便攜式聲源定位裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于對單聲源或多聲源進行定位的便攜式聲源定位裝置。
【背景技術】
[0002]現有的聲源定位裝置通常需要數量較多的聲音采集裝置(麥克風等)，使得其體積較大，便攜性較差。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種結構簡單的便攜式聲源定位裝置。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]—種便攜式聲源定位裝置，包括能夠轉動而改變軸向方向的圓柱形支架、設置于所述的圓柱形支架的兩個底面的圓周上用于采集聲音信號的若干個傳聲器、設置于所述的圓柱形支架的一個底面中央的激光指示器、設置于所述的圓柱形支架的另一個底面上的具有坐標的顯示器、與各個所述的傳聲器相連接的數據采集系統、與所述的數據采集系統相連接并對所采集的數據進行處理而輸出控制信號的數據處理模塊，所述的數據處理模塊的輸出端分別與所述的顯示器和所述的圓柱形支架相連接。
[0006]所述的顯示器為LED屏幕。
[0007]所述的便攜式聲源定位裝置包括4-6個所述的傳聲器。
[0008]優選的，所述的便攜式聲源定位裝置包括5個所述的傳聲器，其中3個所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設置所述的激光指示器的底面的圓周上并均勻分布，另2個所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設置有所述的顯示器的底面上并分布于其一條直徑的兩端。
[0009]所述的激光指示器所發出的激光信號經過所述的顯示器上的坐標原點，且所述的激光指示器所發出的激光信號與所述的圓柱形支架的中軸線方向相平行。
[0010]由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:本實用新型的便攜式聲源定位裝置結構簡單，體積小巧，較佳的便攜性。
【附圖說明】
[0011]附圖1為本實用新型的便攜式聲源定位裝置的結構示意圖。
[0012]附圖2為本實用新型在多聲源模式時的定位方法的流程示意圖。
[0013]以上附圖中:1、圓柱形支架；2、傳聲器；3、激光指示器；4、顯示器；5、數據采集系統；6、數據處理模塊。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。
[0015]實施例一:參見附圖1所示。一種便攜式聲源定位裝置，包括圓柱形支架1、若干個傳聲器2、激光指示器3、顯示器4、數據采集系統5以及數據處理模塊6。
[0016]圓柱形支架I呈圓柱形，其具有兩個相對的圓形底面以及一個連接兩個底面的側面。該圓柱形支架I能夠轉動而改變其軸向方向，例如可以設置驅動裝置，并以其一個底面的中心為旋轉中心而旋轉。
[0017]傳聲器2用于采集聲音信號，其設置于圓柱形支架I的兩個底面的圓周上，數量為4-6個，在本實施例中，共設置5個傳聲器2，其中3個傳聲器2位于圓柱形支架I的一個底面的圓周上并均勻分布，另2個傳聲器2位于圓柱形支架I的另一個底面上并分布于其一條直徑的兩端，且兩個底面上各取一個傳聲器2，二者的連線沿圓柱形支架I的軸線方向。
[0018]激光指示器3用于發出激光，其設置在圓柱形支架I的一個底面的中央，例如設置在具有3個傳聲器2的那個底面的中央，而其所發出的激光與圓柱形支架I的中軸線方向相平行。
[0019]顯示器4采用LED屏幕，其設置在圓柱形支架I的另一個底面上，即設置有2個傳聲器2的那個底面上。該顯示器4上具有相垂直的坐標，該坐標與圓柱形支架I的軸向相垂直，且坐標原點位于顯示器4所在的底面的中心處，使得激光指示器3所發出的激光信號經過顯示器4上的坐標原點。
[0020]數據采集系統5和數據處理模塊6可以外接也可以內置于圓柱形支架I中。數據采集系統5與各個傳聲器2相連接，從而能夠獲得傳聲器2所采集到的聲音信號。而數據處理模塊6又與數據采集系統5相連接，從而數據采集系統5將獲得的聲音信號傳至數據處理模塊6中進行相應處理。數據處理模塊6根據數據處理的結果而通過其輸出端而輸出控制信號，該控制信號分為兩部分，一方面與顯示器4相連接并傳送信號，另一方面與圓柱形支架I相連接并傳送信號。
[0021]該便攜式聲源定位裝置通過以下定位方法來指示聲源位置:
[0022]首先，將圓柱形支架I置于初始位置，再通過各個傳聲器2采集聲音信號；
[0023]然后，所采集的各聲音信號通過數據采集系統5送入數據處理模塊6中進行相應處理，從而獲得聲源坐標；
[0024]接著，數據處理模塊6向顯示器4輸出包含聲源坐標的控制信號，從而按照所求得的聲源坐標在顯示器4上進行標示得到標示點；
[0025]此時，數據處理模塊6再向圓柱形支架I輸出控制信號，從而轉動調節圓柱形支架I至指示位置，使得在指示位置時顯示器4的坐標原點與在初始位置時標示得到的標示點相重合。則此時，激光器發出的激光信號所指示的方向即為聲源所在方向。
[0026]在數據處理模塊6處理聲音信號而得到聲源坐標的過程中，可以采用現有的聲源分析方法，但最優選的方法為:數據處理模塊6分別計算各個聲音信號的時延值，并將計算所得的時延值帶入聲源位置解析公式，求得聲源坐標。
[0027]該便攜式聲源定位裝置具有單聲源模式和多聲源模式，分別對應于單聲源和多聲源的情況。
