CN107741272A - 一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，该方法包括：获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础测点矩阵；根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置，进行噪声声场测量。本发明能有效避开背景噪声影响，准确测量室外环境噪声，针对不同区域，能够准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。

Description

一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置

技术领域

本发明属于声场测量的技术领域，尤其是涉及一种噪声声场稀疏化测量方法、 系统及装置。

背景技术

噪声严重污染周围环境，对人们的日常生活及身心健康产生极坏的影响。噪 声源周围环境噪声的定量测量是进行噪声治理和控制的前提依据。

近年来，国内外学者从噪声测量方面进行深入研究，多数学者以声压测量为 基础对噪声进行测量及数据分析。声压测量法因其原理明确、操作简易被广泛应 用于设备噪声测量，但因其测量精度强烈地依赖于声源特征、测点位置和环境背 景声，声压测量方法需要进一步改善提高。要想以声压测量法对环境噪声进行有 效测量而且不失精度，至少必须解决以下关键问题：

(1)声场特征

明确声场特征是进行声场测量的前提，如何有效获取是测量的关键；

(2)测点位置

测点位置是进行声压测量的核心问题，测点位置的有效性是实现声数据合理 的根本；

(3)背景声

背景声会对测量过程造成干扰使测量数据失去真实意义。如何有效剔除环境 背景声影响是声压法测量精度的保证。

综上所述，针对现有技术如何进一步提高基于声压测量法对环境噪声测量精 度的问题，尚缺乏有效的解决方案。因此，开展一种以声压为基础的噪声声场稀 疏化测量方法不仅具有十分重要的理论意义，而且能够扩展声压测量方法的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中基于声压测量法对环境噪声测 量精度低的问题，本发明提供了一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，具 体的为一种以声压测量法为基础的噪声声场稀疏化测量方法，对不同区域进行稀 疏化测点布置测量环境噪声，有效避开背景噪声影响，准确测量室外环境噪声； 且能够针对不同区域，准确测量噪声声场以及有效获取噪声信息。

本发明的第一目的是提供一种噪声声场稀疏化测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种噪声声场稀疏化测量方法，该方法包括：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立 基础测点矩阵；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理， 得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置，进行噪声声场测量。

作为进一步的优选方案，所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频 率分布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。

作为进一步的优选方案，在该方法中，根据获取的环境噪声信息，将噪声辐 射主区域作为待测量区域，确定测量点数量和总网格数量，在待测量区域设置虚 拟网格，将待测量区域网格化，形成等间距分布的网格点。

作为进一步的优选方案，在该方法中，根据网格距离划分原则，均匀划分网 格，同时采用等面积分区的方式对网格进行均匀分区，分区后每个区的网格点数 相同，得到基础网格，所述分区的数量根据网格区域及网格点数确定。

作为进一步的优选方案，在该方法中，在基础网格上建立二维坐标系，将网 格点坐标化，建立基础测点矩阵。

作为进一步的优选方案，所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测 点有效性；

在该方法中，所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点，并定量 化评价测点分布均匀性；

所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。

本发明的第二目的是提供一种噪声声场稀疏化测量系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种噪声声场稀疏化测量系统，该系统包括：

噪声数据采集装置，用于初步采集环境噪声信息，并传输至声场稀疏化测量 装置；

声场稀疏化测量装置，用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息，确 定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础测点矩阵；根据声源类 型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩 阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

声音测量装置，根据稀疏测点布置图设置于测量点位置，进行噪声声场测量。

作为进一步的优选方案，所述噪声数据采集装置采用传声器、位移传感器和 /或噪声数据采集系统；

所述声音测量装置采用麦克风。

本发明的第三目的是提供一种计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备 设备的处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立 基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理， 得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。

本发明的第四目的是提供一种声场稀疏化测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种声场稀疏化测量装置，采用一种计算终端设备，包括处理器和计算机可 读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令， 所述指令适于由处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立 基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理， 得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，在基础测点 矩阵建立过程中，采用目标声源辐射声场分区的方式，减少了目标对象的盲目性， 同时采用网格划分和坐标矩阵转化，提高了位置收索速度，增强了针对性；

2、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，设定结构与 性能约束条件，在基础矩阵中快速找出符合性能要求的稀疏测点并生成稀疏矩阵；

3、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，稀疏测点选 取过程相互联系又相互独立，便于实现优化条件的精确控制；同时可针对不同声 源类型，更改相应约束和参数，提高了该方法应用的普适性和适用性；

4、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，采基于用声 压法的对不同区域进行稀疏化测点布置，能有效避开背景噪声影响，可准确测量 室外环境噪声，针对不同区域，该方法能准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请 的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明中的方法流程图；

图2为本发明中的网格点及网格分区示意图；

图3为本发明中的最大信噪比位置筛选示意图；

图4为本发明中的稀疏测量矩阵示意图；

图5为本发明中的稀疏测点布置示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域 的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或 它们的组合。

