CN109246571A - 声场检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声场检测系统，包括：无人机、音频检测装置、定位装置和数据处理装置；无人机分别与音频检测装置和定位装置相连，用于带动音频检测装置和定位设备在音响设备的声场检测空间内飞行；音频检测装置，用于采集声场检测空间中的声音，发送音频检测数据至数据处理装置；定位装置，用于检测三维定位信息并发送至数据处理装置；数据处理装置，用于对音频检测数据和三维定位信息进行数据处理，得到音响设备的三维声场分布数据。本发明提供的声场检测系统可以在不受地面或墙体反射声波的干扰情况下，检测音响设备的三维声场分布数据，得到的三维声场分布数据能更准确客观的体现音响设备的声场分布。

Description

声场检测系统和方法

技术领域

本发明涉及声学测量与电子通信领域，特别是涉及一种声场检测系统和方法。

背景技术

在音响设备研发和出厂检测时，生产厂商需要对音响设备的发声的声场进行检测，保证产品的质量。传统的声场检测普遍采用静态测量的方式，在音响设备前的地面上预设多个检测点，检测人员携带检测设备逐点检测声音大小，得到音响设备的横向二维声场分布数据。

在实现过程中，发明人发现传统的声场检测技术中至少存在如下问题：传统声场检测时，声场的检测点设置在一个平面上，基本都是在地面上，只能得到横向二维的声场分布数据，不能全面客观的反映音响设备传声空间的声场分布。

发明内容

基于此，有必要针对传统声场检测方式检测的声场不够准确的问题，提供一种声场检测系统和方法。

一方面，本发明实施例提供一种声场检测系统，包括：无人机、音频检测装置、定位装置和数据处理装置；

无人机分别与音频检测装置和定位装置相连，用于带动音频检测装置和定位设备在音响设备的声场检测空间内飞行；

音频检测装置，用于采集声场检测空间中的声音，发送音频检测数据至数据处理装置；

定位装置，用于检测三维定位信息并发送至数据处理装置；

数据处理装置，用于对音频检测数据和三维定位信息进行数据处理，得到音响设备的三维声场分布数据。

在其中一个实施例中，还包括多个定位基站，

多个定位基站分布在音响设备的声场检测空间以外，用于向定位装置发送基站定位信号；

定位装置，用于根据基站定位信号，生成三维定位信息，发送三维定位信息至数据处理装置。

在其中一个实施例中，定位基站的个数为四个。

在其中一个实施例中，四个定位基站设置在音响设备周围声场检测空间以外，围成四边形。

在其中一个实施例中，定位装置包括定位模块和定位通信模块，定位模块与定位通信模块电连接。

在其中一个实施例中，音频检测装置包括：传声器、音频转换模块和存储模块；

传声器与音频转换模块电连接，用于采集音频信号并传输至音频转换模块；

音频转换模块与存储模块电连接，用于将音频信号转换为音频检测数据并存储到存储模块中；

存储模块设置有数据传输接口，数据传输接口用于将存储模块存储的音频检测数据传输至数据处理装置。

在其中一个实施例中，定位模块与传声器的间隔距离在预设范围内。

另一方面，本发明实施例还提供一种声场检测方法，包括步骤：

通过无人机带动定位装置和音频检测装置，在音响设备的声场检测空间内飞行，音频检测装置发送音频检测数据至数据处理装置，定位装置发送三维定位信息至数据处理装置；

通过数据处理装置对三维定位信息和音频检测数据进行处理，得到三维声场分布数据。

在其中一个实施例中，控制无人机带动定位装置和音频检测装置，在音响设备的声场检测空间内飞行之前，包括步骤：

设置音响设备的传声方向为向上；

通过音响设备按预设功率播放试验音频，试验音频的频率与无人机噪声的频率不同。

在其中一个实施例中，控制音响设备按预设功率播放试验音频的步骤之前，还包括：

控制无人机起飞，使定位装置和音频检测装置到达预设功率检测位置，预设功率检测位置为声场检测区域内与音响设备距离最远的位置；

调节音响设备的音频输出功率，当音频检测装置检测到的音频与无人机噪声的声压级之差大于预设差值时，确定音响设备的当前音频输出功率为预设功率。

上述声场检测系统和方法，通过无人机带动音频检测装置和定位装置飞行，采集声场检测空间内的各处的音频检测数据，从而经过数据处理装置处理得到三维声场分布数据。基于此，在三维空间中检测音响设备的三维声场分布数据，得到音响设备的三维声场分布数据，能够更全面客观的体现音响设备的声场分布。

