CN105828259A - 一种伞形可重组三维传声器阵列 - Google Patents

Abstract

一种伞形可重组三维传声器阵列，包括阵列主体和可拆卸地安装在阵列主体上的传声器，所述阵列主体包括水平设置的主轴，若干根连杆的固定端可滑动地设置在所述主轴上，连杆的自由端向主轴的四周辐射，每根连杆均配有一根起支撑作用的支杆，所述支杆的一端可滑动地设置在所述连杆上，另一端与所述主轴的端部铰接，所述主轴、所述连杆和所述支杆构成伞骨状；传声器布设在所述连杆上。滑动滑套和调整传声器的安装位置即可调整传声器的位置，从而本发明可选择出最佳位置，以获得最佳声源识别定位效果，且本发明可识别真假声源，有效抑制伪声源的干扰。

Description

一种伞形可重组三维传声器阵列

技术领域

本发明涉及一种伞形可重组三维传声器阵列。

背景技术

传声器阵列是一种将多个传声器按照某种几何形状分布组合而成的声学探测装置，该装置结合信号处理软件可以对多声源同步检测，能够测量声源的空间信息，并能对特定位置声源进行信号增强和抑制背景干扰的处理，可提高设备对目标声音的拾取能力，也可用于跟踪声源的移动过程，该装置出现在现代声学测量领域的大部分应用中，比如助听器、电话会议系统、计算机终端设备等，用于实现语音增强、声源定位、声成像检测、舞台定点声音拾取、远距离采访、机器噪声故障诊断、远距离监测监听等功能。

波束形成器阵列性能的好坏在很大程度上取决于传声器阵列的几何形状，阵列布局的不同对声源识别结果会产生很大的影响。现有的三维阵列主要有半球形传声器阵列、球形传声器阵列、多层立体网格阵列、星形立体传声器阵列。其中球形传声器阵列适合内声场测量，复杂度高。多层立体网格阵列优势是在不增加传声器数目的前提下，减少了栅瓣和虚影的影响，局限性是多层立体网格阵列设计时相邻传声器之间的间隔和相邻两层之间的间隔是一样的，导致四棱锥面的倾角固定不变，即分析频率范围不变。星形阵列在国外已经有些研究果，它有36和48个测量通道，测量距离较远，工作频段在100Hz-7kHz。但上述三维阵列的结构都是固定的，传声器的布置位置也是固定不变的，不能根据使用场合的变化做调整。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种伞形可重组三维传声器阵列。

本发明的技术方案是：

一种伞形可重组三维传声器阵列，包括阵列主体和可拆卸地安装在阵列主体上的传声器，所述阵列主体包括水平设置的主轴，若干根连杆的固定端可滑动地设置在所述主轴上，连杆的自由端向主轴的四周辐射，每根连杆均配有一根起支撑作用的支杆，所述支杆的一端可滑动地设置在所述连杆上，另一端与所述主轴的端部铰接，所述主轴、所述连杆和所述支杆构成伞骨状；传声器布设在所述连杆上。

进一步，所述主轴上可滑动地设有滑套，所述连杆的固定端固定在所述滑套上。

进一步，所述滑套上设有把手。

进一步，所述连杆上沿长度方向设有滑槽，所述支杆的杆头可滑动地设置在所述滑槽内。

进一步，每根连杆上的传声器的数量相同，且按相同规律分布。

进一步，所述连杆不少于3根，且连杆等间距地设置在所述主轴的周围。

进一步，所述连杆上至少设有一个传声器。

进一步，所述传声器采集声源信息并输送给控制设备。

进一步，所述传声器通过夹具固定在所述连杆上。

进一步，所述夹具包括用于固定传声器的固定部和用于夹持在连杆上的夹持部。

本发明的有益效果是：

(1)滑动滑套和调整传声器的安装位置即可调整传声器的位置，从而可选择出最佳位置，以获得最佳声源识别定位效果。

(2)且当阵列张角θ不为90°时，连杆沿主轴的两侧是不对称的，便于识别真假声源，有效抑制伪声源的干扰。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是对本发明建立的坐标系示意图

