CN116338583B - 基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法 - Google Patents
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- CN116338583B CN116338583B CN202310354566.3A CN202310354566A CN116338583B CN 116338583 B CN116338583 B CN 116338583B CN 202310354566 A CN202310354566 A CN 202310354566A CN 116338583 B CN116338583 B CN 116338583B
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Abstract
本申请提出一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法,涉及故障定位技术领域。该方法包括:部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每一个传声器的信号校正参数;通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1;根据分布式传声器阵列所采集的波形数据,确定噪声源所在位置及该位置上的噪声功率。本申请实施例中分布式传声器阵列部署难度小,噪声源位置确定的准确性更高。
Description
技术领域
本申请涉及故障定位技术领域,尤其涉及一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
背景技术
在分析设备状态时,设备组件的噪声是最常用的监测值和分析参数;噪声的功率谱密度变化可以指示设备的健康状态,例如设备松动、断裂以及管道泄露等故障监测,通常采用噪声监测的方法,并根据声像仪进行声源定位来确定故障的位置。
声像仪是使用声学成像技术,利用传声器阵列确定声源位置,通过图像的方式展示声源的分布状态和位置,以颜色或者亮度来表示声音的强弱,从而帮助人们快速的定位噪声位置,以解决人耳定位声音能力有限的问题。
目前已有的设备,例如声像仪,作为一种小型的传声器阵列,其成像的范围非常有限;并且现有一般是要求同步采集系统,因此对系统的同步要求较高,部署难度大。
发明内容
本申请实施例提供一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
本申请第一方面实施例提出了一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法,包括:
部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子;
通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1;
根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述方法还包括:
根据每个传声器所采集的波形数据,确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述方法还包括:
根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率,确定噪声源所在位置的设备工作状态。
在本申请的一个实施例中,所述方法还包括:
基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据;
对所述噪声成像数据进行渲染并展示。
在本申请的一个实施例中,所述根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率,包括:
针对所述K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,所述k的取值为1至K;
基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率,包括:
对于K个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;
分别从K个所述功率谱密度中,确定第i个噪声源在当前时刻的K个噪声功率,所述i的取值为1至Z;
从所述K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;
若所述第一个数大于或者等于设定个数,确定所述第i个噪声源为真实噪声源。
在本申请的一个实施例中,所述方法还包括:
若所述第一个数小于设定个数,确定所述第i个噪声源为伪噪声源。
在本申请的一个实施例中,所述基于所述K个传声器阵列的第一功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率之后,还包括:
针对每个所述真实噪声源所在位置,对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和,得到在该位置真实噪声源的所述累和噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述方法还包括:
获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;
针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于正常工作状态,所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于异常工作状态。
在本申请的一个实施例中,所述获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,包括:
确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器,所述k的取值为1至K;
由所述第一坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延;
由所述第二坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延;
基于所述第一时延和所述第二时延,确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标,其中,所述坐标中包括坐标距离和坐标角度;
根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差。
在本申请的一个实施例中,所述获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,包括:
从所述K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;
由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延;
由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延;
基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延,确定每个传声器的所述增益因子。
在本申请的一个实施例中,所述信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益,所述方法还包括:
针对每个传声器,获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;
基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;
基于所述后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于所述先验信噪比得到衰减增益。
在本申请的一个实施例中,所述对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,包括:
基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;
基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理,得到所述传声器的目标频域数据。