针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中基于声压测量法对环境噪声测 量精度低的问题，本发明提供了一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，具 体的为一种以声压测量法为基础的噪声声场稀疏化测量方法，对不同区域进行稀 疏化测点布置测量环境噪声，有效避开背景噪声影响，准确测量室外环境噪声； 且能够针对不同区域，准确测量噪声声场以及有效获取噪声信息。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下 面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例1的目的是提供一种基于移动用户的实时视频分发系统。

在本实施例中，噪声声源先验条件：声源位于室内，距地面2米，距室门 1.5米处。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

如图1所示，

一种噪声声场稀疏化测量方法，该方法包括：

步骤(1)：获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀 分区，建立基础测点矩阵；

在步骤(1)中国，所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频率分 布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。

步骤(1)的具体步骤包括：

步骤(1-1)：根据获取的环境噪声信息，将噪声辐射主区域作为待测量区域， 确定测量点数量和总网格数量；

步骤(1-2)：在待测量区域设置虚拟网格，将待测量区域网格化，形成等间 距分布的网格点。如图2所示，

网格点间距d依据阵列孔径理论设置为其中，λ_min为声辐射 波最小波长，最终将目标声源声辐射区域即待测量区域划分基础网格，网格的交 叉点设为网格点，所有的网格点都将是声音测量装置的位置被选点。基础网格区 域尽量覆盖整个声源的主辐射区。

步骤(1-3)：根据网格距离划分原则，均匀划分网格，同时采用等面积分区 的方式对网格进行均匀分区，划分为L个区，分区后每个区的网格点数相同， 每个区M个网格点，得到基础网格，所述分区的数量根据网格区域及网格点数 确定。

步骤(1-4)：在基础网格上建立二维坐标系，将网格点坐标化，建立基础测 点矩阵。

假设网格点分布为M行L列，每个网格点均由坐标(x，y)表示，基础测 点矩阵表示为：

其中，Γ_x的行表示位置点的横坐标，列表示区变量，Γ_y的行表示位置点的纵 坐标，列为区变量。

上述数学模型对应于一个L个区，每个区M个网格点的网格区域，总网格点 数量为G＝M*L个。步骤(2)将设置结构和性能参数，从这G个网格点位置中优 选出J个位置布置声音测量装置。

步骤(2)：根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀 疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测点有效性；

在该方法中，所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点，并定量 化评价测点分布均匀性；

所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。

步骤(2)的具体步骤包括：

步骤(2-1)：根据声源类型设置结构与性能约束条件，实现声场全面采集， 均匀布置测点；

采用等面积布置相同数量测点的原则，即对测量区域合理等面积分区，每个 区内布置相同数量的测点；为定量化评价测点分布均匀性，引入Pielous’均匀性 指数即规则化香农熵作为评价指标。

设(x_o,y_o)为测量网格面上J个声音测量装置布置后的形心位置坐标，则

其中，(x_j,y_j)是第j个声音测量装置位置点坐标。

令X_j表示声音测量装置j到形心(x_o,y_o)的位置距：

利用位置距的出现概率定义均匀性指数E：

其中，p_j是第j个位置距出现的概率，Ln表示以e为底的对数，S表示总 的位置距数量。以E的数值大小表示均匀性的好差，也就是说，E越大，声音测 量装置分布均匀性越好。

步骤(2-2)：保证每个声音测量装置测量的有效性，采用声压和信噪比两个 参数对测点位置进行定量优化；

步骤(2-2-1)：设置距离测量声源最近位置声压为参考声压P_c，以此位置的 测量声压最为参考，在合理的声压级衰减范围内，评定最远的测量位置，在本实 施例中采用距离反比衰减原则，即最远位置测点的声压R_dc为两者间 欧式距离。当两者声压级差大于等于6dB时，该位置点无效。

步骤(2-2-2)：计算不同位置点的信噪比SNR，并设置其大小进行位置点约 束。如图3所示。

为第i个声音测量装置接收到信号的有效功率，为 接收到的噪声有效功率。假设每个位置点的噪声相等，设定单个声音测量装 置的最大信噪比为XdB，当SNR_i≥XdB时，说明此声音测量装置位置为有效位置 保留；当SNR_i≤XdB，说明此位置差去除。

在本实施例中，经统计计算，X＝8dB。

步骤(2-3)：确定稀疏度，生成稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏 测点布置图。

稀疏度为矩阵中不为零的数值个数，表示每区等数量布置得测点数量，即从 均匀网格中确定的稀疏测量点个数。

在本实施例中，依据经验，取2-3个测点，即稀疏度设为2-3，测量点的总数 量由分区数量确定。

依据上述约束条件和矩阵运算，得出稀疏测量矩阵，如图4所示，

其中，Ω_x的行表示稀疏测量矩阵位置点的横坐标，列表示区变量，Ω_y的稀疏 测量矩阵行表示位置点的纵坐标，列为区变量。稀疏测量矩阵中每对非零位置坐 标均代表一个声音测量装置的位置。

