CN114171054A - 一种声源定位装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种声源定位装置，属于声源定位技术领域，包括：探测部和便携主体；便携主体中包括信号处理模块以及电源模块，电源模块连接信号处理模块的供电端；探测部连接便携主体中的所述信号处理模块的输入端；所述探测部用于对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，将所述探测信号传输给所述信号处理模块；所述信号处理模块用于根据所述探测部传输的所述探测信号，得到用于指示声音来源的指示信号并输出；所述电源模块用于给所述信号处理模块供电。该声源定位装置方便携带，通过探测部和便携主体中的信号处理模块可以方便的获取指示声音来源的指示信号，实现对声源进行方便、快速的定位，解决了声源定位测试设备使用不方便的技术问题。

Description

一种声源定位装置

技术领域

本申请涉及声源定位技术领域，尤其涉及一种声源定位装置。

背景技术

当设备运行出现故障时，经常伴随着异常噪音的出现。通常对噪音异响锁定后，即可定位出异响的确定位置，从而实现对故障位置的识别。正常情况下，声源精确识别及定位的测试装备为声阵列或声强探头，且一般近场采用声全息、远场采用波束生成的方法进行声源识别定位，然而，声阵列或声强探头等相关测试设备，虽然可以非常准确的识别声源的位置及其声压级大小，但却存在着测试设备价格昂贵、搭接测试繁杂、使用不方便等测试问题。

发明内容

为了解决声源定位测试设备使用不方便的技术问题，本申请提供了一种声源定位装置。

本申请提供了一种声源定位装置，包括：探测部和便携主体；所述便携主体中包括信号处理模块以及电源模块，所述电源模块连接所述信号处理模块的供电端；所述探测部连接所述便携主体中的所述信号处理模块的输入端；

所述探测部用于对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，将所述探测信号传输给所述信号处理模块；

所述信号处理模块用于根据所述探测部传输的所述探测信号，得到用于指示声音来源的指示信号并输出；

所述电源模块用于给所述信号处理模块供电；

进一步，所述信号处理模块包括信号分析子模块和输出子模块；

所述信号分析子模块连接所述探测部，用于获取所述探测部传输的所述探测信号，并提取所述探测信号包含的声音强度指示信号，并将所述声音强度指示信号传输给所述输出子模块进行输出；

进一步，所述声音强度指示信号包括用于指示声音强度的数据；所述输出子模块包括显示单元；所述显示单元用于显示所述用于指示声音强度的数据；

进一步，所述声音强度指示信号包括声音强度对应的音频信号；所述输出子模块包括音频输出端口；所述音频输出端口用于输出所述音频信号；

进一步，所述声源定位装置还包括音频播放模块，所述音频播放模块连接所述音频输出端口，用于播放通过所述音频输出端口输出的所述音频信号；

进一步，所述信号处理模块包括信号放大器；

所述信号放大器用于对所述探测部传输的所述探测信号进行信号放大，并将放大后的信号传输至所述音频输出端口；

进一步，所述音频播放模块可拆卸的与所述音频输出端口连接；

进一步，所述探测部可拆卸的连接所述便携主体；

进一步，所述探测部包括金属探头；

进一步，所述便携主体设置有握持部件；

进一步，所述得到用于指示声音来源的指示信号，包括：

获取所述探测信号转换的频域信号；提取所述频域信号携带的所述指示信号；

进一步，所述提取所述频域信号携带的所述指示信号，包括：提取所述频域信号携带的第一指示信息；获取输入的第二指示信息；将所述第一指示信息和所述第二指示信息共同作为所述指示信号。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该声源定位装置，包括：探测部和便携主体；所述便携主体中包括信号处理模块以及电源模块，所述电源模块连接所述信号处理模块的供电端；所述探测部连接所述便携主体中的所述信号处理模块的输入端；所述探测部用于对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，将所述探测信号传输给所述信号处理模块；所述信号处理模块用于根据所述探测部传输的所述探测信号，得到用于指示声音来源的指示信号并输出；所述电源模块用于给所述信号处理模块供电。该声源定位装置方便携带，通过探测部对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，便携主体中的信号处理模块根据探测信号得到用于指示声音来源的指示信号并输出，可以方便的获取指示声音来源的指示信号，实现对声源进行方便、快速的定位，解决了声源定位测试设备使用不方便的技术问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种声源定位装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种声源定位装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种声源定位装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种声源定位装置的外部示意图和内部构造示意图；