在本申请的一个实施例中,所述K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。
在该技术方案中,设定多个传声器阵列并获取每个传声器阵列中每个传声器对应的信号校正参数,进一步的,通过每个传声器阵列分别采集设备内噪声声源的信号,并基于每个传声器的信号校正参数得到传声器自身的波形数据,且信号校正参数包括多个维度,基于多个维度的信号校正参数获取传声器的波形数据进行真实噪声源的确定,确保了真实噪声源位置确定的准确性,并且分布式传声器阵列的部署难度较低,操作方便。
本申请第二方面实施例提出了一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置,包括:
第一获取模块,用于部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子;
第二获取模块,用于通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1;
噪声声源确定模块,用于根据每个传声器所采集的时域波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述第二获取模块,用于:
根据每个传声器所采集的波形数据,确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述第二获取模块,还用于:
根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率,确定噪声源所在位置的设备工作状态。
在本申请的一个实施例中,所述第二获取模块,还用于:
基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据;
对所述噪声成像数据进行渲染并展示。
在本申请的一个实施例中,所述噪声声源确定模块,用于:
针对所述K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,所述k的取值为1至K;
基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述噪声声源确定模块,用于:
对于K个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;
分别从K个所述功率谱密度中,确定第i个噪声源在当前时刻的K个噪声功率,所述i的取值为1至Z;
从所述K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;
若所述第一个数大于或者等于设定个数,确定所述第i个噪声源为真实噪声源。
在本申请的一个实施例中,所述噪声声源确定模块,还用于:
若所述第一个数小于设定个数,确定所述第i个噪声源为伪噪声源。
在本申请的一个实施例中,所述噪声声源确定模块,还用于:
针对每个所述真实噪声源所在位置,对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和,得到在该位置真实噪声源的所述累和噪声功率。
在本申请的一个实施例中,所述噪声声源确定模块,还用于:
获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;
针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于正常工作状态,所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于异常工作状态。
在本申请的一个实施例中,所述第一获取模块,用于:
确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器,所述k的取值为1至K;
由所述第一坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延;
由所述第二坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延;
基于所述第一时延和所述第二时延,确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标,其中,所述坐标中包括坐标距离和坐标角度;
根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差。
在本申请的一个实施例中,所述第一获取模块,用于:
从所述K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;
由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延;
由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延;
基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延,确定每个传声器的所述增益因子。
在本申请的一个实施例中,所述第一获取模块中信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益,所述第一获取模块还用于:
针对每个传声器,获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;
基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;
基于所述后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于所述先验信噪比得到衰减增益。
在本申请的一个实施例中,所述第一获取模块,用于:
基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;
基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理,得到所述传声器的目标频域数据。
在本申请的一个实施例中,所述第一获取模块中K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。
本申请第三方面实施例提出了一种电子设备,包括:本申请第二方面实施例提出的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置。
本申请第四方面实施例提出了一种电子设备,包括:处理器;用于存储所述处理器可执行指令的存储器;其中,所述处理器被配置为执行所述指令,以实现本申请第一方面实施例提出的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
本申请第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时,使得电子设备能够执行本申请第一方面实施例提出的方法。
本申请第六方面实施例提出了一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序在被通信设备中的处理器执行时实现本申请第一方面实施例提出的方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本申请实施例所提供的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图;
图2为本申请实施例所提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图;
图3为本申请实施例所提供的一种噪声成像数据的可视化展示示意图;
图4为本申请实施例所提供的一种噪声成像数据的可视化展示示意图;
图5为本申请实施例所提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图;
图6为本申请实施例所提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图;
图7为本申请实施例所提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图;
图8为本实施例所提供的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置的结构示意图;
图9为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图;
