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置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動地設置在所述主軸上，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地設置在所述連桿上，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成傘骨狀；傳聲器布設在所述連桿上。滑動滑套和調整傳聲器的安裝位置即可調整傳聲器的位置，從而本發明可選擇出最佳位置，以獲得最佳聲源識別定位效果，且本發明可識別真假聲源，有效抑制偽聲源的干擾。
【專利說明】
一種傘形可重組三維傳聲器陣列
技術領域
[0001 ] 本發明涉及一種傘形可重組三維傳聲器陣列。
【背景技術】
[0002]傳聲器陣列是一種將多個傳聲器按照某種幾何形狀分布組合而成的聲學探測裝置，該裝置結合信號處理軟件可以對多聲源同步檢測，能夠測量聲源的空間信息，并能對特定位置聲源進行信號增強和抑制背景干擾的處理，可提高設備對目標聲音的拾取能力，也可用于跟蹤聲源的移動過程，該裝置出現在現代聲學測量領域的大部分應用中，比如助聽器、電話會議系統、計算機終端設備等，用于實現語音增強、聲源定位、聲成像檢測、舞臺定點聲音拾取、遠距離采訪、機器噪聲故障診斷、遠距離監測監聽等功能。
[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，陣列布局的不同對聲源識別結果會產生很大的影響。現有的三維陣列主要有半球形傳聲器陣列、球形傳聲器陣列、多層立體網格陣列、星形立體傳聲器陣列。其中球形傳聲器陣列適合內聲場測量，復雜度高。多層立體網格陣列優勢是在不增加傳聲器數目的前提下，減少了柵瓣和虛影的影響，局限性是多層立體網格陣列設計時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。星形陣列在國外已經有些研究果，它有36和48個測量通道，測量距離較遠，工作頻段在100Hz-7kHz。但上述三維陣列的結構都是固定的，傳聲器的布置位置也是固定不變的，不能根據使用場合的變化做調整。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明提供一種傘形可重組三維傳聲器陣列。
[0005]本發明的技術方案是:
[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置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動地設置在所述主軸上，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地設置在所述連桿上，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成傘骨狀;傳聲器布設在所述連桿上。
[0007]進一步，所述主軸上可滑動地設有滑套，所述連桿的固定端固定在所述滑套上。
[0008]進一步，所述滑套上設有把手。
[0009]進一步，所述連桿上沿長度方向設有滑槽，所述支桿的桿頭可滑動地設置在所述滑槽內。
[0010]進一步，每根連桿上的傳聲器的數量相同，且按相同規律分布。
[0011]進一步，所述連桿不少于3根，且連桿等間距地設置在所述主軸的周圍。
[0012]進一步，所述連桿上至少設有一個傳聲器。
[0013]進一步，所述傳聲器采集聲源信息并輸送給控制設備。
[0014]進一步，所述傳聲器通過夾具固定在所述連桿上。
[0015]進一步，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]本發明的有益效果是:
[0017](I)滑動滑套和調整傳聲器的安裝位置即可調整傳聲器的位置，從而可選擇出最佳位置，以獲得最佳聲源識別定位效果。
[0018](2)且當陣列張角Θ不為90°時，連桿沿主軸的兩側是不對稱的，便于識別真假聲源，有效抑制偽聲源的干擾。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的結構示意圖
[0020]圖2是對本發明建立的坐標系示意圖
[0021]圖3是x、y、z三軸上的HPBW隨傳聲器總個數的變化趨勢示意圖
[0022]圖4是X軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢示意圖
[0023]圖5是y軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢示意圖
[0024]圖6是z三軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢示意圖
[0025]圖7是x、y、z三軸上的HPBW隨聲源頻率的變化趨勢示意圖
[0026]圖8是X軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢示意圖
[0027]圖9是y軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢示意圖
[0028]圖10是z軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢示意圖
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖進一步說明本發明。
[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置的主軸I，若干根連桿3的固定端可滑動地設置在所述主軸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的一端可滑動地設置在所述連桿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構成傘骨狀;傳聲器31布設在所述連桿3上。
[0031]所述主軸I上可滑動地設有滑套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上設有把手21。
[0033]所述連桿3上沿長度方向設有滑槽，所述支桿4的桿頭可滑動地設置在所述滑槽內。
[0034]每根連桿3上的傳聲器31的數量相同，且按相同規律分布。
[0035]所述連桿3不少于3根，且連桿等間距地設置在所述主軸的周圍。
[0036]所述連桿3上至少設有一個傳聲器31。
[0037]所述傳聲器31采集聲源信息并輸送給控制設備。
