一種具有降低反射聲影響的陣元結構的製作方法

2023-06-29 02:01:16

專利名稱：一種具有降低反射聲影響的陣元結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及聲學測量領域，具體地說，本實用新型涉及一種具有降低反射聲 影響的陣元結構。
背景技術：
陣元結構是指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 裝置經過特定算法處理後可對多聲源同步檢測，能夠測量聲源的空間信息，並能對特定位 置聲源進行信號增強和抑制背景幹擾的處理，可提高設備對目標聲音的拾取能力，可用於 跟蹤聲源的移動過程，該裝置可應用於現代大部分聲學測量領域中，如助聽器、電話會議 系統、計算機終端設備等，同時具有實現語音增強、聲源定位、聲成像檢測、舞臺定點聲音拾 取、遠距離採訪、機器噪聲故障診斷、遠距離監測監聽等功能。常用的聲學探測陣元結構為直線分布型、平面分布型、球形分布型或者平面螺旋 型。直線分布型陣元結構是指陣元位於一條線上，具有多種分布形式，但只能對陣列所在直 線為界的半個平面進行定位。平面形陣元結構是指陣列單元位於一個平面上，具有多種分 布形式，它可以在整個平面對目標進行定位，也可以對陣列所在平面為界的半個空間進行 定位，但不能對整個空間定位。球形分布型陣元結構雖然能夠進行空間定位，但是佔用體積 太大，而且算法複雜高，因此只適應於特定場合。平面螺旋陣元結構是一種按平面分布的結 構，陣元位於一系列螺旋線上的節點，具有多種分布形式的優勢。平面螺旋陣元結構通過測 量出空間聲像圖，並與陣上中心點安裝的視頻攝像頭拍攝的圖像重疊顯示，用來確定所測 量聲源與被測物的位置關係。平面螺旋陣元結構對正前方向的二維空間具有較好的探測能 力，尤其適用於定向探測。平面螺旋陣元結構的探測性能與陣元分布的規律密切相關，平面分布形式的螺旋 陣對聲場成像測量的解析度和探測精度要求不同，性能優良的平面螺旋陣元結構不僅可以 精確測量出聲源的位置，得到高信噪比的目標信號，而且，在一定程度上能有效降低虛源效應。現有的平面螺旋陣元結構一般用多個螺旋形輻射條組成，陣元數量有對、32、48、 60,128不等。如韓國SM Instruments公司的48元螺旋陣有6條螺旋杆，每條杆上有按 同規律排布的8個陣元；聲望公司的35元螺旋陣的陣元分成7組，每組有5個陣元分布在 一條螺線上。現有的陣元設計主要集中在平面上陣元點布局的設計以期達到最優的空間 分辨和指向性，而對噪聲等的處理主要依靠採集到的信號進行後處理的方法，如發明專利 200510055432. 3採用將傳聲器陣元信號進行分解成頻率子帶信號確定時變測量，並根據時 變判別函數確估算判別函數從而檢測噪聲；發明專利200910M9800. 6對採集到的麥克風 陣列信號採用信號子空間算法來確定子空間維度，估計噪聲功率譜和線性濾波器從而達到 語音增強的效果。但是，上述專利都是以採集到信號的後處理角度出發進行降噪處理，並沒有從陣 元結構角度出發做消除幹擾等處理，而現有陣列在陣元結構的設計上因為布置信號線的需要導致陣列的支撐輻條寬度過寬，同時由於採用的傳聲器和前置放大器的不同造成了陣元 安裝基座過高，這種寬輻條、高基座的形狀必然會對測量的聲音造成一定影響，因為測量目 標聲源在傳播到測量陣元前會在陣列體上產生反射，破壞測量的聲場原始分布，這樣陣元 結構所測量的不再是待測聲源的原始信號，而是原始信號與陣元反射信號的疊加信號，從 而導致探測定位不準確。