图5为本申请实施例提供的一种声源定位装置的使用流程示意图。

附图标号如下：

101-探测部；102-便携主体；201-信号处理模块；202-电源模块；301-显示单元；302-音频输出端口；303-音频播放模块；304-信号放大器；401-频率显示子单元；402-幅值显示子单元；403-微处理器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请第一实施例提供了一种声源定位装置，该声源定位装置，如图1，包括：探测部101和便携主体102。便携主体102中包括信号处理模块201以及电源模块202，电源模块202连接信号处理模块201的供电端；探测部101连接便携主体中的信号处理模块201的输入端；探测部101用于对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，将探测信号传输给信号处理模块201；信号处理模块201用于根据探测部101传输的探测信号，得到用于指示声音来源的指示信号并输出；电源模块202用于给信号处理模块201供电。

该声源定位装置方便携带，通过探测部对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，便携主体中的信号处理模块根据探测信号得到用于指示声音来源的指示信号并输出，可以方便的获取指示声音来源的指示信号，实现对声源进行方便、快速的定位，解决了声源定位测试设备使用不方便的技术问题。

一个实施例中，信号处理模块201包括信号分析子模块和输出子模块。信号分析子模块连接探测部，用于获取探测部传输的探测信号，并提取探测信号包含的声音强度指示信号，并将声音强度指示信号传输给输出子模块进行输出。

信号处理模块包括信号分析子模块和输出子模块，其中，信号分析子模块具有分析运算功能，比如，如图2，信号分析子模块可以是芯片、微处理器403或微控制单元(MicroControl Unit，简称MCU)等，其中，MCU又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。输出子模块具有输出功能，可以是输出声音或显示画面(显示画面可以是图像、文字或数字)等。信号分析子模块连接探测部，获取探测部采集并传输过来的探测信号，信号分析子模块提取探测信号包含的声音强度指示信号，并将该声音强度指示信号传输给输出子模块进行输出。

该声源定位装置中的信号处理模块结构简单，方便携带使用，通过信号分析子模块从探测部获取探测信号并提取声音强度指示信号，输出子模块输出该声源强度指示信号，解决了声源定位测试设备使用不方便的技术问题，该声源定位装置可以实现对声源的方便快速的定位。

下面，分别以输出子模块输出显示画面和声音进行举例说明。

当输出子模块输出显示画面时，声音强度指示信号包括用于指示声音强度的数据，输出子模块包括显示单元301，显示单元301用于显示用于指示声音强度的数据。

本实施例中，输出子模块包括显示单元301，在使用过程中，可以从显示单元直观的看到用于指示声音强度的数据，方便观察不同位置的声音强度，进而判断出哪个位置的声音强度最大，方便对声源进行定位。

一个实施例中，声音强度可以用声音的频率及幅值表示，显示单元可以显示声音信号的频率及幅值。具体的，显示单元301可以包括频率显示子单元401和幅值显示子单元402，频率显示子单元显示声音的频率，幅值显示子单元显示声音的幅值。通过频率显示子单元和幅值显示子单元，可以直观的查看频率和幅值信息，在频率不变，幅值最大的位置为异常音的声源位置，以幅值最大的位置为圆心向周围搜索，当显示单元显示的频率、幅值改变，则意味着已经超过了该声音的传播范围，这样，可实现对声音的定位，以及可实现对声音传递路径的识别。

当输出子模块输出声音时，声音强度指示信号包括声音强度对应的音频信号，输出子模块包括音频输出端口302，音频输出端口用于输出音频信号。

音频信号可以通过音频输出端口输出，测试人员根据输出的音频信号判断所处位置的声音强度，并通过移动位置，对采集的声音进行比较，声音强度最大的位置即为声音的来源，可以实现对声源位置的定位。