图10为本申请实施例提供的另一种电子设备的结构示意图;
图11为本申请实施例提供的另一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请实施例相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请实施例范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”及“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
需要说明的是,本申请中任一个实施例提供的基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法可以单独执行,或是结合其他实施例中的可能的实现方法一起被执行,还可以结合相关技术中的任一种技术方案一起被执行。下面参照附图描述本申请实施例的基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
图1为本申请实施例提供的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图。如图1所示,该方法包括但不限于以下步骤:
S101,部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子。
本申请实施例适用于对设备内部噪声声源位置确定的情况。
在本申请实施例中,基于分布式阵列的设备内部噪声声源采集系统包括P个传声器,共分为K个传声器阵列,每个传声器阵列中包含Ak个传声器,P、Ak以及K均为正整数,且P≥1,K≥1,Ak≥1,并且所有传声器阵列中包含的传声器数量相加等于P;例如,P可以取值为48,K取值为3,每个传声器阵列中包含Ak=16个传声器设备。
可选地,K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。K个传声器阵列可以部署在设备圆形部位的腹部外侧边缘,也可以部署在设备方形部分的顶部侧面;每个传声器阵列之间间隔为θ。
示例性说明,例如在三个传声器阵列的情况下,3个传声器阵列间隔部署在设备圆形部位的腹部外侧边缘,每个传声器阵列之间的间隔θ可以为120°;假如3个三个传声器阵列间隔部署在设备方形部分的顶部侧面,每个传声器阵列之间的间隔θ可以为90°。
可选地,确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器,k的取值为1至K;由第一坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的第一接收信号确定各自的第一时延;由第二坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的第二接收信号确定各自的第二时延;基于第一时延和第二时延,确定第k个传声器阵列中每个传声器的坐标,其中,坐标中包括坐标距离和坐标角度;根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的距离相对误差和角度相对误差。
可选地,从K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;由参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取K个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的第三接收信号确定各自的第三时延;由参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送校正信号,获取K个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的第四接收信号确定各自的第四时延;基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、第三时延和第四时延,确定每个传声器的增益因子。
本申请实施例中,距离相对误差、角度相对误差以及增益因子构成传声器的信号校正参数。
S102,通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1。
通过每个传声器采集对应的波形信号,基于传声器对应的信号校正参数对波形信号进行加窗预处理得到对应的波形数据。
可选地,根据每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据的计算公式可以为:
xp(n)=p*s(+Δθp)/(Δdp+1)
其中,xp(n)表示第p个传声器的波形数据;gp表示第p个传声器的增益因子;Δθp表示第p个传声器的角度相对误差;Δdp表示第p个传声器的距离相对误差;s(n)为第p个传声器采集的波形信号。
S103,根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在本申请实施例中,针对K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,k的取值为1至K;基于K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
可选地,基于传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;基于传声器的衰减增益对频域数据进行去干扰处理,得到传声器的目标频域数据。根据目标频域数据得到传声器阵列的功率谱密度。
在一些实现中,传声器的信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益。针对每个传声器,获取传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;基于信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;基于后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于先验信噪比得到衰减增益。
示例性说明,针对第1个传声器阵列,第1个传声器阵列对应的功率谱密度的计算为:
其中,Xn,p(m)=G(m)*FFT(w(m)*x(n+m)),x(n+m)为时域信号,G(m)为衰减增益;Xn,p(m)为目标频域数据;FFT(w(m)*x(n+m))为初始频域数据,0≤m≤L-1,n=0,T,2T,…,L为帧长,T为帧移;w(m)为加窗函数;Ak为第1个传声器阵列中传声器的数量。
示例性说明,L的取值可以为128,T的取值可以为64。
可选地,根据每个传声器阵列的功率谱密度可提取出不同位置对应的噪声功率,也就是横坐标为不同的位置,纵坐标为位置对应的噪声功率。
对于K个功率谱密度中第k个功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;分别从K个功率谱密度中,确定第i个噪声源的K个噪声功率,i的取值为1至Z;从K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;若第一个数大于或者等于设定个数,确定第i个噪声源为真实噪声源。若第一个数小于设定个数,确定第i个噪声源为伪噪声源。
示例性说明,若第i个噪声源对应的K个噪声功率中,存在大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数为N,N为大于等于零的整数;当第一个数N的取值大于或者等于设定个数时,第i个噪声源为真实噪声源;反之,当第一个数N的取值小于设定个数时,第i个噪声源为伪噪声源。
在本申请实施例中,设定多个传声器阵列并获取每个传声器阵列中每个传声器对应的信号校正参数,进一步的,通过每个传声器阵列分别采集设备内噪声声源的信号,并基于每个传声器的信号校正参数得到传声器自身的波形数据,且信号校正参数包括多个维度,基于多个维度的信号校正参数获取传声器的波形数据进行真实噪声源及其位置的确定,确保了真实噪声源位置确定的准确性,并且分布式传声器阵列的部署难度较低,操作方便。
图2为本申请实施例提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图。如图2所示,该方法包括但不限于以下步骤:
S201,部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子。