附图说明

图1为一实施例中声场检测系统的结构示意图；

图2为另一实施例中声场检测系统的结构示意图；

图3为一实施例中定位装置的结构示意图；

图4为一实施例中音频转换装置的结构示意图；

图5为一实施例中声场检测方法的流程示意图；

图6为频率在250Hz的试验音频的声场分布图；

图7为频率在500Hz的试验音频的声场分布图；

图8为频率在1000Hz的试验音频的声场分布图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种声场检测系统，包括：无人机10、音频检测装置20、定位装置30和数据处理装置40。

无人机10分别与音频检测装置20和定位装置30相连，用于带动音频检测装置20和定位设备在音响设备50的声场检测空间内飞行。音频检测装置20，用于采集声场检测空间中的声音，发送音频检测数据至数据处理装置40。定位装置30，用于检测三维定位信息并发送至数据处理装置40。数据处理装置40，用于对音频检测数据和三维定位信息进行数据处理，得到音响设备50的三维声场分布数据。

其中，音响设备50的声场检测空间为一个预设的三维空间。在检测声场之前，建立三维检测坐标系，根据音响设备50的坐标，设定一个三维空间作为音响设备50的声场检测空间。三维定位信息包括定位装置30在三维检测坐标系中的定位坐标。

具体的，音频检测装置20和定位装置30可以设置在无人机10的底部，也可以通过连接装置，例如绳索或固定杆，挂在无人机10上。无人机10可以带动音频检测装置20和定位装置30在音响设备50的声场检测空间内飞行，使音频检测装置20采集不同位置的声音，定位装置30同步定位。音频检测装置20采集音频，发送音频检测数据至数据处理装置40。音频检测数据表征音频检测装置20采集到音频的声压级。定位装置30检测三维定位信息并发送至数据处理装置40。数据处理装置40接收音频检测数据和三维定位信息，进行时间同步、数据换算等数据处理，得到声场检测空间内定位坐标与该定位坐标处音频声压级的关联关系，即音响设备50的三维声场分布数据。为减轻无人机10的载重，在一个实施例中，数据处理装置40可设置在预设固定位置，通过无线通信方式接收音频检测数据和三维定位信息。例如，将数据处理装置40设置在地面上。

本实施例提供的声场检测系统，通过无人机10带动音频检测装置20和定位装置30飞行，检测声场检测空间内的各处的音频检测数据和三维定位信息，从而经过数据处理装置40生成三维声场分布数据。基于此，最终得到的三维声场的分布数据能更全面的体现音响设备50的声场分布。而且，对比传统人工进行的二维逐点声场检测，本方案的检测效率更快，花费的人力成本也更低。

在检测时可以将音响设备50的传声方向向上设置，在音响设备50的上方检测声场分布，这样检测空间更大，最终得到的三维声场的分布数据也更客观。

在一个实施例中，如图2所示，还包括多个定位基站60。

多个定位基站60分布在音响设备50的声场检测空间以外，用于向定位装置30发送基站定位信号。定位装置30用于根据基站定位信号，生成三维定位信息，并发送三维定位信息至数据处理装置40。

具体的，为了使定位装置30在声场检测空间内的各处都能够检测三维定位信息，将多个定位基站60设置在声场检测空间以外的位置。定位时，多个定位基站60同时向定位装置30发送基站定位信号。定位装置30根据接收到不同定位基站60发送的基站定位信号的时间，计算出定位装置30与各个定位基站60之间的距离数据，根据这些距离数据计算生成定位坐标，并将定位坐标发送至数据处理装置40。

在另一个实施例中，定位装置30根据接收到不同定位基站60发送的基站定位信号的时间，计算出定位装置30与各个定位基站60之间的距离数据，并将距离数据发送至数据处理装置40，由数据处理装置40根据距离数据计算得到定位坐标。

发明人在实际应用中发现，定位基站60的数量并不是越多越好。在一个实施例中，如图2所示，定位基站60的个数为四个。当定位基站60的个数为四，得到的定位坐标更准确。进一步的，四个定位基站60设置在音响设备50周围声场检测空间以外，围成四边形。这样检测到的定位坐标更准确。

根据定位装置30与四个定位基站60之间的距离数据，得到定位坐标的原理如下：

设定位装置30的定位坐标为(X，Y，Z)，四个定位基站60的坐标分别为(X₀，Y₀，Z₀)、(X₁，Y₁，Z₁)、(X₂，Y₂，Z₂)、(X₃，Y₃，Z₃)。定位装置30与各个定位基站60之间的距离为dis0、dis1、dis2、dis3。根据dis0、dis1、dis2、dis3，得到定位坐标(X，Y，Z)的计算公式如下：

通过上式可以得到四个不同的(X，Y，Z)，将它们各坐标系上的数值取平均值，得到最终的定位坐标。

在一个实施例中，定位基站60的个数为5个。声场检测空间为长方体形空间。长方体空间的上顶部的对角两个端点上，分别设置两个定位基站60。长方体空间的底部的三个端点上分别设置三个定位基站60.

