CN106323460B - 用于获取指定方向声压信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于获取指定方向声压信号的方法及装置。一种用于获取指定方向声压信号的方法，所述方法包括：根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱及声强谱；根据所述平均声压谱及所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数；根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号。根据本发明的用于获取指定方向声压信号的方法及装置能够测量指定方向的声压信号。
Description
技术领域
本公开涉及声音测量技术领域，具体而言，涉及一种用于获取指定方向声压信号的方法及装置。
背景技术
对于尺寸较大的结构件，包括长度大的结构件，如铁轨，或者面积大的结构件，如舱壁等，在工作状态下，可能该结构件的各个部位均同时向外辐射噪声，并且不同部位辐射不同的噪声。为研究该结构件的辐射噪声，需要分别获取该结构件的不同部位的辐射噪声的声压波形。
该问题使用常规的声压测量方法是不可行的，因为声压传感器(也称传声器)测量的信号是没有方向性的，即声压传感器接收到各个方向传递来的声音，即是接收到该结构件的所有部位辐射的噪声信号。
在实际应用中，需要测量某个指定方向的声音信号，才能有效区分不同部位辐射的噪声。一般采用声强传感器，可以测量指定方向的声强，以区分该结构件的不同部位辐射噪声的强弱。但是该方法一般仅仅获得声强的频谱，即声强谱，而不能得到该方向的声压波形。
获得声强谱可以从频域角度分析结构件的不同部位辐射噪声的特性，但是不能得到时域下的声压波形，而难以进行更加深入的研究和分析。
因此，需要一种新的用于获取指定方向声压信号的方法及装置。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决或者减缓上述问题的用于获取指定方向声压信号的方法及装置。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种用于获取指定方向声压信号的方法，所述方法包括：
根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱及声强谱；
根据所述平均声压谱及所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数；
根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：采集所述第一声压信号和所述第二声压信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述采集所述第一声压信号和所述第二声压信号包括：
在待测结构件的预设部位的预设距离处并列设置第一传声器和第二传声器，其中所述第一传声器和所述第二传声器组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向；
分别采集所述第一传声器获取得到的所述第一声压信号和所述第二传声器获取得到的所述第二声压信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱包括：
分别根据所述第一声压信号和所述第二声压信号获取第一声压谱和第二声压谱；
对所述第一声压谱和第二声压谱进行算术平均获取所述平均声压谱。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述平均声压谱和所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数包括：
获取所述平均声压谱与所述声强谱的差值；
根据所述差值获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号投影至所述指定方向的幅值系数；
将所述幅值系数转换为所述传递函数。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号包括：
获取所述传递函数的倒数的卷积系数；
根据所述第一声压信号或者所述第二声压信号与所述卷积系数获取所述指定方向声压信号。
根据本公开的一个方面，提供一种用于获取指定方向声压信号的装置，所述装置包括：
谱获取模块，用于根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱及声强谱；
传递函数获取模块，用于根据所述平均声压谱及所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数；
指定方向声压信号获取模块，用于根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括采集模块，用于采集所述第一声压信号和所述第二声压信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述采集模块包括：
第一传声器，用于采集所述第一声压信号；
第二传声器，用于采集所述第二声压信号；
其中，所述第一传声器和所述第二传声器并列设置于待测结构件的预设部位的预设距离处，所述第一传声器和所述第二传声器组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向。
在本公开的一种示例性实施例中，所述传递函数获取模块包括：