實用新型內容本實用新型的目的在於，為克服現有陣元結構在探測精度、虛源效應和結構穩定 等方面的缺點及不足，從而提供一種具有降低反射聲影響的陣元結構。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案所提供的一種具有降低反射聲影響 的陣元結構，所述的具有降低反射聲影響的陣元結構包括位於同一平面上的中央平臺和 若干條均勻設置在中央平臺周圍的呈螺旋形分布的剛性輻條2，其特徵在於，每條剛性輻條 2的寬度為9mm 12mm，所述的每條剛性輻條2上有若干個陣元安裝孔1，所述的若干陣元 安裝孔1分布在陣列平面的均勻間隔的nXn井字形線條的交叉節點附近，η取15或21的整 數倍；nXn的井字形線的實際間距設定為80 100mm，陣元安裝基座6高度為4mm 6mm。所述的陣元包括傳聲器3和前置放大器4 ；所述的傳聲器3與對應的前置放大器4通過螺紋緊密安裝在一起，所述的傳聲器 3與對應的前置放大器4安裝後的安裝高度在20cm以下； 所述的前置放大器4上套設陣元安裝絕緣護套5，所述的陣元安裝絕緣護套5後穿 設於剛性輻條2上的陣元安裝孔1內；所述的前置放大器4的後端通過螺紋與陣元安裝基座6連接；所述的陣元安裝絕緣護套5採用絕緣零件。所述的前置放大器4的高度為IOmm 20mm ；所述的傳聲器3的高度為IOmm 14mm。所述的平面螺旋陣元結構的剛性輻條2個數為8條，每條剛性輻條2上陣元安裝 孔1個數為8個，所述的64個陣元安裝孔1分布在15 X 15井字形線條的交叉節點附近。所述的陣列的支撐架置於剛性輻條2的後面，陣元信號線隱蔽地緊貼在剛性輻條 2的後面。所述的剛性輻條2材質採用鋁合金、碳纖維、不鏽鋼或玻璃鋼材料。所述的陣元安裝孔1上設有安裝進線缺口。本實用新型的原理是傳聲器陣元對局部聲場有一定影響，主要是因為聲傳播到 陣元的過程中會遇到支架的阻擋或者被反射、散射。陣元結構對聲音傳播的影響可以通過 佔空比和容陣率兩個指標來反映。佔空比是指陣元結構佔據空間的比例，容陣率是指陣元結構體積中所能夠容納的 陣元的個數，這兩個指標是陣元結構設計時的非常關鍵的因素，它們共同反映了陣元結構 在聲場測量時對測量到的聲場的影響。陣元結構的支撐剛性輻條和支架以及陣元體本身在 空間中不可避免的佔據空間，聲源發出的聲音在傳播的過程中遇到陣元結構會發生反射散 射，反射聲被傳聲器接收後會形成幹擾，是測量聲場的主要誤差源之一。佔空比R計算如公式(1)所示[0022]
權利要求1.一種具有降低反射聲影響的陣元結構，所述的具有降低反射聲影響的陣元結構包 括位於同一平面上的中央平臺和若干條均勻設置在中央平臺周圍的呈螺旋形分布的剛性 輻條O)，其特徵在於，每條剛性輻條⑵的寬度為9mm 12mm，所述的每條剛性輻條⑵上 有若干個陣元安裝孔⑴，所述的若干陣元安裝孔⑴分布在陣列平面的均勻間隔的nXn 井字形線條的交叉節點附近，η取15或21的整數倍；nXn的井字形線的實際間距設定為 80 100mm，陣元安裝基座(6)高度為4mm 6mm。
2.根據權利要求1所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的陣元 包括傳聲器( 和前置放大器(4)；所述的傳聲器C3)與對應的前置放大器(4)通過螺紋緊密安裝在一起，所述的傳聲器 (3)與對應的前置放大器(4)安裝後的安裝高度在20cm以下；所述的前置放大器(4)上套設陣元安裝絕緣護套(5)，所述的陣元安裝絕緣護套(5)後 穿設於剛性輻條O)上的陣元安裝孔(1)內；所述的前置放大器(4)的後端通過螺紋與陣元安裝基座(6)連接；所述的陣元安裝絕緣護套(5)採用絕緣零件。
3.根據權利要求2所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的前置 放大器⑷的高度為IOmm 20mm ；所述的傳聲器(3)的高度為IOmm 14mm。
4.根據權利要求1所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的呈螺 旋形分布的剛性輻條⑵個數為8條，每條剛性輻條(2)上陣元安裝孔(1)個數為8個，所 述的64個陣元安裝孔(1)分布在15X15井字形線條的交叉節點附近。
5.根據權利要求1所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的陣元 結構還包括支撐架該支撐架置於剛性輻條O)的後面，陣元信號線隱蔽地緊貼在剛性輻條 O)的後面。
6.根據權利要求1所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的剛性 輻條( 材質採用鋁合金、碳纖維、不鏽鋼或玻璃鋼材料。
7.根據權利要求1所述的具有降低反射聲影響的陣元結構，其特徵在於，所述的陣元 安裝孔(1)上設有安裝進線缺口。
專利摘要本實用新型涉及一種具有降低反射聲影響的陣元結構，包括位於同一平面上的中央平臺和若干條均勻設置在中央平臺周圍的呈螺旋形分布的剛性輻條(2)，其特徵在於，每條剛性輻條(2)的寬度為9mm～12mm，每條剛性輻條(2)上有若干個陣元安裝孔(1)，所述的若干陣元安裝孔(1)分布在陣列平面的均勻間隔的n×n井字形線條的交叉節點附近，n取15或21的整數倍；n×n的井字形線的實際間距設定為80～100mm，陣元安裝基座高度(6)為4mm～6mm。本實用新型結構簡單，採用螺旋式結構，減少由於陣元結構和陣元高度反射回聲對實際測量聲場的不良影響，有利於提高探測定位精度。
文檔編號G10L21/02GK201877118SQ201020598848
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者楊亦春, 滕鵬曉 申請人:中國科學院聲學研究所