图3是x、y、z三轴上的HPBW随传声器总个数的变化趋势示意图

图4是x轴上的HPBW随阵列张角θ的变化趋势示意图

图5是y轴上的HPBW随阵列张角θ的变化趋势示意图

图6是z三轴上的HPBW随阵列张角θ的变化趋势示意图

图7是x、y、z三轴上的HPBW随声源频率的变化趋势示意图

图8是x轴上的HPBW随声源深度的变化趋势示意图

图9是y轴上的HPBW随声源深度的变化趋势示意图

图10是z轴上的HPBW随声源深度的变化趋势示意图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图，一种伞形可重组三维传声器阵列，包括阵列主体和可拆卸地安装在阵列主体上的传声器31，所述阵列主体包括水平设置的主轴1，若干根连杆3的固定端可滑动地设置在所述主轴1上，连杆3的自由端向主轴1的四周辐射，每根连杆1均配有一根起支撑作用的支杆4，所述支杆4的一端可滑动地设置在所述连杆3上，另一端与所述主轴1的端部铰接，所述主轴1、所述连杆3和所述支杆4构成伞骨状；传声器31布设在所述连杆3上。

所述主轴1上可滑动地设有滑套2，所述连杆3的固定端固定在所述滑套2上。

所述滑套2上设有把手21。

所述连杆3上沿长度方向设有滑槽，所述支杆4的杆头可滑动地设置在所述滑槽内。

每根连杆3上的传声器31的数量相同，且按相同规律分布。

所述连杆3不少于3根，且连杆等间距地设置在所述主轴的周围。

所述连杆3上至少设有一个传声器31。

所述传声器31采集声源信息并输送给控制设备。

所述传声器31通过夹具固定在所述连杆3上，夹具包括用于固定传声器31的固定部和用于夹持在连杆3上的夹持部。

本发明的工作原理为：

连杆3与主轴1的夹角为阵列张角θ，阵列孔径(即张开的连杆3构成的圆形的直径)随阵列张角θ的变化而变化，沿着主轴1滑动滑套2，即可调节阵列张角θ的大小，阵列孔径也会随之变化，且传声器31在连杆3上的固定位置可调，因此可以通过滑动滑套2和调整传声器31的安装位置挑选出传声器31的最合适的位置，以获得最佳的声源识别定位效果。

且当阵列张角θ不为90°时，连杆3沿主轴的两侧是不对称的，便于识别真假声源，从而抑制伪声源的干扰。

对本发明进行效果验证：

1、实验条件：

1.1、建立坐标系：

建立如图2所示的坐标系，以主轴所在方向为Z轴，以与Z轴位于同一个水平面且垂直于Z轴的方向为X轴方向，以与Z轴位于同一个竖直平面且垂直于Z轴的方向为Y轴方向，以主轴1靠近支杆4的一端的端头为坐标系原点O。

1.2、声源和声场设定：

以小型扬声器为声源，为点声源，且设置在连杆3的右后侧，声源坐标为(0.04m，-0.08m，1m)，声源发出矩形脉冲信号，信号强度为12dB，持续时间为10s，频率f分别为500Hz～6kHz，频率变化间隔为500Hz。

限定声场为长方体空间，声场边界条件：-1m≤x_f≤1m、-1m≤y_f≤1m、-5m≤z_f≤5m，其中x_f为声场x方向预设边界长度，y_f为声场y方向预设边界长度，z_f为声场z方向预设边界长度。

1.3、传声器限定：

传声器31采用的是B&K公司的4958传声器，有效工作频率范围10～20000Hz，动态范围为28～140dB，

1.4、阵列主体限定：

包括3根连杆和3根支杆，主轴1的长度L₁为0.6m，连杆3的长度L2为0.57m，支杆4的长度L3为0.37m，最近的传声器31到滑套的距离d₀为0.1m。相邻传声器的间距最小为0.02m，如图2所示，定义连杆a位于XOZ平面内，连杆b位于XOZ平面的外侧，连杆c位于XOZ平面的内侧，且连杆a、连杆b和连杆c等角度分布，如图2所示。