第一计算单元，用于获取所述平均声压谱与所述声强谱的差值；
幅值系数获取单元，用于根据所述差值获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号投影至所述指定方向的幅值系数；
转换单元，用于将所述幅值系数转换为所述传递函数。
在本公开的一种示例性实施例中，所述指定方向声压信号获取模块包括：
卷积系数获取单元，用于获取所述传递函数的倒数的卷积系数；
指定方向声压信号提取单元，用于根据所述第一声压信号或者所述第二声压信号与所述卷积系数获取所述指定方向声压信号。
根据本公开提出一种用于获取指定方向声压信号的方法及装置，能够获取指定方向的时域声压信号的波形，一方面，解决了声压测量中不具有方向性的问题，另一方面，也解决了声强测量仅有频谱不能得到波形的问题。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的方法流程图。
图2示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的方法示意图。
图3示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的装置的框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
图1示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的方法流程图。
如图1所示，在步骤S110中，根据第一声压信号SA(t)和第二声压信号SB(t)获取平均声压谱PAB(ω)及声强谱IAB(ω)。
在示例性实施例中，该方法还可以包括：采集所述第一声压信号SA(t)和所述第二声压信号SB(t)。
在示例性实施例中，所述采集所述第一声压信号SA(t)和所述第二声压信号SB(t)包括：在待测结构件的预设部位的预设距离处并列设置第一传声器A和第二传声器B，其中所述第一传声器A和所述第二传声器B组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向；分别采集所述第一传声器A获取得到的所述第一声压信号SA(t)和所述第二传声器B获取得到的所述第二声压信号SB(t)。
其中所述待测结构件的所述预设部位与所述声强传感器之间的所述预设距离没有特别限制，一般将所述声强传感器设置在所述预设部位的附近，只需要能够保证所述声强传感器接收到所述预设部位辐射的声音与背景噪声相比信噪比足够，当距离太远时，测量的所述预设部位发出的声音与背景噪声相比的信噪比可能不足。
其中所述声强传感器的参考方向是指从所述第一传声器A的前端面中心点指向所述第二传声器B的前端面中心点的方向。
在示例性实施例中，所述指定方向可以是所述待测结构件的所述预设部位的垂直方向。但本公开并不限定于此，所述指定方向是可以根据所要检测的所述预设部位发出的声音的方向变化的，所述指定方向可以为所述预设部位的垂直方向向上0-90度或者向下0-90度，例如所述预设部位的垂直方向向上45度或者向下45度。当所述指定方向改变时，所述声强传感器的参考方向需要相应的发生改变，调整所述声强传感器的参考方向与所述指定方向一致。
在一实施例中，所述待测结构件可为大尺寸结构件，这里所说的大尺寸结构件，可以包括长度大的结构件，如铁轨；也可以包括面积大的结构件，如舱壁等。但本公开不限定于此。所述待测结构件的所述预设部位可以任意选择该待测结构件上希望测量其指定方向上的声压信号的部位。
需要说明的是，上述实施例中虽然以两个传声器(第一传声器A和第二传声器B)为例进行说明，但可以根据实际需求选择更多个传声器。但本公开对此不作限定。
在示例性实施例中，所述根据第一声压信号SA(t)和第二声压信号SB(t)获取平均声压谱PAB(ω)包括：分别根据所述第一声压信号SA(t)和所述第二声压信号SB(t)获取第一声压谱PA(ω)和第二声压谱PB(ω)；对所述第一声压谱PA(ω)和第二声压谱PB(ω)进行算术平均获取所述平均声压谱PAB(ω)。
在步骤S120中，根据所述平均声压谱PAB(ω)及所述声强谱IAB(ω)获取所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)至所述指定方向声压信号W(t)的传递函数H(ω)。
在示例性实施例中，所述根据所述平均声压谱PAB(ω)和所述声强谱IAB(ω)获取所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)至所述指定方向声压信号的传递函数H(ω)包括：获取所述平均声压谱PAB(ω)与所述声强谱IAB(ω)的差值DAB(ω)＝PAB(ω)-IAB(ω)；根据所述差值DAB(ω)获取所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)投影至所述指定方向的幅值系数KAB(ω)；将所述幅值系数KAB(ω)转换为所述传递函数。
在步骤S130中，根据所述传递函数H(ω)和所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)获取所述指定方向声压信号W(t)。
在示例性实施例中，所述根据所述传递函数H(ω)和所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)获取所述指定方向声压信号W(t)包括：获取所述传递函数的倒数1/H(ω)的卷积系数F(t)；根据所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)与所述卷积系数F(t)获取所述指定方向声压信号W(t)。