一个实施例中，声源定位装置还包括音频播放模块303，音频播放模块303连接音频输出端口302，用于播放通过音频输出端口输出的音频信号。

本实施例中，通过音频播放模块对音频信号进行输出，测试人员通过音频播放模块获取到音频信号，方便对声音强度进行判断比较，查找到声音强度的最大位置，即可定位声源位置。

一个实施例中，信号处理模块201包括信号放大器304。信号放大器用于对探测部传输的探测信号进行信号放大，并将放大后的信号传输至音频输出端口。

通过信号放大器将探测部采集并传输过来的探测信号进行信号放大，可以使测试人员更清晰准确的听到音频信号。该声源定位装置方便携带，通过探测部对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，便携主体中的信号处理模块根据探测信号得到用于指示声音来源的指示信号并通过音频输出端口输出到音频播放模块，可以方便的获取指示声音来源的指示信号，实现对声源进行方便、快速的定位，解决了声源定位测试设备使用不方便的技术问题。

一个实施例中，如图2，声源定位装置同时包括音频输出端口302和显示单元301。可以通过音频输出端口302连接音频播放模块303，从听觉上判断声音较大的大概区域，缩小判断范围，再通过显示单元观察声音强度最大的点，更快速的实现对声源的定位。通过探测部采集的探测信号传输至信号处理模块，信号处理模块包括一个分配器，探测信号通过分配器分成两个相同的探测信号，其中一个探测信号通过信号传导线连接信号放大器，探测信号经信号放大器对信号放大后，再通过音频输出端口输出到音频播放模块进行播放，另一个探测信号通过信号传导线连接信号处理模块中的微处理器，微处理器对信号处理后，将得到的代表声音强度的频率和幅值数据传输至显示单元进行显示。

举例说明，音频播放模块可以包括耳麦、耳机等。当为耳麦时，测试人员将耳麦带上，并手持便携主体，然后通过将探测部靠近但不接触声源，利用声音在固体传播的衰减较低的特性，实现将声音在空气中的振动传播转换为在探测部的周期性简谐振动，从而实现了对声音的另一种记录以及幅值的量化，接下来，利用便携主体内置的信号处理模块，实现对振动时间历程的实时记录，并通过微处理器实现快速傅里叶变换，完成振动时域数据到频域数据的实时转换，并通过拾取频谱中的最大峰值频率及幅值，确定此位置处的最大响度的声源的频率及振动幅值大小。接下来，通过将手持探测部的位置靠近感兴趣的声源位置，由于声音近场传播中存在干涉、衍射的特性，因此在测试时，即使靠近的声源位置并非异音位置，也可以听到响度较小的异音；然后，通过将探测部进行简单移动后，即可在听感上锁定响度较大位置，并可通过实时的数据分析获取该位置处的频率成分以及振动幅值，从而实现对异音位置的初步锁定。当需要确定该声源中的异音的影响范围时，则可应通过将探测部靠近故障声源位置，并从显示单元中读取最大频率及数值，然后，将探测部缓慢向远离该故障音的位置移动，直至从显示单元中的最大频率变为其它频率或者振动数值有接近一半以上的衰减后，即可初步判断：该声源故障音的传递路径及影响的辐射范围。可方便后续设计人员，针对性的在异音的传递路径上，添加合适其频率的吸音材料实现对异音的隔绝。

需要说明的是，此处为举例说明，音频播放模块不限于仅包括耳机、耳麦，还可以为其他音频播放模块。

一个实施例中，音频播放模块可拆卸的与音频输出端口连接。

音频播放模块可拆卸，在使用时再与音频输出端口连接，方便平时的收储及携带，在需要使用时连接即可。

一个实施例中，探测部101包括金属探头1011。

金属探头感受到空气中的振动后，可以激起自身的振动，实现声音到振动的转换。

当探测部为金属探头时，举例说明，如图3，本实施例利用了声音在固体传播衰减远小于空气传播的特性，通过非接触、无麦克风测试的方法实现定位。首先，测试人员手持声源定位装置，在被测声源位置处移动，利用金属探头感受到空气中的振动后，金属探头将被激起自身的振动，从而实现由声音到振动的转换；接下来，通过信号处理模块实时的获取振动时间信号，并通过微处理器实现快速傅里叶变换将其转换为频域信号，然后完成对峰值频率及峰值振动幅值的获取，并在显示单元上显示出来，从而实现对局部异音的频率范围及响度大小的初步获取。