在本申请实施例中,步骤S201的实现方式可以分别采用本公开的各实施例中的任一种方式实现,在此并不对此作出限定,也不再赘述。
S202,通过K个传声器阵列分别采集设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1。
在本申请实施例中,步骤S202的实现方式可以分别采用本公开的各实施例中的任一种方式实现,在此并不对此作出限定,也不再赘述。
S203,根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源当前时刻的累加噪声功率。
可选地,针对K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,k的取值为1至K;基于K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置以及该位置上的噪声功率。
可选地,确定噪声源所在位置以及该位置上的噪声功率的方法为:对于K个功率谱密度中第k个功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;分别从K个功率谱密度中,确定第i个噪声源的K个噪声功率,i的取值为1至Z;从K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;若第一个数大于或者等于设定个数,确定第i个噪声源为真实噪声源。对每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到每个传声器对应的功率谱密度,功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率。
在一些实现中,若第一个数小于设定个数,确定第i个噪声源为伪噪声源。
在确定真实噪声源之后,针对每个真实噪声源所在位置,对每个功率谱密度中该真实噪声源所在位置的噪声功率进行求和,得到该真实噪声源的累加噪声功率。
可选地,真实噪声源的累加噪声功率的计算方法可以为:
其中,ER(n)表示每个真实噪声源在第n时刻的累加噪声功率;R表示设备内部真实噪声源的位置,R=R1,2,…,z,=1,2,…,,z表示设备内部真实噪声源的个数;i()表示第i个阵列在第n时刻的噪声功率。
S204,根据真实噪声源所在位置和对应位置的真实噪声源的累加噪声功率,确定真实噪声源所在位置的设备工作状态。
通过每个真实噪声源的累加噪声功率确定真实噪声源所在位置的设备工作状态;获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与所述对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;若实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的噪声源的累和噪声功率,确定该位置的设备处于正常工作状态,此处的等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;若实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下的噪声源的累和噪声功率,确定该位置的设备处于异常工作状态。
示例性说明,最大累和噪声功率是每个所在设备位置的噪声声源在正常状态下对应的累加噪声功率的最大值。
S205,基于真实噪声源所在位置、累加噪声功率和该位置的设备工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据,并对噪声成像数据进行渲染并展示。
在本申请实施例中,在设备内部将真实噪声源所在位置,以及每个真实噪声源对应的累加噪声功率和对应的工作状态进行标注,将标注的结果作为设备内部的噪声成像数据,对噪声成像数据进行可视化。
可选地,被标注出的工作状态可以为一个或者多个,例如只将正常工作状态的真实噪声源标注,或者是只将非正常工作状态的真实噪声源标注,也可以将正常工作状态和非正常工作状态的真实噪声源均进行不同形式的标注。
对噪声成像数据进行可视化,可以以三维空间立体和切片方式显示,或者渲染设备内部的建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM),以便于运维人员查看实时的声源成像图。
可选地,当传声器阵列在设备圆形部位上呈现120°分布时,噪声成像数据在设备圆形部位的内部进行可视化展示,如图3所示。当传声器阵列在设备方型部位的顶部侧面呈现90°分布时,噪声成像数据在设备方型部位的内部进行可视化展示,如图4所示。
示例性说明,设定颜色越深表明设备内部噪声声源的声音越大。
可选地,当噪声声源成像点的累加噪声功率大于预设设定的数值时,会有相应的报警提醒信息,例如可以通过特定标识进行异常标记。特定标识可以为特定符号、特定图形、特定数字等。
在本申请实施例中,通过每个位置的噪声功率筛选出其中的真实噪声源,筛选的方法利用阈值判断满足条件的第一个数,以第一个数直观反映该位置是否为真实噪声源,结果更加明确直观;在确定真实噪声源之后,通过分析真实噪声源对应的累加噪声功率获取每个真实噪声所在位置的设备工作状态,利用累加噪声功率的数值判断工作状态,可靠性较高;进一步地,利用真实噪声源对应的各项指标进行成像展示,对真实噪声源的位置标记更加明显,且每个真实噪声源的影响情况也更加直观。
图5为本申请实施例提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图。如图5所示,该方法包括但不限于以下步骤:
S501,确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器,k的取值为1至K。
在本申请实施例中,每个传声器阵列中包括至少两个传声器,为了便于区分,对传声器阵列中的每个传声器进行标号;例如,将传声器阵列中每个传声器分别标记为:U1,U2,U3,...UAk,Ak表示第k个传声器阵列中传声器的数量。
针对第k个传声器阵列,获取第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器;可选地,第一坐标传声器和第二坐标传声器为对应传声器阵列中任意两个不同的传声器。
可选的,第1个传声器阵列中可以以该传声器阵列中的传声器U1和传声器U2分别作为第一坐标传声器和第二坐标传声器;第2个传声器阵列中也可以以该传声器阵列中的传声器U1和传声器U2分别作为第一坐标传声器和第二坐标传声器,第3个传声器阵列、…以及第K个传声器阵列都可以以该传声器阵列中的传声器U1和传声器U2分别作为第一坐标传声器和第二坐标传声器。
S502,由第一坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的第一接收信号确定各自的第一时延。
示例性说明,假设此时确定的第1个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器分别为传声器U1和传声器U2,由第一坐标传声器U1发送校正信号,获取第1个传声器阵列中除了第一坐标传声器U1之外的剩余每个传声器对校正信号的第一接收信号,并基于剩余每个传声器的第一接收信号确定各自对应的第一时延。
可选地,根据第一接收信号确定第一时延的方法可以利用快速傅里叶变换得到,其原理是通过计算发出的校正信号和传声器接收的第一接收信号的信号相位差实现时延的测量。
S503,由第二坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的第二接收信号确定各自的第二时延。
示例性说明,假设此时确定的第1个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器分别为传声器U1和传声器U2,由第二坐标传声器U2发送校正信号,获取第1个传声器阵列中除了第二坐标传声器U2之外的剩余每个传声器对校正信号的第二接收信号,并根据剩余每个传声器的第二接收信号确定各自的第二时延。
可选地,根据第二接收信号确定第二时延的方法可以利用快速傅里叶变换得到,其原理是通过计算发出的校正信号和传声器接收的第二接收信号的信号相位差实现时延的测量。
S504,基于第一时延和第二时延,确定第k个传声器阵列中每个传声器的坐标,其中,坐标中包括坐标距离和坐标角度。
获取每个传声器阵列中每个传声器对应的第一时延和第二时延。在确定出每个传声器对应的第一时延和第二时延之后,以第一时延结合声速得到传声器对应的第一距离,以第二时延结合声速得到传声器对应的第二距离,第一距离是指传声器到所在传声器阵列中第一坐标传声器之间的距离,第二距离是指传声器到所在传声器阵列中第二坐标传声器之间的距离。