稀疏测点布置示意图如图5所示。

步骤(3)：根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置，进行噪声 声场测量。

实施例2：

本实施例2的目的是提供一种基于移动用户的实时视频分发方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种噪声声场稀疏化测量系统，该系统包括：

噪声数据采集装置，用于初步采集环境噪声信息，并传输至声场稀疏化测量 装置；

声场稀疏化测量装置，用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息，确 定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础测点矩阵；根据声源类 型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩 阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

声音测量装置，根据稀疏测点布置图设置于测量点位置，进行噪声声场测量。

在本实施例中，噪声声源先验条件：声源位于室内，距地面2米，距室门1.5 米处。声源为稳态声源，所述噪声数据采集装置采用B&K1/2-inch40 AI传声器、 Lance位移传感器、SCADASIII305数据采集系统对室外环境噪声进行采集。

所述声音测量装置采用麦克风。

根据噪声数据采集装置测量工况及声源的振动噪声传播特性，并依据所提出 的稀疏化测量方法，通过对测点的统计与优化，稀疏化测点布置如图5，各稀疏 测点的二维位置坐标见表1。

表1

测点	x	y	z
				1	3	8	0
2	6	13	0
				3	7	3	0
4	9	8	0
				5	14	9	0
6	13	3	0
				7	19	8	0
8	24	9	0
				9	4	18	0
10	9	19	0
				11	14	18	0

设置各测点间距不小于5m,测点与声源间距不小于1m。

实施例3：

本实施例3的目的是提供一种计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备 设备的处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立 基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理， 得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。

在本实施例中，计算机可读记录介质的例子包括磁存储介质(例如，ROM， RAM，USB，软盘，硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM或DVD)、PC 接口(例如，PCI、PCI-Expres、WiFi等)等。然而，本公开的各个方面不限于 此。

实施例4：

本实施例4的目的是提供一种声场稀疏化测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种声场稀疏化测量装置，采用一种计算终端设备，包括处理器和计算机可 读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令， 所述指令适于由处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立 基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理， 得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。

本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计 算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集 成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。 本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，在基础测点 矩阵建立过程中，采用目标声源辐射声场分区的方式，减少了目标对象的盲目性， 同时采用网格划分和坐标矩阵转化，提高了位置收索速度，增强了针对性；

2、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，设定结构与 性能约束条件，在基础矩阵中快速找出符合性能要求的稀疏测点并生成稀疏矩阵；

3、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，稀疏测点选 取过程相互联系又相互独立，便于实现优化条件的精确控制；同时可针对不同声 源类型，更改相应约束和参数，提高了该方法应用的普适性和适用性；

4、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置，采基于用声 压法的对不同区域进行稀疏化测点布置，能有效避开背景噪声影响，准确测量室 外环境噪声，针对不同区域，本发明能够准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域 的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此， 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，该方法包括：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础测点矩阵；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置，进行噪声声场测量。

2.如权利要求1所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频率分布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。

3.如权利要求2所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，根据获取的环境噪声信息，将噪声辐射主区域作为待测量区域，确定测量点数量和总网格数量，在待测量区域设置虚拟网格，将待测量区域网格化，形成等间距分布的网格点。

4.如权利要求3所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，根据网格距离划分原则，均匀划分网格，同时采用等面积分区的方式对网格进行均匀分区，分区后每个区的网格点数相同，得到基础网格，所述分区的数量根据网格区域及网格点数确定。

5.如权利要求4所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，在基础网格上建立二维坐标系，将网格点坐标化，建立基础测点矩阵。

6.如权利要求1所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，其特征在于，所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测点有效性；

在该方法中，所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点，并定量化评价测点分布均匀性；

所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。

7.一种噪声声场稀疏化测量系统，其特征在于，该系统基于权利要求1-6任一所述的一种噪声声场稀疏化测量方法，包括：

噪声数据采集装置，用于初步采集环境噪声信息，并传输至声场稀疏化测量装置；

声场稀疏化测量装置，用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础测点矩阵；根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础测点矩阵进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图；

声音测量装置，根据稀疏测点布置图设置于测量点位置，进行噪声声场测量。

8.如权利要求7所述的一种噪声声场稀疏化测量系统，其特征在于，所述噪声数据采集装置采用传声器、位移传感器和/或噪声数据采集系统；

所述声音测量装置采用麦克风。

9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备设备的处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。

10.一种声场稀疏化测量装置，采用一种计算终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行以下处理：

获取环境噪声信息，确定待测量区域，将其网格化并对网格均匀分区，建立基础矩阵模型；

根据声源类型设置结构与性能约束条件，对基础矩阵模型进行稀疏化处理，得到稀疏测量矩阵，确定测量点位置，生成稀疏测点布置图。