[0038]所述傳聲器31通過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(即張開的連桿3構成的圓形的直徑)隨陣列張角Θ的變化而變化，沿著主軸I滑動滑套2，即可調節陣列張角Θ的大小，陣列孔徑也會隨之變化，且傳聲器31在連桿3上的固定位置可調，因此可以通過滑動滑套2和調整傳聲器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別定位效果。
[0041]且當陣列張角Θ不為90°時，連桿3沿主軸的兩側是不對稱的，便于識別真假聲源，從而抑制偽聲源的干擾。
[0042]對本發明進行效果驗證:
[0043]丨、實驗條件:
[0044]1.1、建立坐標系:
[0045]建立如圖2所示的坐標系，以主軸所在方向為Z軸，以與Z軸位于同一個水平面且垂直于Z軸的方向為X軸方向，以與Z軸位于同一個豎直平面且垂直于Z軸的方向為Y軸方向，以主軸I靠近支桿4的一端的端頭為坐標系原點O。
[0046]1.2、聲源和聲場設定:
[0047]以小型揚聲器為聲源，為點聲源，且設置在連桿3的右后側，聲源坐標為(0.04m，_
0.08m，Im)，聲源發出矩形脈沖信號，信號強度為12dB，持續時間為10s，頻率f分別為500Hz?6kHz，頻率變化間隔為500Hz。
[0048]限定聲場為長方體空間，聲場邊界條件:-lm < Xf < lm、_lm < yf < lm、_5m < Zf < 5m，其中Xf為聲場X方向預設邊界長度，yf為聲場y方向預設邊界長度，Zf為聲場z方向預設邊界長度。
[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，動態范圍為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的長度L1S0.6m，連桿3的長度L2為0.57m，支桿4的長度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，連桿b位于XOZ平面的外側，連桿c位于XOZ平面的內側，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
[0054]定義連桿a、連桿b和連桿c上的傳聲器坐標分別為(xij，yij，zij)、(X2j，y2j，Z2j)、(X3j，y3j，z3丄其中j為傳聲器在每個連桿上的編號，每根連桿上，距離滑套最近的傳聲器編號為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系原點0的距離，Pj(M)為陣元間距變化函數，該函數取決于傳聲器間距山的變化方式，例如，當相鄰傳聲器按間距d等間距分布時:
[0068]Pj(M) = do+(j~l) X do
[0069]2、效果驗證
[0070]2.1、當陣列張角Θ、聲源深度和聲源頻率一定時，傳聲器總個數對陣列性能的影響:
[0071]在陣列張角Θ為60°，聲源深度為lm，聲源頻率為4kHz時，當傳聲器總個數由9個增加到60個時(即每個連桿上的傳聲器個數由3個增加到20個)，且傳聲器在連桿上等間距分布時，本發明X、y、z三軸上的HPBW (即半功率點波束寬度，HPBW越小，聲源識別定位效果越好)隨傳聲器總個數的變化趨勢如圖3所示。
[0072]2.2、當傳聲器總個數、聲源深度和聲源頻率一定時，陣列張角Θ對陣列性能的影響:
[0073]當傳聲器總數為30個，即每個連桿上的傳聲器個數為10個，聲源深度為lm，聲源頻率為4kHz時，本發明X、y、z三軸上的HPBW隨陣列張角Θ的變化趨勢分別如圖4、圖5、圖6所示。
[0074]2.3、當傳聲器總個數、聲源深度和陣列張角Θ均一定時，聲源頻率對陣列性能的影響:
[0075]當傳聲器總數為30，聲源深度為lm，陣列張角Θ為60°時，聲源頻率在500Hz?6kHz間變化時，本發明X、y、z三軸上的HPBW隨聲源頻率的變化趨勢如圖7所示。
[0076]2.4、當傳聲器總個數、聲源頻率和陣列張角Θ均一定時，聲源深度對陣列性能的影響:
[0077]當傳聲器總個數為30、聲源頻率為4kHz，陣列張角Θ為60°時，本發明x、y、z三軸上的HPBW隨聲源深度的變化趨勢分別如圖8、圖9、圖1O所示。
[0078]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【主權項】
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置的主軸，若干根連桿的固定端可滑動地設置在所述主軸上，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地設置在所述連桿上，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成傘骨狀;傳聲器布設在所述連桿上。2.如權利要求1所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述主軸上可滑動地設有滑套，所述連桿的固定端固定在所述滑套上。3.如權利要求2所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述滑套上設有把手。4.如權利要求3所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述連桿上沿長度方向設有滑槽，所述支桿的桿頭可滑動地設置在所述滑槽內。5.如權利要求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量相同，且按相同規律分布。6.如權利要求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，且連桿等間距地設置在所述主軸的周圍。7.如權利要求6所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述連桿上至少設有一個傳聲器。8.如權利要求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備。9.如權利要求8所述一種傘形可重組三維傳聲器陣列，其特征在于:所述傳聲器通過夾具固定在所述連桿上。10.如權利要求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】H04R9/02GK105828259SQ201610137477
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】丁浩, 盧奐采, 李春曉, 李吉泉
【申請人】浙江工業大學