一種傘形可重組三維傳聲器陣列的制作方法
【專利摘要】一種傘形可重組三維傳聲器陣列，包括陣列主體和可拆卸地安裝在陣列主體上的傳聲器，所述陣列主體包括水平設(shè)置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述主軸上，連桿的自由端向主軸的四周輻射，每根連桿均配有一根起支撐作用的支桿，所述支桿的一端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述連桿上，另一端與所述主軸的端部鉸接，所述主軸、所述連桿和所述支桿構(gòu)成傘骨狀；傳聲器布設(shè)在所述連桿上?；瑒?dòng)滑套和調(diào)整傳聲器的安裝位置即可調(diào)整傳聲器的位置，從而本發(fā)明可選擇出最佳位置，以獲得最佳聲源識(shí)別定位效果，且本發(fā)明可識(shí)別真假聲源，有效抑制偽聲源的干擾。
【專利說(shuō)明】
一種傘形可重組三維傳聲器陣列
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種傘形可重組三維傳聲器陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]傳聲器陣列是一種將多個(gè)傳聲器按照某種幾何形狀分布組合而成的聲學(xué)探測(cè)裝置，該裝置結(jié)合信號(hào)處理軟件可以對(duì)多聲源同步檢測(cè)，能夠測(cè)量聲源的空間信息，并能對(duì)特定位置聲源進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)和抑制背景干擾的處理，可提高設(shè)備對(duì)目標(biāo)聲音的拾取能力，也可用于跟蹤聲源的移動(dòng)過(guò)程，該裝置出現(xiàn)在現(xiàn)代聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的大部分應(yīng)用中，比如助聽(tīng)器、電話會(huì)議系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)終端設(shè)備等，用于實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)、聲源定位、聲成像檢測(cè)、舞臺(tái)定點(diǎn)聲音拾取、遠(yuǎn)距離采訪、機(jī)器噪聲故障診斷、遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)監(jiān)聽(tīng)等功能。
[0003]波束形成器陣列性能的好壞在很大程度上取決于傳聲器陣列的幾何形狀，陣列布局的不同對(duì)聲源識(shí)別結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響?，F(xiàn)有的三維陣列主要有半球形傳聲器陣列、球形傳聲器陣列、多層立體網(wǎng)格陣列、星形立體傳聲器陣列。其中球形傳聲器陣列適合內(nèi)聲場(chǎng)測(cè)量，復(fù)雜度高。多層立體網(wǎng)格陣列優(yōu)勢(shì)是在不增加傳聲器數(shù)目的前提下，減少了柵瓣和虛影的影響，局限性是多層立體網(wǎng)格陣列設(shè)計(jì)時(shí)相鄰傳聲器之間的間隔和相鄰兩層之間的間隔是一樣的，導(dǎo)致四棱錐面的傾角固定不變，即分析頻率范圍不變。星形陣列在國(guó)外已經(jīng)有些研究果，它有36和48個(gè)測(cè)量通道，測(cè)量距離較遠(yuǎn)，工作頻段在100Hz-7kHz。但上述三維陣列的結(jié)構(gòu)都是固定的，傳聲器的布置位置也是固定不變的，不能根據(jù)使用場(chǎng)合的變化做調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種傘形可重組三維傳聲器陣列。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種傘形可重組三維傳聲器陣列，包括陣列主體和可拆卸地安裝在陣列主體上的傳聲器，所述陣列主體包括水平設(shè)置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述主軸上，連桿的自由端向主軸的四周輻射，每根連桿均配有一根起支撐作用的支桿，所述支桿的一端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述連桿上，另一端與所述主軸的端部鉸接，所述主軸、所述連桿和所述支桿構(gòu)成傘骨狀;傳聲器布設(shè)在所述連桿上。
[0007]進(jìn)一步，所述主軸上可滑動(dòng)地設(shè)有滑套，所述連桿的固定端固定在所述滑套上。
[0008]進(jìn)一步，所述滑套上設(shè)有把手。
