PL224727B1 - Układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych w przestrzeni pomieszczenia, zwłaszcza mikrofonów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych w przestrzeni pomieszczenia, zwłaszcza mikrofonów.

Znane są rozwiązania układów służących do lokalizacji źródeł dźwięku poprzez rejestrację i analizę sygnałów z elektroakustycznych przetworników pomiarowych, zwłaszcza mikrofonów usytuowanych w znanych położeniach przestrzeni. Takie sposoby lokalizacji przedstawione są między innymi w opisach zgłoszeń wynalazków nr US 2003 0 081 504 i nr US 2004 0 032 796. Położenie źródła dźwięku wyznaczane jest na podstawie czasów dojścia sygnałów akustycznych do przetworników, czasów zwanych opóźnieniem propagacyjnym. Układy te zawierają źródła dźwięku, przetworniki pomiarowe, przetwornik odniesienia oraz zestaw analizujący z modułem przetworników C/A i A/C, modułem filtrów i blokiem obliczeniowym-procesora. Układy wykonują zadanie lokalizowania źródła dźwięku na podstawie sygnałów pomiarowych rejestrowanych przez przetworniki usytuowane w znanych położeniach. W dotychczasowym stanie techniki nie występują rozwiązania układów służących do elektroakustycznej lokalizacji przetworników pomiarowych.

Układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych według wynalazku składa się ze źródeł dźwięku, przetworników pomiarowych i przetwornika odniesienia oraz zestawu analizującego z modułem przetworników C/A i A/C, modułem filtrów i blokiem obliczeniowym procesora. Istota rozwiązania polega na tym, że układ zawiera co najmniej trzy źródła dźwięku, o korzystnie różnych zakresach częstotliwości, zamocowane w punktach pomieszczenia o znanych współrzędnych przestrzennych, korzystnie w narożach jednej ściany. Przetwornik odniesienia ustalony jest w punkcie, przy którym różnica odległości od dowolnie wybranych dwóch źródeł dźwięku jest większa od 1/4 odległości między tymi źródłami dźwięku.

W warunkach, gdy przetworniki elektroakustyczne zamocowane są na obiektach ruchomych transfer sygnałów z przetworników pomiarowych do zestawu analizującego może być wykonywany bezprzewodowo, drogą radiową. Rozwiązanie układu według wynalazku zapewnia wyznaczanie pozycji przetwornika pomiarowego w bardzo krótkim czasie, co jest szczególnie istotne dla sytuacji szybkich zmian położenia przetwornika.

Wynalazek przybliżony jest opisem przykładowego układu do akustycznej lokalizacji mikrofonu w przestrzeni pomieszczenia oraz opisem działania tego układu w celu określenia współrzędnych położenia mikrofonu. Układ przedstawiony jest w ujęciu schematycznym, na fig. 1, na fig. 2 usytuowanie mikrofonu odniesienia względem źródeł dźwięku, a na fig. 3 - schemat kolejnych kroków sposobu lokalizacji mikrofonu pomiarowego.

W pomieszczeniu badawczym zlokalizowany ma być elektroakustyczny przetwornik pomiarowy 5, przez ustalenie współrzędnych x, y, z jego położenia. W trzech narożach A, B i C jednej ze ścian pomieszczenia zamocowane są trzy źródła dźwięku 1,2 i 3, natomiast przed tą ścianą w punkcie D zamocowany jest przetwornik odniesienia 4. Położenie punktu D przetwornika odniesienia 4 jest tak dobrane, że różnica odległości c-b od źródeł dźwięku 1 i 2 jest większa od 1/4 wymiaru między tymi źródłami dźwięku 1 i 2. Zależność tę wyjaśnia fig. 2, przedstawiająca usytuowanie tych elementów w płaszczyźnie ich zabudowy. Współrzędne punktów A, B, C i D są znane i ściśle określone. Wymienione elementy układu pomiarowego połączone są z wejściami i wyjściami zestawu analizującego 6, który zawiera moduł przetworników A/C i C/A, moduł filtrów F i blok obliczeniowy, czyli procesor P.

