当所述被测声音的第一特征是是所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值，则所述第一阈值是根据被测声音信号在时域的声压信号的声压级变化曲线进行设定。

如果所述被测声音的第一特征大于或等于所述第一阈值，则判断所述被测声音可能包含所述冲击声，对被测声音进行进一步检测；如果被测声音的第一特征小于所述第一阈值，则判断所述被测声音不包含所述冲击声，检测结束。

根据本发明实施例的一个方面，步骤104和步骤106还包括对所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值和所述被测声音的在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值分别进行提取，分别作为第一甲类特征和第一乙类特征；并预先设定相对于所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的第一甲类阈值和相对于所述被测声音的在时域的声压信号的声压级变化曲线的第一乙类阈值；以及，将第一甲类特征与第一甲类阈值进行第一组比较，将第一乙类特征与第一乙类阈值进行第二组比较，如果第一组比较和第二组比较中至少有一组比较结果显示所述被测声音可能包含所述冲击声，则对被测声音进行进一步检测。由于被测声音在时域的声压信号的绝对值的变化能体现所述被测声音在时域上的快变化的脉冲，而所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线能体现所述被测声音在时域上的慢变化而整体声压级较高的情况，因此在第一次比较中，将所述第一组比较和所述第二组比较结果相结合进行判断，能够避免漏检所述冲击声的情况。

如果通过第一次比较判断所述被测声音中可能包含所述冲击声，则对所述被测声音进行进一步检测，包括在步骤108，计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱。具体的，所述被测声音的冲击响应谱的计算，包括步骤：

1)对被测声音在时域的声压信号进行归一化处理，具体的，是对于所述被测声音的在时域的声压信号取最大绝对幅度值，将声压信号除以该最大绝对幅度值，得到最大幅度值为1的声压波形信号，从而获得被测声音在时域的归一化声压信号；以及

2)基于所述归一化声压信号，以及预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述被测声音的冲击响应谱。所述冲击响应谱的具体计算方法，可以采用递归滤波器算法等，属于本领域普通技术人员公知的范畴，在此不再进行详细说明。

在步骤110，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，具体的，所述相关系数是皮尔森相关系数，属于本领域普通技术人员公知的范畴，在此不再进行详细说明。

在步骤112，将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声。具体的，如果所述相关系数大于或等于所述第二阈值，则所述被测声音中包含所述冲击声，如果所述相关系数小于所述第二阈值，则所述被测声音中不包含所述冲击声。

根据本发明实施例，所述冲击声检测方法还包括计算所述标准冲击声样本的冲击响应谱。图2是计算所述标准冲击声样本的冲击响应谱的流程图200，包括步骤202，步骤204和步骤206。

首先，在步骤202，一次或多次采集标准冲击声，获得一个或多个标准冲击声的声压信号。具体的，所述标准冲击声的采集环境是不含除所述标准冲击声以外的其他明显噪声干扰源的实际生产环境，例如，所述实际生产环境内，除被测声音外，没有其他明显噪声干扰源，如机器运转、工人交谈或走动等。

其次，在步骤204，对所述一个或多个标准冲击声的声压信号进行归一化处理，获得一个所述标准冲击声的声压信号样本。具体的，是对于所述一个或多个标准冲击声在时域的的声压信号取最大绝对幅度值，将声压信号除以该最大绝对幅度值，得到最大幅度值为1的声压波形信号，从而获得一个标准冲击声的声压信号样本。

最后，在步骤206，基于所述标准冲击声的声压信号样本，以及所述预先设定的频率范围和阻尼因子计算所述标准冲击声的声压信号样本的冲击响应谱。

图3是根据本发明实施例的一种冲击声检测系统300的框图。如图3所示，所述冲击声检测系统300包括一个处理器模块302，所述处理器模块302可以是中央处理器CPU，单片机，或者微处理器MCU等具备数据运算功能的处理器。所述处理器模块包括一个第一特征提取单元304，一个与所述第一特征提取单元304相连接的第一比较单元306，和一个分别与所述第一特征提取单元304和所述第一比较单元306相连接的第二比较单元308。所述第一特征提取单元304基于被测声音在时域的声压信号，提取被测声音的第一特征。具体的，根据本发明的一个实施例，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值，根据本发明的另一个实施例，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值。所述第一比较单元306将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声。具体的，所述第一次比较包括：如果所述被测声音的第一特征小于所述第一阈值，则认为被测声音中不包含所述冲击声，如果所述被测声音的第一特征大于或等于所述第一阈值，则不能判断所述被测声音不包含所述冲击声。