本实施方式的用于获取指定方向声压信号的方法，通过指定方向上的声强谱测量，在原始的无方向性的声压信号的基础上，利用指定方向上声强测量得到的声强谱，提取出该指定方向上的声压波形。在一些实施例中，该利用声强测量提取某个指定方向上传播的声压信号的方法，适合于一个较大尺寸结构件的不同部位辐射的声音信号。
图2示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的方法示意图。
如图2所示，使用声强传感器2，使其参考方向指向待测结构件1的预设部位S(可以是该待测结构件1上的任意部位)，声强传感器2可由第一传声器A和第二传声器B组成，该参考方向即为图2中箭头所示的指定方向。图2所示的实施例中，以待测结构件1的预设部位S的垂直方向作为所述指定方向。
在一实施例中，第一传声器A和第二传声器B的性能参数一致。在另一实施例中，第一传声器A和第二传声器B之间的距离△的取值范围可为6mm-50mm。但本公开不以此为限。
分别采集第一传声器A和第二传声器B获取到的第一声压波形信号和第二声压波形信号，并对其进行ADC模数转换获得第一声压信号SA(t)和第二声压信号SB(t)，并通过下述的公式(1)和(2)的频谱分析方法，分别计算第一传声器A和第二传声器B的第一声压谱PA(ω)和第二声压谱PB(ω)。
再计算第一声压谱PA(ω)和第二声压谱PB(ω)的算术平均得到平均声压谱PAB(ω)，如下述公式(3)所示：
按照下述声强公式(4)，通过第一声压谱PA(ω)和第二声压谱PB(ω)，计算声强谱IAB(ω)：
其中，其中上面公式(4)的右边是一个求取复函数虚部的运算；ρ为传播声波的媒介质的密度，是一个常数。空气中取1.293kg/m3。Δ为声强传感器的第一传声器A、第二传声器B之间的间距。ω为测量声波的角频率。GAB为PA(ω)和PB(ω)的互功率谱，Im表示互功率谱的虚部。
噪声是由各种不同频率的简谐波共同构成，它们都遵循波的传播理论在空间中向前传播。声强是可以标识声波空间传播方向的物理量。由大小和方向已知的声强量可以确定被测量噪声的传播方向。
计算各个角频率ω下平均声压谱PAB(ω)与声强谱IAB(ω)的差DAB(ω)＝PAB(ω)-IAB(ω)。
某个角频率ω下的DAB(ω)反映了该角频率ω的声音波形传播方向与该指定方向之间的夹角，DAB(ω)的单位为分贝值，可按下述公式(5)计算实际传播方向下的声音(第一声压信号SA(t)或第二声压信号SB(t))投影到该指定方向后的幅值系数KAB(ω)：
然后，将DAB(ω)转换为传递函数H(ω)，转换方法可以为：H(ω)的幅频曲线为上述的幅值系数KAB(ω)，H(ω)的相频曲线设置为0。该传递函数H(ω)表示了从原始声压波形(第一声压信号SA(t)或第二声压信号SB(t))到指定方向声压信号W(t)的传递关系。
利用上述传递函数H(ω)，按下述公式(6)计算1/H(ω)的卷积系数F(t)：
将原始的第一声压信号SA(t)或第二声压信号SB(t)与卷积系数F(t)进行卷积计算，获得新的指定方向声压信号W(t)，即提取出该指定方向上的声压波形信号：
W(t)＝SA(t)×F(t) (7)
本实施方式提供的用于获取指定方向声压信号的方法，通过声强传感器测量得到声强谱和平均声压谱，通过两者之差形成频响函数，用于对原始的声压波形进行反演计算，可以从来自各个方向的声音叠加的声压波形中提取出某个指定方向的声压波形。
上述发明实施例提供的用于获取指定方向声压信号的方法可以应用于下文的装置，本发明实施例中用于获取指定方向声压信号的方法及装置可以参见下文各实施例中的描述。
图3示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的装置的框图。
图3示出根据本公开一示例实施方式的用于获取指定方向声压信号的装置的结构示意图。应理解，图3示意性示出的结构仅是根据本公开的用于获取指定方向声压信号的装置的一种示例，本公开并不限于此。
如图3所示，该用于获取指定方向声压信号的装置100包括：谱获取模块110、传递函数获取模块120以及指定方向声压信号获取模块130。
其中谱获取模块110用于根据第一声压信号SA(t)和第二声压信号SB(t)获取平均声压谱PAB(ω)及声强谱IAB(ω)。
传递函数获取模块120用于根据所述平均声压谱PAB(ω)及所述声强谱IAB(ω)获取所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)至所述指定方向声压信号W(t)的传递函数H(ω)。
指定方向声压信号获取模块130用于根据所述传递函数H(ω)和所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)获取所述指定方向声压信号W(t)。
在示例性实施例中，还包括采集模块，用于采集所述第一声压信号SA(t)和所述第二声压信号SB(t)。
在示例性实施例中，所述采集模块包括：第一传声器A，用于采集所述第一声压信号SA(t)；第二传声器B，用于采集所述第二声压信号SB(t)；其中，所述第一传声器A和所述第二传声器B并列设置于待测结构件的预设部位的预设距离处，所述第一传声器A和所述第二传声器B组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向。
在示例性实施例中，所述传递函数获取模块120包括：第一计算单元，用于获取所述平均声压谱PAB(ω)与所述声强谱IAB(ω)的差值DAB(ω)＝PAB(ω)-IAB(ω)；幅值系数获取单元，用于根据所述差值DAB(ω)获取所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)投影至所述指定方向的幅值系数KAB(ω)；转换单元，用于将所述幅值系数KAB(ω)转换为所述传递函数H(ω)。