与此同时，由于声音的传播具有一定的方向性，利用手持声源定位装置，在被测声源位置处移动，并通过人耳以及设备上的峰值频率及振动幅值，最终确定出大概的声源传播路径。

需要说明的是，此处探测部包括金属探头仅为举例说明，探测部还可以为其他可以探测声音信号的器件，比如声音传感器等，此处不限制探测器的种类。

一个实施例中，探测部可拆卸的连接便携主体。如图4，左侧为声源定位装置的外部示意图，右侧为声源定位装置的内部构造示意图。探测部可以是金属探头，在使用时，金属探头可以连接便携主体上的金属探头插口，连接方式不作限制，可以是螺纹连接，也可以是卡接等，显示单元在便携主体的外表面显示，具体可以分为频率显示子单元401和幅值显示子单元402，音频输出端口302用于连接耳麦等音频播放模块。原始振动信号经金属探头采集后，通过与金属探头插口连接的信号传导线传输至信号处理模块201，其中，原始振动信号(也可称为原始声音信号)在信号处理模块处可分为两路，一路信号经信号传导线连接到了信号处理模块内部的微处理器403，原始振动信号经微处理器403对信号分析处理后，向显示单元输出声音信号的频率和幅值，在便携主体外表面的频率显示子单元401和幅值显示子单元402中分别显示该声音信号的频率和幅值。另一路信号经过信号放大器304，再通过音频输出端口连接音频播放模块。

具体的，首先完成金属探头与便携主体的连接，并将耳麦接入音频输出端口。测试人员将耳麦带上，并手持便携主体，然后通过将金属探头位置靠近但不接触声源，利用声音在固体传播的衰减较低的特性，实现将声音在空气中的振动传播转换为在金属杆的周期性简谐振动，从而实现了对声音的另一种记录以及幅值的量化；接下来，利用内置的信号处理模块，实现对振动时间历程的实时记录，并通过微处理器实现快速傅里叶变换，完成振动时域数据到频域数据的实时转换，并通过拾取频谱中的最大峰值频率及幅值，确定此位置处的最大响度的声源的频率及振动幅值大小。

对于异常音来讲，多为纯音的频率成分，若为白噪声且响度正常的情况下，则人耳对其并无厌烦(例如水流声、连续风声等)。因此，通过耳麦获取的声音信号，先通过人耳对异常噪音音质有所判断的前提下，再利用设备捕获频率、幅值，以达到确定异常噪音的频率成分、噪音幅值以及噪音源的确定位置的目的。金属探头的振动信号是由于声音在空气中传播而产生，但声音在空气中传播具有明显的衰减特性，其波长、频率不同，则其传播范围也不同，因此，利用声音传播的特性，并结合人耳以及频率、幅值的综合判断，可通过移动金属探头实现初步给出声音传播的路径，以及噪音源的定位。

接下来，通过将手持金属探头的位置靠近感兴趣的声源位置，由于声音近场传播中存在干涉、衍射的特性，因此在测试时，即使靠近的声源位置并非异音位置，也可以听到响度较小的异音；然后，通过将金属探头进行简单移动后，即可在听感上锁定响度较大位置，并可通过实时的数据分析获取该位置处的频率成分以及振动幅值，从而实现对异音位置的初步锁定。

当需要确定该声源中的异音的影响范围时，则可应通过将金属探头靠近故障声源位置，并从显示模块中读取最大频率及数值，然后，将金属探头缓慢向远离该故障音的位置移动，直至从显示模块中的最大频率变为其它频率或者振动数值有接近一半以上的衰减后，即可初步判断该声源故障音的传递路径及影响的辐射范围。

一个实施例中，便携主体设置有握持部件。便携主体上可以设置握持部件，比如设置方便手持的把手或者适合手拎的握持位置，当然便携主体的外壳也可以设置为易于手持的形状，方便使用时握持。便携主体还可以是可穿戴的，比如带有双肩背带，在使用时可将便携主体背到肩上使用，便携主体通过一个手持部连接探测部。

一个实施例中，得到用于指示声音来源的指示信号，包括：获取探测信号转换的频域信号，提取频域信号携带的指示信号。信号处理模块可以根据探测部传输的探测信号，将探测信号根据傅里叶变换转换为频域信号，提取频域信号携带的频率和幅值，将频率和幅值作为指示声音来源的指示信号。