在一个实施例中，如图3所示，定位装置30包括定位模块31和定位通信模块32，定位模块31与定位通信模块32电连接。定位模块31用于检测定位模块31与各个定位基站60之间的距离数据，并传输距离数据至定位通信模块32，由定位通信模块32将这些距离数据发送到数据处理装置40。

在一个实施例中，音频检测装置包括：传声器21、音频转换模块22和音频通信模块24。

传声器21与音频转换模块22电连接，用于采集音频检测信号并传输至音频转换模块22。音频转换模块22与音频通信模块24电连接，用于对音频检测信号进行模数转换、音频编码等转换处理，得到音频检测数据并发送至音频通信模块24。音频通信模块24用于将音频检测数据通过无线通信的方式发送至数据处理装置40。

在一个实施例中，如图4所示，音频检测装置20包括：传声器21、音频转换模块22和存储模块23。

传声器21与音频转换模块22电连接，用于采集音频检测信号并传输至音频转换模块22。音频转换模块22与存储模块23电连接，用于将音频检测信号转换为音频检测数据并存储到存储模块23中。存储模块23设置有数据传输接口，数据传输接口用于将存储模块23存储的音频检测数据传输至数据处理装置40。

具体的，当无人机10落地后，测试人员可以将存储装置通过数据传输接口与数据处理装置40数据连接，将保存的音频检测数据传输到数据处理装置40中。数据处理装置40上安装有时间同步软件，可以对音频检测数据与定位数据做时间同步处理，从而最终可以得到三维声场分布数据。优选的，传声器21为测量传声器21。

在一个实施例中，定位模块31与传声器21的间隔距离在预设范围内。定位模块31与传声器21的间隔距离越小，定位模块31检测的三维定位信息就和音频检测信号的采集位置越匹配。预设范围可以在3cm至15cm。在一个实施例中，定位模块31与传声器21的间隔距离为10cm。

在一个实施例中，数据处理装置40包括计算机和数据通信模块，计算机与数据通信模块电连接。在其他实施例中，数据处理装置40还可以是智能终端，例如手机、平板电脑等。本发明实施例还提供一种声场检测方法，如图5所示，包括：

步骤S240,通过无人机10带动定位装置30和音频检测装置20，在音响设备50的声场检测空间内飞行，音频检测装置20发送音频检测数据至数据处理装置40，定位装置30发送三维定位信息至数据处理装置40；

步骤S250,通过数据处理装置40对三维定位信息和音频检测数据进行处理，得到三维声场分布数据。

具体的，通过控制无人机10带动定位装置30和音频检测装置20在声场检测空间内飞行，动定位装置30和音频检测装置20分别采集三维定位信息和音频检测数据并发送至数据处理装置40，数据处理装置40对三维定位信息和音频检测数据进行处理，得到三维声场分布数据。

在一个实施例中，控制无人机10带动定位装置30和音频检测装置20，在音响设备50的声场检测空间内飞行之前，包括：

步骤S210，设置音响设备50的传声方向为向上；

步骤S240，通过音响设备50按预设功率播放试验音频，试验音频的频率与无人机10噪声的频率不同。

优选的，试验音频的频率取与无人机10噪声频率相隔大于预设频率段的频率。试验音频可以是单频段音频，也可以是多频率混缩的音频。

在一个实施例中，其特征在于，控制音响设备50按预设功率播放试验音频的步骤之前，还包括：

步骤S220，控制无人机10起飞，使定位装置30和音频检测装置20到达预设功率检测位置，预设功率检测位置为声场检测区域内与音响设备50距离最远的位置；

步骤S230，调节音响设备50的音频输出功率，当音频检测装置20检测到的音频与无人机10噪声的声压级之差大于预设差值时，确定音响设备50的当前音频输出功率为预设功率。

在一个具体实施例中，声场检测系统包括：四个定位基站60、无人机10、计算机、数据通信模块、以及通过绳索悬挂在无人机10上的测量传声器21、声学录音器、定位模块31和定位通信模块32。

四个定位基站60设置在音响设备50周围，围成19米长、12.3米宽的长方形。

测量传声器21和声学录音器通过卡农接口电连接，相当于上述的音频检测装置20。测量传声器21的咪头与定位模块31间隔10cm。

声场检测方法的步骤包括：

将音响设备50设置在试验场地中，音响设备50的传声方向向上；在音响设备50周围设置四个定位基站60，围成长19米、宽12.3米的长方形，音响设备50在长方形的中心位置。以四个定位基站60为检测坐标系的四个边界点，建立三维检测坐标系；在检测坐标系内设定声场检测空间和检测点，声场检测空间为长8米、宽8米、高50米的长方体空间。