[0028]在單聲源模式下，采用廣義互相關法求取時延值，從而根據聲源位置解析公式，求得聲源坐標。為了提高精度，可以采用以下方法:多次選取η個傳聲器2所采集的聲音信號，η為小于傳聲器2個數的正整數。每選取一次η個傳聲器2所采集的聲音信號，則利用廣義互相關法求取時延值，再根據幾何關系求解聲源坐標的待定值，從而得到多個聲源坐標待定值，再將多個聲源坐標的待定值做平均而獲得聲源坐標。例如，η取4，每次選取4個傳聲器2采集的聲音信號，利用廣義互相關法求取各自的時延值，分別為Atn、At12、At13、Δ t14，根據這些時延值即可求解一個聲源坐標S1,其為聲源坐標的一個待定值。再另外選取4個傳聲器2采集的聲音信號，同樣可以求解一個聲源坐標的待定值S2。共計可以獲得五個聲源坐標的待定值，分別為Sp S2, S3, S4, S5,將這幾個聲源坐標的待定值做平均得到最終的聲源坐標S= (Si+S2+S3+S4+S5) /5，從而可以提高聲源坐標的精度。
[0029]在多聲源模式下，如附圖2所示，對傳聲器2所采集的聲音信號進行預處理，通過短時傅里葉變換(STFT)進行時頻分析，得到時頻圖，從圖中可以明顯得到局部極值點，從而可以獲得極大值點。選取相對應的極大值點，對聲音信號進行時域截取和頻域濾波處理，再根據處理后的信號即可求取各個聲音信號的時延值。
[0030]在得到時延值后，即可根據聲源位置解析公式，求得聲源坐標。而聲源位置解析公式已有相應研宄，可根據實際情況選用。
[0031]然而，上述多聲源模式中，不同的極值點既可能對應于同一聲源，也可能對應于不同聲源，因此需要在求得聲源坐標后對其進行冗余檢查，從而刪去重復的聲源坐標，獲得聲源坐標的最終結果，該最終結果才顯示在顯示器4上。
[0032]該便攜式聲源定位裝置具有單聲源模式和多聲源模式，可針對不同的應用環境選取相應的模式。其可以應用于汽車領域的噪聲源定位、環境噪聲監控等領域中。例如在汽車領域中，現有的測量汽車外聲場的主要設備大部分都基于波速形成法。其基本思想是:通過將各陣元輸出進行加權求和，調節麥克風接收陣列方向尋找最大輸出功率方向的點，該點即為聲源點。該方法需要麥克風數量較多，同時數據的處理量較大，故不能應用到實時系統。同時，還需要聲源信號和環境噪聲的先驗知識，故對精度有一定影響。還有一類基于時延估計定位的方法，其大多針對于單聲源。而現實中大多為多聲源環境，所以實用性較差。同時，基于時延估計確定聲源位置主要通過幾何定位法或是目標函數搜索定位法，這兩種方法要求計算量較大，并且對聲源位置有一定限制。因而，本實用新型的便攜式聲源定位裝置的有益效果在于:
[0033]1、減小裝置體積:該聲源定位裝置結構簡單，有效減小了裝置體積。提高了便攜性與適用性。
[0034]2、提高裝置精度:該聲源定位裝置可以有效地減少傳聲器2的數量，且可根據不同精度要求選取傳聲器2數量，還可以降低成本；
[0035]3、提高運算速度:在保證精度的基礎上，該聲源定位裝置采用的定位方法能夠減少數據處理量、提高運算速度，便于對聲源實時監控，尤其是適用于多聲源的監控；
[0036]4、結果直觀呈現:以顯示器4顯示和激光指示器3指示的方式呈現聲源信息，大大提高了其直觀性。
[0037]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種便攜式聲源定位裝置，其特征在于:其包括能夠轉動而改變軸向方向的圓柱形支架、設置于所述的圓柱形支架的兩個底面的圓周上用于采集聲音信號的若干個傳聲器、設置于所述的圓柱形支架的一個底面中央的激光指示器、設置于所述的圓柱形支架的另一個底面上的具有坐標的顯示器、與各個所述的傳聲器相連接的數據采集系統、與所述的數據采集系統相連接并對所采集的數據進行處理而輸出控制信號的數據處理模塊，所述的數據處理模塊的輸出端分別與所述的顯示器和所述的圓柱形支架相連接。2.根據權利要求1所述的便攜式聲源定位裝置，其特征在于:所述的顯示器為LED屏3.根據權利要求1所述的便攜式聲源定位裝置，其特征在于:其包括4-6個所述的傳聲器。4.根據權利要求3所述的便攜式聲源定位裝置，其特征在于:其包括5個所述的傳聲器，其中3個所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設置所述的激光指示器的底面的圓周上并均勻分布，另2個所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設置有所述的顯示器的底面上并分布于其一條直徑的兩端。5.根據權利要求1所述的便攜式聲源定位裝置，其特征在于:所述的激光指示器所發出的激光信號經過所述的顯示器上的坐標原點，且所述的激光指示器所發出的激光信號與所述的圓柱形支架的中軸線方向相平行。
【專利摘要】本實用新型涉及一種便攜式聲源定位裝置，其包括能夠轉動而改變軸向方向的圓柱形支架、設置于圓柱形支架的兩個底面的圓周上用于采集聲音信號的若干個傳聲器、設置于圓柱形支架的一個底面中央的激光指示器、設置于圓柱形支架的另一個底面上的具有坐標的顯示器、與各個傳聲器相連接的數據采集系統、與數據采集系統相連接并對所采集的數據進行處理而輸出控制信號的數據處理模塊，數據處理模塊的輸出端分別與顯示器和圓柱形支架相連接。本實用新型的便攜式聲源定位裝置結構簡單，體積小巧，較佳的便攜性，且精度較高，適用于單聲源和多聲源情況。
【IPC分類】G01S5/22
【公開號】CN204649957
【申請號】CN201520229609
【發明人】齊松明, 鄭四發, 張琦, 房俊杰
【申請人】清華大學蘇州汽車研究院（相城）, 華環（蘇州）汽車科技有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年4月16日