[0009]進(jìn)一步，所述連桿上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有滑槽，所述支桿的桿頭可滑動(dòng)地設(shè)置在所述滑槽內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步，每根連桿上的傳聲器的數(shù)量相同，且按相同規(guī)律分布。
[0011]進(jìn)一步，所述連桿不少于3根，且連桿等間距地設(shè)置在所述主軸的周圍。
[0012]進(jìn)一步，所述連桿上至少設(shè)有一個(gè)傳聲器。
[0013]進(jìn)一步，所述傳聲器采集聲源信息并輸送給控制設(shè)備。
[0014]進(jìn)一步，所述傳聲器通過(guò)夾具固定在所述連桿上。
[0015]進(jìn)一步，所述夾具包括用于固定傳聲器的固定部和用于夾持在連桿上的夾持部。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017](I)滑動(dòng)滑套和調(diào)整傳聲器的安裝位置即可調(diào)整傳聲器的位置，從而可選擇出最佳位置，以獲得最佳聲源識(shí)別定位效果。
[0018](2)且當(dāng)陣列張角Θ不為90°時(shí)，連桿沿主軸的兩側(cè)是不對(duì)稱的，便于識(shí)別真假聲源，有效抑制偽聲源的干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖2是對(duì)本發(fā)明建立的坐標(biāo)系示意圖
[0021]圖3是x、y、z三軸上的HPBW隨傳聲器總個(gè)數(shù)的變化趨勢(shì)示意圖
[0022]圖4是X軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢(shì)示意圖
[0023]圖5是y軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢(shì)示意圖
[0024]圖6是z三軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢(shì)示意圖
[0025]圖7是x、y、z三軸上的HPBW隨聲源頻率的變化趨勢(shì)示意圖
[0026]圖8是X軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢(shì)示意圖
[0027]圖9是y軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢(shì)示意圖
[0028]圖10是z軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢(shì)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0030]參照附圖，一種傘形可重組三維傳聲器陣列，包括陣列主體和可拆卸地安裝在陣列主體上的傳聲器31，所述陣列主體包括水平設(shè)置的主軸I，若干根連桿3的固定端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述主軸I上，連桿3的自由端向主軸I的四周輻射，每根連桿I均配有一根起支撐作用的支桿4，所述支桿4的一端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述連桿3上，另一端與所述主軸I的端部鉸接，所述主軸1、所述連桿3和所述支桿4構(gòu)成傘骨狀;傳聲器31布設(shè)在所述連桿3上。
[0031]所述主軸I上可滑動(dòng)地設(shè)有滑套2，所述連桿3的固定端固定在所述滑套2上。
[0032]所述滑套2上設(shè)有把手21。
[0033]所述連桿3上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有滑槽，所述支桿4的桿頭可滑動(dòng)地設(shè)置在所述滑槽內(nèi)。
[0034]每根連桿3上的傳聲器31的數(shù)量相同，且按相同規(guī)律分布。
[0035]所述連桿3不少于3根，且連桿等間距地設(shè)置在所述主軸的周圍。
[0036]所述連桿3上至少設(shè)有一個(gè)傳聲器31。
[0037]所述傳聲器31采集聲源信息并輸送給控制設(shè)備。
[0038]所述傳聲器31通過(guò)夾具固定在所述連桿3上，夾具包括用于固定傳聲器31的固定部和用于夾持在連桿3上的夾持部。
[0039]本發(fā)明的工作原理為:
[0040]連桿3與主軸I的夾角為陣列張角Θ，陣列孔徑(即張開(kāi)的連桿3構(gòu)成的圓形的直徑)隨陣列張角Θ的變化而變化，沿著主軸I滑動(dòng)滑套2，即可調(diào)節(jié)陣列張角Θ的大小，陣列孔徑也會(huì)隨之變化，且傳聲器31在連桿3上的固定位置可調(diào)，因此可以通過(guò)滑動(dòng)滑套2和調(diào)整傳聲器31的安裝位置挑選出傳聲器31的最合適的位置，以獲得最佳的聲源識(shí)別定位效果。