控制音响设备50按预设功率播放试验音频，试验音频为取频率在250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz以及4000Hz的音频，混缩后的音频文件。控制无人机10起飞，使测量传输器和定位模块31到达预设功率检测位置，调节音响设备50的音频输出功率从最小到最大。之后，控制无人机10降落，将声学录音器与计算机数据连接，将声学录音器录制的音频检测数据导入计算机，控制计算机处理。得到声学录音器录制的音频的声压级为84dB时，对应的音响设备50的音频输出功率，确定其为预设音频输出功率。无人机10噪声声压级74dB(静止环境内，无人机10工作时，测量传声器21检测到的音频的声压级)，声压级预设差值为10dB。

开始声场分布检测。启动定位基站60和定位模块31，同时启动声学录音器和计算机上的计时软件。将无人机10放置到某个检测点，控制无人机10在检测点上从地面匀速竖直飞行至测量传输器和定位模块31到达50米高度，在检测时，声学录音器和测量传声器21实时测量并储存音频信息，定位模块31发送三维定位信息到计算机，计算机将收到的三维定位信息与本地时间关联并存储。依次完成所有检测点的检测，数据采集完成之后，控制无人机10降落。将声学录音器与计算机连接，使计算机获得音频检测数据。控制计算机对音频检测数据、自身保存的三维定位信息与本地时间进行同步处理，并进行数据换算，得到三维声场分布数据，如图6、7、8所示分别为250Hz、500Hz、1000Hz的试验音频，在竖直方向上的截面声场分布图，竖直方向采集数据的截面为宽8米，高50米。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种声场检测系统，其特征在于，包括：无人机、音频检测装置、定位装置和数据处理装置；

所述无人机分别与所述音频检测装置和所述定位装置相连，用于带动所述音频检测装置和所述定位装置在音响设备的声场检测空间内飞行；

所述音频检测装置，用于采集所述声场检测空间中的声音，发送音频检测数据至所述数据处理装置；

所述定位装置，用于检测三维定位信息并发送至所述数据处理装置；

所述数据处理装置，用于对所述音频检测数据和所述三维定位信息进行数据处理，得到所述音响设备的三维声场分布数据。

2.根据权利要求1所述的声场检测系统，其特征在于，还包括多个定位基站，

多个所述定位基站分布在所述音响设备的声场检测空间以外，用于向所述定位装置发送基站定位信号；

所述定位装置，用于根据所述基站定位信号，生成所述三维定位信息，发送所述三维定位信息至所述数据处理装置。

3.根据权利要求2所述的声场检测系统，其特征在于，所述定位基站的个数为四个。

4.根据权利要求3所述的声场检测系统，其特征在于，四个所述定位基站设置在所述音响设备周围所述声场检测空间以外，围成四边形。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的声场检测系统，其特征在于，所述定位装置包括定位模块和定位通信模块，所述定位模块与所述定位通信模块电连接。

6.根据权利要求5所述的声场检测系统，其特征在于，音频检测装置包括：传声器、音频转换模块和存储模块；

所述传声器与所述音频转换模块电连接，用于采集音频检测信号并传输至所述音频转换模块；

所述音频转换模块与所述存储模块电连接，用于将所述音频检测信号转换为音频检测数据并存储到所述存储模块中；

所述存储模块设置有数据传输接口，所述数据传输接口用于将所述存储模块存储的音频检测数据传输至所述数据处理装置。

7.根据权利要求6所述的声场检测系统，其特征在于，所述定位模块与所述传声器的间隔距离在预设范围内。

8.一种声场检测方法，其特征在于，包括步骤：

通过无人机带动定位装置和音频检测装置，在音响设备的声场检测空间内飞行，所述音频检测装置发送音频检测数据至数据处理装置，所述定位装置发送三维定位信息至数据处理装置；

通过所述数据处理装置对所述三维定位信息和所述音频检测数据进行处理，得到三维声场分布数据。

9.根据权利要求8所述的声场检测方法，其特征在于，所述控制无人机带动定位装置和音频检测装置，在音响设备的声场检测空间内飞行之前，包括步骤：

设置所述音响设备的传声方向为向上；

通过所述音响设备按预设功率播放试验音频，所述试验音频的频率与无人机噪声的频率不同。

10.根据权利要求9所述的声场检测方法，其特征在于，所述控制音响设备按预设功率播放试验音频的步骤之前，还包括：

控制所述无人机起飞，使所述定位装置和所述音频检测装置到达预设功率检测位置，所述预设功率检测位置为所述声场检测区域内与所述音响设备距离最远的位置；

调节所述音响设备的音频输出功率，当所述音频检测装置检测到的音频与所述无人机噪声的声压级之差大于预设差值时，确定所述音响设备的当前音频输出功率为预设功率。