本申请实施例中,第一坐标传声器只存在第二距离,第二坐标传声器只存在第一距离,且第一坐标传声器的第二距离与第二坐标传声器的第一距离数值相同,将其记为第一坐标传声器和第二坐标传声器之间的距离;声速是一个已知指标,例如传播介质为空气时,声速取340m/s。
在获取到传声器阵列中每个传声器对应的第一距离和第二距离之后,基于传声器对应的第一距离、第二距离以及传声器阵列中第一坐标传声器和第二坐标传声器之间的距离构建公式得到每个传声器对应的角度。
可选的,每个传声器的角度计算的公式为:
cosθi=(d1i 2+2-2i 2)/(2*d1i*)
其中,θi表示传声器阵列中传声器Ui的角度;d1i表示传声器阵列中传声器Ui到该传声器阵列中第一坐标传声器之间的距离;d2i表示传声器阵列中传声器Ui到该传声器阵列中第二坐标传声器的距离;d表示传声器阵列中第一坐标传声器和第二坐标传声器之间的距离;cos表示余弦函数。
基于获取第一个传声器阵列中传声器Ui对应角度相同的方法,获取其他传声器阵列中每个传声器对应的角度,每个传声器对应的角度是指该传声器到所在传声器阵列中第一坐标传声器和第二坐标传声器之间的角度。
可选地,将传声器阵列中每个传声器对应的第一距离和角度分别作为坐标距离和坐标角度,由坐标距离和坐标角度构成对应传声器在所在传声器阵列中的坐标,每个传声器坐标的表示为:(坐标距离,坐标角度)。
S505,根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的距离相对误差和角度相对误差。
在一些实现中,所有传声器阵列对应的设定坐标相同。
在另一些实现中,不同传声器阵列对应的设定坐标可以不相同。
根据每个传声器阵列中每个传声器的坐标与该传声器阵列对应的设定坐标得到每个传声器的距离相对误差和角度相对误差。
可选地,距离相对误差和角度相对误差可以由传声器的坐标与设定坐标中各元素分别作差得到,且距离相对误差和角度相对误差均为正数。
图6为本申请实施例提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图。如图6所示,该方法包括但不限于以下步骤:
S601,从K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列。
在K个传声器阵列中任意选取一个传声器阵列作为参考传声器阵列。
S602,由参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取K个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的第三接收信号确定各自的第三时延。
示例性说明,假设此时确定的参考传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器分别为传声器U1和传声器U2,由第一坐标传声器U1发送增益补偿测试信号,获取所有传声器阵列中除了第一坐标传声器U1之外的剩余每个传声器对增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于剩余每个传声器的第三接收信号确定各自对应的第三时延。
S603,由参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿信号,获取K个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的第四接收信号确定各自的第四时延。
示例性说明,假设此时确定的参考传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器分别为传声器U1和传声器U2,由第二坐标传声器U2发送增益补偿测试信号,获取所有传声器阵列中除了第二坐标传声器U2之外的剩余每个传声器对增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于剩余每个传声器的第四接收信号确定各自对应的第四时延。
S604,基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、第三时延和第四时延,确定每个传声器的增益因子。
针对每个传声器,在获取到第三时延和第四时延后,基于第三时延和第四时延,确定传声器平均的时延,以提高增益因子的确定精度。进一步地,确定出传声器的时延后,可以基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数和该时延,确定传声器的增益因子。
可选地,每个传声器的增益因子的计算方法可以为:
gp=a/(*τ*Ed)
其中,gp表示第p个传声器的增益因子;Ea表示空气衰减系数;Ed表示设备外壳材料衰减系数;v表示空气中声音的传播速度;τ表示时延。
图7为本申请实施例提供的另一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法的流程示意图。如图7所示,该方法包括但不限于以下步骤:
S701,针对每个传声器,获取传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值。
在本申请实施例中,每个传声器可采集得到对应的信号频谱和干扰项功率谱均值。
S702,基于信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比。
可选地,基于信号频谱和功率谱均值利用以下公式获取后验信噪比:
γ(n,l)=|Y(n,l)|2/d(,l)
其中,γ(n,l)表示后验信噪比,n表示第n频点,l表示第l帧;Y(n,l)表示信号频谱;λd(,l)表示干扰项的功率谱均值。
S703,基于后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于先验信噪比得到衰减增益。
基于后验信噪比和估计器计算估计先验信噪比。可选地,估计先验信噪比的计算为:
其中,表示估计先验信噪比;α表示设定的加权系数;γ(n,l)表示后验信噪比;GH1(n,l-1)表示功率谱增益;γ(n,l-1)表示第l-1帧的后验信噪比;max表示取最大值。
进一步地,估计先验信噪比为先验信噪比ξ(l,n)=x(n,l)/d(,l)的估计值,λx(n,l)为信号的功率谱均值;进而根据估计先验信噪比得到/>
可选地,利用最小均方误差对数幅度谱LSA估计器来获得衰减增益,衰减增益的计算为:
其中,G(l,n)为衰减增益;p(n,l)为干扰项出现的概率,取经验值;Gmin为条件阈值。
图8为本申请实施例的基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置的结构示意图。如图8所示,该基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置800,包括:
第一获取模块801,用于部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子;
第二获取模块802,用于通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1;
噪声声源确定模块803,用于根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在一些实现中,第二获取模块802,用于:
根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源当前时刻的累加噪声功率。
在一些实现中,第二获取模块802,还用于:
根据噪声源所在设备位置和累加噪声功率,确定噪声源所在位置的设备工作状态。
在一些实现中,第二获取模块802,还用于:
基于噪声源所在位置、累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据;
对噪声成像数据进行渲染并展示。
在一些实现中,噪声声源确定模块803,用于:
针对K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,k的取值为1至K;
基于K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
在一些实现中,噪声声源确定模块803,用于:
对于K个功率谱密度中第k个功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;
分别从K个功率谱密度中,确定第i个噪声源在当前时刻的K个噪声功率,i的取值为1至Z;