在示例性实施例中，所述指定方向声压信号获取模块130包括：卷积系数获取单元，用于获取所述传递函数的倒数1/H(ω)的卷积系数F(t)；指定方向声压信号提取单元，用于根据所述第一声压信号SA(t)或者所述第二声压信号SB(t)与所述卷积系数F(t)获取所述指定方向声压信号W(t)。
本发明实施例公开的用于获取指定方向声压信号的方法及装置，通过通过平均声压谱和声强谱生成传递函数H，并通过对传递函数的倒数1/H计算卷积系数，与原始声压波形进行卷积计算，得到指定方向的声压波形，可以得到结构件上的某部位指向传感器的方向上的声压波形。一方面，本发明能够适用于较大尺寸结构件的各部位辐射的不同的噪声。另一方面，本发明既可以解决声压测量中不具有方向性的问题，又解决了声强测量仅有频谱不能得到波形的问题。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应该理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
Claims (6)
1.一种用于获取指定方向声压信号的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱及声强谱；
根据所述平均声压谱及所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数；
根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号；
所述根据所述平均声压谱和所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数包括：
获取所述平均声压谱与所述声强谱的差值；
根据所述差值获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号投影至所述指定方向的幅值系数；
将所述幅值系数转换为所述传递函数；
所述根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号包括：
获取所述传递函数的倒数的卷积系数；
根据所述第一声压信号或者所述第二声压信号与所述卷积系数获取所述指定方向声压信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：采集所述第一声压信号和所述第二声压信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采集所述第一声压信号和所述第二声压信号包括：
在待测结构件的预设部位的预设距离处并列设置第一传声器和第二传声器，其中所述第一传声器和所述第二传声器组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向；
分别采集所述第一传声器获取得到的所述第一声压信号和所述第二传声器获取得到的所述第二声压信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱包括：
分别根据所述第一声压信号和所述第二声压信号获取第一声压谱和第二声压谱；
对所述第一声压谱和第二声压谱进行算术平均获取所述平均声压谱。
5.一种用于获取指定方向声压信号的装置，其特征在于，所述装置包括：
谱获取模块，用于根据第一声压信号和第二声压信号获取平均声压谱及声强谱；
传递函数获取模块，用于根据所述平均声压谱及所述声强谱获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号至所述指定方向声压信号的传递函数；
指定方向声压信号获取模块，用于根据所述传递函数和所述第一声压信号或者所述第二声压信号获取所述指定方向声压信号；
所述传递函数获取模块包括：
第一计算单元，用于获取所述平均声压谱与所述声强谱的差值；
幅值系数获取单元，用于根据所述差值获取所述第一声压信号或者所述第二声压信号投影至所述指定方向的幅值系数；
转换单元，用于将所述幅值系数转换为所述传递函数；
所述指定方向声压信号获取模块包括：
卷积系数获取单元，用于获取所述传递函数的倒数的卷积系数；
指定方向声压信号提取单元，用于根据所述第一声压信号或者所述第二声压信号与所述卷积系数获取所述指定方向声压信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括采集模块，所述采集模块包括：
第一传声器，用于采集所述第一声压信号；
第二传声器，用于采集所述第二声压信号；
其中，所述第一传声器和所述第二传声器并列设置于待测结构件的预设部位的预设距离处，所述第一传声器和所述第二传声器组成声强传感器，且所述声强传感器的参考方向指向所述指定方向。
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| Title |
|---|
| "基于波束形成的噪声源识别方法的应用和比较";沈松 等;《2007年第九届全国振动理论及应用学术会议论文集》;20071019;第7-81页至第7-85页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106323460A (zh) | 2017-01-11 |
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