[0041]且當(dāng)陣列張角Θ不為90°時(shí)，連桿3沿主軸的兩側(cè)是不對(duì)稱的，便于識(shí)別真假聲源，從而抑制偽聲源的干擾。
[0042]對(duì)本發(fā)明進(jìn)行效果驗(yàn)證:
[0043]丨、實(shí)驗(yàn)條件:
[0044]1.1、建立坐標(biāo)系:
[0045]建立如圖2所示的坐標(biāo)系，以主軸所在方向?yàn)閆軸，以與Z軸位于同一個(gè)水平面且垂直于Z軸的方向?yàn)閄軸方向，以與Z軸位于同一個(gè)豎直平面且垂直于Z軸的方向?yàn)閅軸方向，以主軸I靠近支桿4的一端的端頭為坐標(biāo)系原點(diǎn)O。
[0046]1.2、聲源和聲場(chǎng)設(shè)定:
[0047]以小型揚(yáng)聲器為聲源，為點(diǎn)聲源，且設(shè)置在連桿3的右后側(cè)，聲源坐標(biāo)為(0.04m，_
0.08m，Im)，聲源發(fā)出矩形脈沖信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度為12dB，持續(xù)時(shí)間為10s，頻率f分別為500Hz?6kHz，頻率變化間隔為500Hz。
[0048]限定聲場(chǎng)為長(zhǎng)方體空間，聲場(chǎng)邊界條件:-lm < Xf < lm、_lm < yf < lm、_5m < Zf < 5m，其中Xf為聲場(chǎng)X方向預(yù)設(shè)邊界長(zhǎng)度，yf為聲場(chǎng)y方向預(yù)設(shè)邊界長(zhǎng)度，Zf為聲場(chǎng)z方向預(yù)設(shè)邊界長(zhǎng)度。
[0049]1.3、傳聲器限定:
[0050]傳聲器31采用的是B&K公司的4958傳聲器，有效工作頻率范圍10?20000Hz，動(dòng)態(tài)范圍為28?140dB，
[0051]1.4、陣列主體限定:
[0052]包括3根連桿和3根支桿，主軸I的長(zhǎng)度L1S0.6m，連桿3的長(zhǎng)度L2為0.57m，支桿4的長(zhǎng)度L3為0.37m，最近的傳聲器31到滑套的距離do為0.lm。相鄰傳聲器的間距最小為0.02m，如圖2所示，定義連桿a位于XOZ平面內(nèi)，連桿b位于XOZ平面的外側(cè)，連桿c位于XOZ平面的內(nèi)側(cè)，且連桿a、連桿b和連桿c等角度分布，如圖2所示。
[0053]1.5、傳聲器坐標(biāo)
[0054]定義連桿a、連桿b和連桿c上的傳聲器坐標(biāo)分別為(xij，yij，zij)、(X2j，y2j，Z2j)、(X3j，y3j，z3丄其中j為傳聲器在每個(gè)連桿上的編號(hào)，每根連桿上，距離滑套最近的傳聲器編號(hào)為1，再依次為2、3...，所以j = l、2、3...，則:
[0055]圖2中連桿a上的傳聲器在X、Y、Z各方向的坐標(biāo)如下所示:
[0056]Xij = XO-Pj(M).cos(jt-0)
[0057]yij = 0
[0058]Zij = Pj(M).sin(jr-0)
[0059 ]圖2中連桿b上的傳聲器在X、Y、Z各方向的坐標(biāo)如下所示:
[0060]x2j = xo-Pj(M).cos(jt-0) I
[0061]y2j = Pj(M).sin(-0).cos(jt/6)
[0062]z2j = -Pj(M).sin(jr-0).sin(jr/6)
[0063 ]圖2中連桿c上的傳聲器在X、Y、Z各方向的坐標(biāo)如下所示:
[0064]X3j = Xo-Pj(M).cos(jt-0)
[0065]y3j = -Pj(M).sin(J1-0).cos(jt/6)
[0066]z3j = -Pj(M).sin(jr-0).sin(jr/6)
[0067]其中，Θ為陣列張角，XQ是連桿與滑套的連接處與坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離，Pj(M)為陣元間距變化函數(shù)，該函數(shù)取決于傳聲器間距山的變化方式，例如，當(dāng)相鄰傳聲器按間距d等間距分布時(shí):
[0068]Pj(M) = do+(j~l) X do
[0069]2、效果驗(yàn)證
[0070]2.1、當(dāng)陣列張角Θ、聲源深度和聲源頻率一定時(shí)，傳聲器總個(gè)數(shù)對(duì)陣列性能的影響:
[0071]在陣列張角Θ為60°，聲源深度為lm，聲源頻率為4kHz時(shí)，當(dāng)傳聲器總個(gè)數(shù)由9個(gè)增加到60個(gè)時(shí)(即每個(gè)連桿上的傳聲器個(gè)數(shù)由3個(gè)增加到20個(gè))，且傳聲器在連桿上等間距分布時(shí)，本發(fā)明X、y、z三軸上的HPBW (即半功率點(diǎn)波束寬度，HPBW越小，聲源識(shí)別定位效果越好)隨傳聲器總個(gè)數(shù)的變化趨勢(shì)如圖3所示。