从K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;
若第一个数大于或者等于设定个数,确定第i个噪声源为真实噪声源所在位置。
在一些实现中,噪声声源确定模块803,还用于:
若第一个数小于设定个数,确定第i个噪声源为伪噪声源。
在一些实现中,噪声声源确定模块803,还用于:
针对每个真实噪声源所在位置,对每个功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和,得到在该位置真实噪声源的累和噪声功率。
在一些实现中,噪声声源确定模块803,还用于:
获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;
针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;
若实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的噪声源的累和噪声功率,确定位置设备处于正常工作状态,等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;
若实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下噪声源的累和噪声功率,确定位置设备处于异常工作状态。
在一些实现中,第一获取模块801,用于:
确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器,k的取值为1至K;
由第一坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的第一接收信号确定各自的第一时延;
由第二坐标传声器发送校正信号,获取第k个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的第二接收信号确定各自的第二时延;
基于第一时延和第二时延,确定第k个传声器阵列中每个传声器的坐标,其中,坐标中包括坐标距离和坐标角度;
根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的距离相对误差和角度相对误差。
在一些实现中,第一获取模块801,用于:
从K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;
由参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取K个传声器阵列中除第一坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的第三接收信号确定各自的第三时延;
由参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取K个传声器阵列中除第二坐标传声器之外的剩余传声器对增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的第四接收信号确定各自的第四时延;
基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、第三时延和第四时延,确定每个传声器的增益因子。
在一些实现中,第一获取模块801中信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益,第一获取模块801,还用于:
针对每个传声器,获取传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;
基于信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;
基于后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于先验信噪比得到衰减增益。
在一些实现中,第一获取模块801,用于:
基于传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;
基于传声器的衰减增益对频域数据进行去干扰处理,得到传声器的目标频域数据。
在一些实现中,第一获取模块801中K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。
在本申请实施例中,设定多个传声器阵列并获取每个传声器阵列中每个传声器对应的信号校正参数,进一步的,通过每个传声器阵列分别采集设备内噪声声源的信号,并基于每个传声器的信号校正参数得到传声器自身的波形数据,且信号校正参数包括多个维度,基于多个维度的信号校正参数获取传声器的波形数据进行真实噪声源及其位置的确定,确保了真实噪声源位置确定的准确性,并且分布式传声器阵列的部署难度较低,操作方便。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电子设备框图。如图9所示,电子设备900包括基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置800。该电子设备可以是移动电子设备,也可以为非移动电子设备。示例性的,移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personalcomputer,UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant,PDA)等,非移动电子设备可以为网络附属存储器(Network Attached Storage,NAS)、个人计算机(personal computer,PC)、电视机(television,TV)、柜员机或者自助机等,本申请实施例不作具体限定。
根据本申请实施例的还提供一种电子设备,包括:处理器;用于存储所述处理器可执行指令的存储器,其中,所述处理器被配置为执行所述指令,以实现如上所述的基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
为了实现上述实施例,本申请还提出了一种存储介质。
其中,当存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时,使得电子设备能够执行如上所述的基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
为了实现上述实施例,本申请还提供一种计算机程序产品。
其中,该计算机程序产品由电子设备的处理器执行时,使得电子设备能够执行如上所述的方法。
图10是根据一示例性实施例示出的一种电子设备框图。图10示出的电子设备仅仅是一个示例,不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示,电子设备1000包括处理器1001,其可以根据存储在只读存储器(ROM,Read Only Memory)1002中的程序或者从存储器1006加载到随机访问存储器(RAM,RandomAccess Memory)1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 1003中,还存储有电子设备1000操作所需的各种程序和数据。处理器1001、ROM 1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。输入/输出(I/O,Input/Output)接口1005也连接至总线1004。
以下部件连接至I/O接口1005:包括硬盘等的存储器1006;以及包括诸如LAN(局域网,Local Area Network)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1007,通信部分1007经由诸如因特网的网络执行通信处理;驱动器1008也根据需要连接至I/O接口1005。
特别地,根据本申请的实施例,上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如,本申请的实施例包括承载在计算机可读介质上的计算机程序,该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中,该计算机程序可以通过通信部分1007从网络上被下载和安装。在该计算机程序被处理器1001执行时,执行本申请的方法中限定的上述功能。