Przedstawiony układ umożliwia zlokalizowanie przetwornika pomiarowego poprzez kolejne wykonanie opisanych poniżej czynności, zobrazowanych schematem kroków na fig. 3. W zestawie analizującym 6 generowany (krok G) jest sygnał cyfrowy o parametrach tak dobranych, by było możliwe na jego podstawie otrzymanie poprawnej odpowiedzi impulsowej, przykładowo sinus o przestrajanej częstotliwości. Zakres częstotliwości powinien być różny od zakresu użytecznego w badaniach. Po przetworzeniu na postać analogową w module C/A i odpowiednim wzmocnieniu sygnał (krok Wy) inicjuje prace źródeł dźwięku 1,2 i 3. Sygnały odebrane przez przetworniki pomiarowy 5 i odniesienia 4 zostają przekazane na wejście (krok We) zestawu analizującego 6, gdzie po przetworzeniu na postać c yfrową w module A/C są następnie analizowane w module filtrów F (krok F), w pasmach częstotliwości odpowiadających zakresom sygnałów wygenerowanych dla każdego źródła. Transformacje Fouriera zarejestrowanych i przefiltrowanych sygnałów (krok TF) dzielone są przez transformacje Fouriera odpowiadających im sygnałów wygenerowanych (krok ITF). Po wyznaczeniu odwrotnej transformacji Fouriera otrzymujemy odpowiedzi impulsowe dla wszystkich układów źródło-odbiornik. Różnica pozycji wartości maksymalnej odpowiedzi impulsowych (krok Poz. max.) przetwornika odniesienia 4 p1-p2

PL 224 727 B1 dla źródeł dźwięku 1 i 2 wydzielona przez częstotliwość próbkowania f_s daje wartość odpowiadającą czasowi d_t rozchodzenia się fali na tej odległości di. Stosunek różnicy dróg d-ι do czasu d_t jest równy prędkości dźwięku c (krok c) w rozważanym ośrodku i w warunkach panujących w danym momencie w pomieszczeniu badawczym, zwłaszcza temperatury powietrza. Znając odległość źródeł dźwięku 1 i 2 od przetwornika odniesienia 4 wyznacza się opóźnienie wprowadzane na elementach toru pomiarowego d_p = (p1-d1*fs/c), (krok dp), a następnie odejmuje go od wszystkich pozycji maksimów. Na podstawie uzyskanych wartości oblicza się odległości odl1, odl2, odl3 przetwornika pomiarowego 5 od źródeł dźwięku 1, 2 i 3 (krok odl). Za pomocą oprogramowanego procesora P wyznacza się punkt przecięcia się trzech sfer o promieniach równych wyznaczonym odległościom odl1, odl2, odl3, przy usytuowaniu środków tych sfer w znanych punktach A, B, C zabudowy źródeł dźwięku 1,2 i 3, który to punkt o współrzędnych x, y, z lokalizuje położenie przetwornika pomiarowego 5.

Opisane działanie układu może być realizowane przy przewodowym lub bezprzewodowym drogą radiową połączeniu przetwornika pomiarowego 5 z zestawem analizującym 6. Bezprzewodowa transmisja sygnału stosowana jest w warunkach, gdy przetwornik pomiarowy 5 - mikrofon, przemieszcza się w sposób nieplanowany, co przykładowo występuje w sytuacji układu realizującego nadążne śledzenie i sterowanie kamery i/lub reflektora punktowego kierowanych na solistę spektaklu baletowego.

Claims (1)

1. Układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych w przestrzeni pomies zczenia, zwłaszcza mikrofonów, złożony ze źródeł dźwięku (1, 2, 3), przetworników pomiarowych (5) i przetwornika odniesienia (4) oraz zestawu analizującego (6) z modułem przetworników C/A i A/C, modułem filtrów (F) i blokiem obliczeniowym-procesora (P), znamienny tym, że zawiera co najmniej trzy źródła dźwięku (1, 2, 3) o różnych zakresach częstotliwości, zamocowane w punktach (A, B, C) pomieszczenia o znanych współrzędnych przestrzennych (x, y, z), korzystnie w narożach jednej ściany, natomiast przetwornik odniesienia (4) ustalony jest w punkcie (D), przy którym różnica odległości (c-b) od dowolnie wybranych dwóch źródeł dźwięku (1,2) jest większa od 1/4 odległości (a) między tymi źródłami dźwięku (1, 2).