如果所述第一比较单元306判断所述被测声音可能包含所述冲击声，所述第二比较单元308计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，并计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声。具体地，所述第二比较单元308计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱的步骤包括：对被测声音在时域的声压信号进行归一化处理，获得被测声音的归一化声压信号，以及基于所述归一化声压信号，以及预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述被测声音的冲击响应谱。具体的，所述相关系数是皮尔森相关系数，所述冲击响应谱的具体计算方法包括递归滤波器算法等，皆属于本领域普通技术人员公知的范畴，在此不再进行详细说明。所述第二次比较还包括：如果所述相关系数大于或等于所述第二阈值，则所述被测声音中包含所述冲击声，如果所述相关系数小于所述第二阈值，则所述被测声音中不包含所述冲击声。

根据本发明的实施例，所述冲击声检测系统300还包括一个与所述处理器模块相连接的存储模块310，用于存储所述第一阈值、所述第二阈值和／或所述标准冲击声样本的冲击响应谱，以及一个与所述处理器模块302相连接的采集模块312，用于采集所述被测声音，生成所述被测声音在时域的声压信号。具体的，所述存储模块310可以是只读内存(Read-Only Memory，ROM)，随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，或者闪存(Flash Memory)等存储介质。所述采集模块312包括常见的声音采集装置，如麦克风，声音信号传感器等，以及常见的声音的转换装置用于将采集到的声音转换成数据形式以便进行处理。

根据本发明实施例的一个方面，所述第一特征提取单元304对所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值和所述被测声音的在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值分别进行提取，分别作为第一甲类特征和第一乙类特征。所述存储模块310存储预先设定的相对于所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的第一甲类阈值和相对于所述被测声音的在时域的声压信号的声压级变化曲线的第一乙类阈值。所述第一比较单元306将第一甲类特征与第一甲类阈值进行第一组比较，将第一乙类特征与第一乙类阈值进行第二组比较，如果第一组比较和第二组比较中至少有一组比较结果显示所述被测声音可能包含所述冲击声，即第一甲类特征大于或等于第一甲类阈值，或／和第一乙类特征大于或等于第一乙类阈值，则对被测声音进行进一步检测。由于被测声音在时域的声压信号的绝对值的变化能体现所述被测声音在时域上的快变化的脉冲，而所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线能体现所述被测声音在时域上的慢变化而整体声压级较高的情况，因此在第一次比较中，将所述第一组比较和所述第二组比较结果相结合进行判断，能够避免漏检所述冲击声的情况。

根据本发明的实施例，所述冲击声检测系统300还用于计算所述标准冲击声样本的冲击响应谱。所述采集模块312一次或多次采集标准冲击声，获得一个或多个标准冲击声的声压信号，具体的，所述标准冲击声的采集环境是不含除所述标准冲击声以外的其他明显噪声干扰源的实际生产环境，例如，所述实际生产环境内，除被测声音外，没有其他明显噪声干扰源，如机器运转、工人交谈或走动等。所述处理器模块302的第二比较单元308对所述一个或多个标准冲击声的声压信号进行归一化处理，获得一个所述标准冲击声的声压信号样本，以及基于所述预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述标准冲击声的声压信号样本的冲击响应谱。所述冲击响应谱的具体计算方法，可以采用递归滤波器算法等，属于本领域普通技术人员公知的范畴，在此不再进行详细说明

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (16)