1.5、传声器坐标

定义连杆a、连杆b和连杆c上的传声器坐标分别为(x_1j，y_1j，z_1j)、(x_2j，y_2j，z_2j)、(x_3j，y_3j，z_3j)，其中j为传声器在每个连杆上的编号，每根连杆上，距离滑套最近的传声器编号为1，再依次为2、3…，所以j＝1、2、3…，则：

图2中连杆a上的传声器在X、Y、Z各方向的坐标如下所示：

x_1j＝x₀-P_j(M)·|cos(π-θ)|

y_1j＝0

z_1j＝P_j(M)·sin(π-θ)

图2中连杆b上的传声器在X、Y、Z各方向的坐标如下所示：

x_2j＝x₀-P_j(M)·cos(π-θ)|

y_2j＝P_j(M)·sin(-θ)·cos(π/6)

z_2j＝-P_j(M)·sin(π-θ)·sin(π/6)

图2中连杆c上的传声器在X、Y、Z各方向的坐标如下所示：

x_3j＝x₀-P_j(M)·|cos(π-θ)|

y_3j＝-P_j(M)·sin(π-θ)·cos(π/6)

z_3j＝-P_j(M)·sin(π-θ)·sin(π/6)

其中，θ为阵列张角，x₀是连杆与滑套的连接处与坐标系原点O的距离，P_j(M)为阵元间距变化函数，该函数取决于传声器间距d_j的变化方式，例如，当相邻传声器按间距d等间距分布时：

P_j(M)＝d₀+(j-1)×d。

2、效果验证

2.1、当阵列张角θ、声源深度和声源频率一定时，传声器总个数对阵列性能的影响：

在阵列张角θ为60°，声源深度为1m，声源频率为4kHz时，当传声器总个数由9个增加到60个时(即每个连杆上的传声器个数由3个增加到20个)，且传声器在连杆上等间距分布时，本发明x、y、z三轴上的HPBW(即半功率点波束宽度，HPBW越小，声源识别定位效果越好)随传声器总个数的变化趋势如图3所示。

2.2、当传声器总个数、声源深度和声源频率一定时，阵列张角θ对阵列性能的影响：

当传声器总数为30个，即每个连杆上的传声器个数为10个，声源深度为1m，声源频率为4kHz时，本发明x、y、z三轴上的HPBW随阵列张角θ的变化趋势分别如图4、图5、图6所示。

2.3、当传声器总个数、声源深度和阵列张角θ均一定时，声源频率对阵列性能的影响：

当传声器总数为30，声源深度为1m，阵列张角θ为60°时，声源频率在500Hz～6kHz间变化时，本发明x、y、z三轴上的HPBW随声源频率的变化趋势如图7所示。

2.4、当传声器总个数、声源频率和阵列张角θ均一定时，声源深度对阵列性能的影响：

当传声器总个数为30、声源频率为4kHz，阵列张角θ为60°时，本发明x、y、z三轴上的HPBW随声源深度的变化趋势分别如图8、图9、图10所示。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：包括阵列主体和可拆卸地安装在阵列主体上的传声器，所述阵列主体包括水平设置的主轴，若干根连杆的固定端可滑动地设置在所述主轴上，连杆的自由端向主轴的四周辐射，每根连杆均配有一根起支撑作用的支杆，所述支杆的一端可滑动地设置在所述连杆上，另一端与所述主轴的端部铰接，所述主轴、所述连杆和所述支杆构成伞骨状；传声器布设在所述连杆上。

2.如权利要求1所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述主轴上可滑动地设有滑套，所述连杆的固定端固定在所述滑套上。

3.如权利要求2所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述滑套上设有把手。

4.如权利要求3所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述连杆上沿长度方向设有滑槽，所述支杆的杆头可滑动地设置在所述滑槽内。

5.如权利要求4所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：每根连杆上的传声器的数量相同，且按相同规律分布。

6.如权利要求5所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述连杆不少于3根，且连杆等间距地设置在所述主轴的周围。

7.如权利要求6所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述连杆上至少设有一个传声器。

8.如权利要求7所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述传声器采集声源信息并输送给控制设备。

9.如权利要求8所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述传声器通过夹具固定在所述连杆上。

10.如权利要求9所述一种伞形可重组三维传声器阵列，其特征在于：所述夹具包括用于固定传声器的固定部和用于夹持在连杆上的夹持部。