在示例性实施例中,还提供了一种包括指令的存储介质,例如包括指令的存储器,上述指令可由电子设备1000的处理器1001执行以完成上述方法。可选地,存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质,例如,所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在本申请中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中,计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于:无线、电线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
图11是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构框图。图11示出的电子设备仅仅是一个示例,不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图11所示,该电子设备1100包括处理器1101和存储器1102。其中,存储器1102用于存储程序代码,处理器1101与存储器1102连接,用于从存储器1102内读取程序代码,以实现上述实施例中基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。
可选地,处理器1101的数量可以是一个或多个。
可选地,电子设备还可以包括接口1103,该接口1103的数量可以是多个。该接口1103可以与应用程序连接,并且可以接收外部设备如传声器的数据等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (29)
1.一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法,其特征在于,包括:
部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子;
通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1,确定所述波形数据的公式为:
xp(n)=gp*s(n+Δθp)/(Δdp+1)
其中,xp(n)表示第p个传声器的波形数据;gp表示第p个传声器的增益因子;Δθp表示第p个传声器的角度相对误差;Δdp表示第p个传声器的距离相对误差;s(n)为第p个传声器采集的波形信号;
根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率;
确定所述距离相对误差和所述角度相对误差的方法包括:
确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器;
由所述第一坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延;
由所述第二坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延;
基于所述第一时延和所述第二时延,确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标;
根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差;
确定所述增益因子的方法包括:
从所述K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;
由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延;
由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延;
基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延,确定每个传声器的所述增益因子。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据每个传声器所采集的波形数据,确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率,确定噪声源所在位置的设备工作状态。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据;
对所述噪声成像数据进行渲染并展示。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率,包括:
针对所述K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,所述k的取值为1至K;
基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率,包括:
对于K个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;
分别从K个所述功率谱密度中,确定第i个噪声源在当前时刻的K个噪声功率,所述i的取值为1至Z;
从所述K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;
若所述第一个数大于或者等于设定个数,确定所述第i个噪声源为真实噪声源。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
若所述第一个数小于设定个数,确定所述第i个噪声源为伪噪声源。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述基于所述K个传声器阵列的第一功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率之后,还包括:
针对每个所述真实噪声源所在位置,对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和,得到在该位置真实噪声源的累和噪声功率。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;
针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于正常工作状态,所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于异常工作状态。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述坐标中包括坐标距离和坐标角度。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益,所述方法还包括:
针对每个传声器,获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;
基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;
基于所述后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于所述先验信噪比得到衰减增益。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,包括:
基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;
基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理,得到所述传声器的目标频域数据。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。
14.一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于部署K个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁,K个传声器阵列之间间隔θ,K为正整数,且K≥1,θ为间隔角度,且θ≥0°;获取K个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数,第k个传声器阵列中包含Ak个传声器,其中,1≤k≤K,Ak≥1,所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子;