1.一种冲击声检测方法，包括步骤： 

采集被测声音，获得被测声音在时域的声压信号； 

基于所述被测声音的声压信号，提取所述被测声音的第一特征； 

将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声；以及 

如果判断所述被测声音可能包含所述冲击声，计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声。 

2.如权利要求1所述的方法，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值。 

3.如权利要求1所述的方法，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值。 

4.如权利要求1所述的方法，所述计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱包括步骤： 

对被测声音在时域的声压信号进行归一化处理，获得被测声音在时域的归一化声压信号，以及 

基于所述归一化声压信号，以及预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述被测声音的冲击响应谱。 

5.如权利要求4所述的方法，还包括计算所述标准冲击声样本的冲击响应谱，包括步骤： 

一次或多次采集标准冲击声，获得一个或多个标准冲击声的声压 信号； 

对所述一个或多个标准冲击声的声压信号进行归一化处理，获得一个所述标准冲击声的声压信号样本；以及 

基于所述预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述标准冲击声的声压信号样本的冲击响应谱。 

6.如权利要求5所述的方法，所述标准冲击声的采集环境是不含除所述标准冲击声以外的其他明显噪声干扰源的实际生产环境。 

7.如权利要求1所述的方法，所述第一次比较包括： 

如果所述被测声音的第一特征小于所述第一阈值，则认为被测声音中不包含所述冲击声， 

如果所述被测声音的第一特征大于或等于所述第一阈值，则所述被测声音可能包含所述冲击声。 

8.如权利要求1所述的方法，所述第二次比较包括： 

如果所述相关系数大于或等于所述第二阈值，则所述被测声音中包含所述冲击声， 

如果所述相关系数小于所述第二阈值，则所述被测声音中不包含所述冲击声。 

9.一种冲击声检测系统，包括： 

一个处理器模块，包括： 

一个第一特征提取单元，用于获得被测声音在时域的声压信号，提取被测声音的第一特征， 

一个第一比较单元，与所述第一特征提取单元相连接，用于将所述被测声音的第一特征与一个预先设定的第一阈值进行第一次比较，以判断所述被测声音是否可能包含所述冲击声，以及 

一个第二比较单元，分别与所述第一特征提取单元和所述第 一比较单元相连接，如果所述第一比较单元判断所述被测声音可能包含所述冲击声，所述第二比较单元计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱，计算所述被测声音的冲击响应谱与标准冲击声样本的冲击响应谱的相关系数，以及将所述相关系数与一个预先设定的第二阈值进行第二次比较，判断所述被测声音是否包含所述冲击声；以及 

一个与所述处理器模块相连接的存储模块，用于存储所述第一阈值、所述第二阈值和／或所述标准冲击声样本的冲击响应谱。 

10.如权利要求9所述的系统，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的绝对值的最大值。 

11.如权利要求9所述的系统，所述被测声音的第一特征是所述被测声音在时域的声压信号的声压级变化曲线中的最大值。 

12.如权利要求9所述的系统，还包括一个与所述处理器模块相连接的采集模块，用于采集所述被测声音，生成所述被测声音在时域的声压信号。 

13.如权利要求9所述的系统，所述第二比较单元计算所述被测声音在时域的声压信号的冲击响应谱包括步骤： 

对被测声音在时域的声压信号进行归一化处理，获得被测声音的归一化声压信号，以及 

基于所述归一化声压信号，以及预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述被测声音的冲击响应谱。 

14.如权利要求13所述的系统，还用于计算所述标准冲击声样本的冲击响应谱，其中 

所述采集模块一次或多次采集标准冲击声，获得一个或多个标准冲击声的声压信号， 

所述处理器模块的第二比较单元对所述一个或多个标准冲击声的声压信号进行归一化处理，获得一个所述标准冲击声的声压信号样本，以及基于所述预先设定的频率范围和阻尼因子，计算所述标准冲击声的声压信号样本的冲击响应谱。 

15.如权利要求9所述的系统，所述第一次比较包括： 

如果所述被测声音的第一特征小于所述第一阈值，则认为被测声音中不包含所述冲击声， 

如果所述被测声音的第一特征大于或等于所述第一阈值，则不能判断所述被测声音不包含所述冲击声。 

16.如权利要求9所述的系统，所述第二次比较包括： 

如果所述相关系数大于或等于所述第二阈值，则所述被测声音中包含所述冲击声， 

如果所述相关系数小于所述第二阈值，则所述被测声音中不包含所述冲击声。 

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