一个实施例中，提取所述频域信号携带的指示信号，包括：提取频域信号携带的第一指示信息；获取输入的第二指示信息；将第一指示信息和第二指示信息共同作为指示信号。其中，第一指示信息可以是频域信号携带的频率和幅值，第二指示信息可以是指示声音来源区域的信息，比如，可以是通过用户分析或者通过其他设备分析得到的声源的大概区域，用户向该区域移动，得到更准确的第一指示信息，进而可准确定位声源。

本声源定位装置的使用方法，如图5，包括如下步骤：

步骤501，完成声源定位装置穿戴搭接。

步骤502，移动手持金属探头，寻找异响位置。

步骤503，基于金属探头和信号分析模块完成信号采集。

步骤504，通过微处理器，实现快速傅里叶变换。

步骤505，识别频谱最大幅值及其频率。

步骤506，实现异响声源的定位。

先完成声源定位装置的组装及穿戴，将可拆卸的部件(如金属探头以及音频播放模块如耳麦等)均组装到便携主体，通过握持部件移动金属探头，寻找异响的位置，声源定位装置基于金属探头和信号分析模块完成信号采集，将采集的信号输入微处理器，微处理器实现快速的傅里叶变换，识别频谱最大幅值及频率，根据最大的频率及幅值，实现异响声源的定位。本方法，使用声源定位装置，可以方便快捷的定位异响声源。

前面描述的使用方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。需要说明的是，在本申请的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种声源定位装置，其特征在于，包括：探测部和便携主体；所述便携主体中包括信号处理模块以及电源模块，所述电源模块连接所述信号处理模块的供电端；所述探测部连接所述便携主体中的所述信号处理模块的输入端；

所述探测部用于对环境中的声音信号进行探测，获得探测信号，将所述探测信号传输给所述信号处理模块；

所述信号处理模块用于根据所述探测部传输的所述探测信号，得到用于指示声音来源的指示信号并输出；

所述电源模块用于给所述信号处理模块供电。

2.根据权利要求1所述的声源定位装置，其特征在于，所述信号处理模块包括信号分析子模块和输出子模块；

所述信号分析子模块连接所述探测部，用于获取所述探测部传输的所述探测信号，并提取所述探测信号包含的声音强度指示信号，并将所述声音强度指示信号传输给所述输出子模块进行输出。

3.根据权利要求2所述的声源定位装置，其特征在于，所述声音强度指示信号包括用于指示声音强度的数据；所述输出子模块包括显示单元；所述显示单元用于显示所述用于指示声音强度的数据。

4.根据权利要求2或3所述的声源定位装置，其特征在于，所述声音强度指示信号包括声音强度对应的音频信号；所述输出子模块包括音频输出端口；所述音频输出端口用于输出所述音频信号。

5.根据权利要求4所述的声源定位装置，其特征在于，所述声源定位装置还包括音频播放模块，所述音频播放模块连接所述音频输出端口，用于播放通过所述音频输出端口输出的所述音频信号。

6.根据权利要求4所述的声源定位装置，其特征在于，所述信号处理模块包括信号放大器；

所述信号放大器用于对所述探测部传输的所述探测信号进行信号放大，并将放大后的信号传输至所述音频输出端口。

7.根据权利要求5所述的声源定位装置，其特征在于，所述音频播放模块可拆卸的与所述音频输出端口连接。

8.根据权利要求1所述的声源定位装置，其特征在于，所述探测部可拆卸的连接所述便携主体。

9.根据权利要求1所述的声源定位装置，其特征在于，所述探测部包括金属探头。

10.根据权利要求1所述的声源定位装置，其特征在于，所述便携主体设置有握持部件。

11.根据权利要求1所述的声源定位装置，其特征在于，所述得到用于指示声音来源的指示信号，包括：

获取所述探测信号转换的频域信号；提取所述频域信号携带的所述指示信号。

12.根据权利要求11所述的声源定位装置，其特征在于，所述提取所述频域信号携带的所述指示信号，包括：提取所述频域信号携带的第一指示信息；获取输入的第二指示信息；将所述第一指示信息和所述第二指示信息共同作为所述指示信号。

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