第二获取模块,用于通过K个传声器阵列分别对设备内Z个噪声声源进行信号采集,并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据,其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向,Z为正整数,且Z≥1,确定所述波形数据的公式为:
xp(n)=gp*s(n+Δθp)/(Δdp+1)
其中,xp(n)表示第p个传声器的波形数据;gp表示第p个传声器的增益因子;Δθp表示第p个传声器的角度相对误差;Δdp表示第p个传声器的距离相对误差;s(n)为第p个传声器采集的波形信号;
噪声声源确定模块,用于根据每个传声器所采集的波形数据,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率;
确定所述距离相对误差和所述角度相对误差的方法包括:
确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器;
由所述第一坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延;
由所述第二坐标传声器发送校正信号,获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延;
基于所述第一时延和所述第二时延,确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标;
根据每个传声器的坐标和设定坐标,得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差;
确定所述增益因子的方法包括:
从所述K个传声器阵列中选取一个传声器阵列,作为参考传声器阵列;
由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延;
由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号,获取所述K个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号,并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延;
基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延,确定每个传声器的所述增益因子。
15.根据权利要求14所述的装置,其特征在于,所述第二获取模块,用于:
根据每个传声器所采集的波形数据,确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。
16.根据权利要求15所述的装置,其特征在于,所述第二获取模块,还用于:
根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率,确定噪声源所在位置的设备工作状态。
17.根据权利要求16所述的装置,其特征在于,所述第二获取模块,还用于:
基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个,生成设备内部的噪声成像数据;
对所述噪声成像数据进行渲染并展示。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的装置,其特征在于,所述噪声声源确定模块,用于:
针对所述K个传声器阵列中第k个传声器阵列,对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理,得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度,其中,所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率,所述k的取值为1至K;
基于所述K个传声器阵列的功率谱密度,确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。
19.根据权利要求18所述的装置,其特征在于,所述噪声声源确定模块,用于:
对于K个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率,若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值,则该位置确定为一个噪声源;若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时,则确定为多个噪声源;
分别从K个所述功率谱密度中,确定第i个噪声源在当前时刻的K个噪声功率,所述i的取值为1至Z;
从所述K个噪声功率中,确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率,并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数;
若所述第一个数大于或者等于设定个数,确定所述第i个噪声源为真实噪声源。
20.根据权利要求19所述的装置,其特征在于,所述噪声声源确定模块,还用于:
若所述第一个数小于设定个数,确定所述第i个噪声源为伪噪声源。
21.根据权利要求20所述的装置,其特征在于,所述噪声声源确定模块,还用于:
针对每个所述真实噪声源所在位置,对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和,得到在该位置真实噪声源的累和噪声功率。
22.根据权利要求21所述的装置,其特征在于,所述噪声声源确定模块,还用于:
获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率;
针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率,与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于正常工作状态,所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内;
若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下所述噪声源的累和噪声功率,确定所述位置设备处于异常工作状态。
23.根据权利要求14-17中任一项所述的装置,其特征在于,所述坐标中包括坐标距离和坐标角度。
24.根据权利要求14-17中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一获取模块中信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益,所述第一获取模块还用于:
针对每个传声器,获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值;
基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算,得到后验信噪比;
基于所述后验信噪比和估计器,得到估计先验信噪比,并基于所述先验信噪比得到衰减增益。
25.根据权利要求24所述的装置,其特征在于,所述第一获取模块,用于:
基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧,并进行傅里叶变换,得到初始频域数据;
基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理,得到所述传声器的目标频域数据。
26.根据权利要求14-17中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一获取模块中K个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。
27.一种电子设备,其特征在于,包括:如权利要求14-26中任一项所述的装置。
28.一种电子设备,其特征在于,包括:
处理器;
用于存储所述处理器可执行指令的存储器;
其中,所述处理器被配置为执行所述指令,以实现如权利要求1至13中任一项所述的方法。
29.一种非临时性计算机可读存储介质,其特征在于,当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时,使得电子设备能够执行如权利要求1至13中任一项所述的方法。
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