[0072]2.2、當(dāng)傳聲器總個(gè)數(shù)、聲源深度和聲源頻率一定時(shí)，陣列張角Θ對(duì)陣列性能的影響:
[0073]當(dāng)傳聲器總數(shù)為30個(gè)，即每個(gè)連桿上的傳聲器個(gè)數(shù)為10個(gè)，聲源深度為lm，聲源頻率為4kHz時(shí)，本發(fā)明X、y、z三軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢(shì)分別如圖4、圖5、圖6所示。
[0074]2.3、當(dāng)傳聲器總個(gè)數(shù)、聲源深度和陣列張角Θ均一定時(shí)，聲源頻率對(duì)陣列性能的影響:
[0075]當(dāng)傳聲器總數(shù)為30，聲源深度為lm，陣列張角Θ為60°時(shí)，聲源頻率在500Hz?6kHz間變化時(shí)，本發(fā)明X、y、z三軸上的HPBW隨聲源頻率的變化趨勢(shì)如圖7所示。
[0076]2.4、當(dāng)傳聲器總個(gè)數(shù)、聲源頻率和陣列張角Θ均一定時(shí)，聲源深度對(duì)陣列性能的影響:
[0077]當(dāng)傳聲器總個(gè)數(shù)為30、聲源頻率為4kHz，陣列張角Θ為60°時(shí)，本發(fā)明x、y、z三軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢(shì)分別如圖8、圖9、圖1O所示。
[0078]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:包括陣列主體和可拆卸地安裝在陣列主體上的傳聲器，所述陣列主體包括水平設(shè)置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述主軸上，連桿的自由端向主軸的四周輻射，每根連桿均配有一根起支撐作用的支桿，所述支桿的一端可滑動(dòng)地設(shè)置在所述連桿上，另一端與所述主軸的端部鉸接，所述主軸、所述連桿和所述支桿構(gòu)成傘骨狀;傳聲器布設(shè)在所述連桿上。2.如權(quán)利要求1所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述主軸上可滑動(dòng)地設(shè)有滑套，所述連桿的固定端固定在所述滑套上。3.如權(quán)利要求2所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述滑套上設(shè)有把手。4.如權(quán)利要求3所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述連桿上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有滑槽，所述支桿的桿頭可滑動(dòng)地設(shè)置在所述滑槽內(nèi)。5.如權(quán)利要求4所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:每根連桿上的傳聲器的數(shù)量相同，且按相同規(guī)律分布。6.如權(quán)利要求5所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述連桿不少于3根，且連桿等間距地設(shè)置在所述主軸的周圍。7.如權(quán)利要求6所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述連桿上至少設(shè)有一個(gè)傳聲器。8.如權(quán)利要求7所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述傳聲器采集聲源信息并輸送給控制設(shè)備。9.如權(quán)利要求8所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述傳聲器通過(guò)夾具固定在所述連桿上。10.如權(quán)利要求9所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述夾具包括用于固定傳聲器的固定部和用于夾持在連桿上的夾持部。
【文檔編號(hào)】H04R9/02GK105828259SQ201610137477
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】丁浩, 盧奐采, 李春曉, 李吉泉
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)