CN106303810B - 基于方向性声音传感器的声源方位判断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有方向性的声音传感器，包括声音采集腔，所述声音采集腔中部设置声音通道，所述声音通道与声音采集腔的外壁之间设置消音腔，消音腔内布置软性消音材料。所述软件消音材料优选为聚酯吸音棉。所述声音通道底部设置咪头腔，所述咪头腔内设置咪头。咪头与声音处理芯片连接，对采集的声音进行处理。本发明的声音传感器具有方向性，组成基于方向性声音传感器的声源方向判断装置或方位判断装置，可实现对目标声源的识别与追踪，实现了平面与立体环境声源方向识别，减少了电路及软件算法设计，降低了成本，具有广泛的应用前景。

Description

基于方向性声音传感器的声源方位判断装置及方法

技术领域

本发明涉及声音采集设备领域，具体地说，涉及一种基于方向性声音传感器的声源方位判断装置及方法。

背景技术

目前，大部分的麦克风或拾音器等音频采集设备，通常采用球面结构，目的是为了尽可能多的接收从各个方向传播的声音，但是，往往都不具备声源方位判断功能。

在一些特定的应用场合，设备需要判断声源方向与方位，如一些防盗监控设备、消防安监设备、课堂实录录制设备以及机器人等，需要判断发出声音的人或物的方位，以实现对目标自动追踪。

目前对声源的追踪方法，大多是通过电路或软件实现，准确性无法保证，且成本较高，但是没有一种能够判断声音方位的硬件装置，因此，研发一种声源方位判断装置及方法，实现对声源的位置的判断识别，具有重要的意义。

发明内容

本发明提供基于方向性声音传感器的声源方位判断装置及方法，用以实现对声源的定位与识别，其具体的技术方案如下：

方向性声音传感器，其物征在于：包括声音采集腔2，所述声音采集腔2中部设置声音通道4，所述声音通道4与声音采集腔2的外壁之间设置消音腔1，消音腔1内布置软性消音材料；所述声音通道4底部设置咪头腔5，所述咪头腔5内设置咪头。

进一步地，所述软件消音材料为聚酯吸音棉。

基于方向性声音传感器的声源方向判断装置，包括排列于同一平面内的4个方向性声音传感器，所述方向性声音传感器以某一点为中心间隔90°排列，所述声音传感器的咪头均与中央处理芯片6连接。

基于方向性声音传感器的声源方位判断装置，包括排列于空间内的6个方向性声音传感器，所述方向性声音传感器以某一点为中心按上、下、左、右、前、后间隔90°排列，所述声音传感器的咪头均与中央处理芯片6连接。

基于声源方向判断装置的声源方向判断方法，按以下步骤进行：

A：以4个方向的方向性传感器中心为原点建立平面坐标系，设定象限；

B：4个不同方向排列的方向性传感器分别采集声源的信号，并传输至中央处理芯片，声音信号强度分别记为S1、S2、S3、S4；

C：选出S1、S2、S3、S4中最大的两个值，沿X轴方向的记为Sx，沿Y轴方向的记为Sy,即声源方向与Sx、Sy对应的方向性传感器声方向最接近，以此得出声源所处象限；

D：根据公式

计算声源方向与X轴的夹角α

E：根据声源所处象限与夹角α确定声源方向。

基于声源方位判断装置的声源方位判断方法，按以下步骤进行：

A：以6个方向的方向性传感器中心为原点建立空间坐标系，设定第一至第八象限；

B：6个不同方向排列的方向性传感器分别采集声源的信号，并传输至中央处理芯片，声音信号强度分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6；

C：选出S1、S2、S3、S4、S5、S6中最大的两个值，沿X轴方向的记为Sx，沿Y轴方向的记为Sy,沿Z轴方向的记为Sz,即声源方向与Sx、Sy、Sz对应的方向性传感器声方向最接近，以此得出声源所处象限；

D：根据公式

计算X、Y平面内声源方向与X轴的夹角α

根据公式

计算X、Z平面内声源方向与X轴的夹角β

根据夹角α、夹角β计算声源方向与X轴的空间角γ

E：根据声源所处象限与空间角γ确定声源方向。

本发明所提供的基于方向性声音传感器的声源方位判断装置及方法，具有以下优点：

第一、具有方向选择功能，只接收与声音通道方向的声音，其它方向传播的声音明显被削弱，扩展了声音传感器的功能，适用于广泛的场合，为判断声源方位与追踪提从了硬件支持；

第二、采用独特的消音腔设计，配合特定消音材料，对其他方向的声音消音效果好；结构简单，易集成。

第三：可实现平面与立体环境声源方向识别，减少了电路及软件算法设计，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的方向性的声音传感器结构示意图；

图2为本发明的基于方向性声音传感器的声源方向判断装置结构示意图；

图3为本发明的基于方向性声音传感器的声源方向判断方法计算示意图；

图4为本发明的基于方向性声音传感器的声源方位判断装置结构及计算方法示意图。

图中标号：

1：消音腔；2：声音采集腔；3：咪头；4：声音通道；5：咪头腔；6：中央处理芯片；7：声源。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具有方向性的声音传感器作进一步详细的说明。

如图1所示，具有方向性的声音传感器，包括声音采集腔2，所述声音采集腔2中部设置声音通道4，所述声音通道4与声音采集腔2的外壁之间设置消音腔1，消音腔1内布置软性消音材料。所述消音腔1开口由声音通道4向声音采集腔2的外壁逐渐变窄。所述软件消音材料优选为聚酯吸音棉。所述声音通道4底部设置咪头腔5，所述咪头腔5内设置咪头。咪头与声音处理芯片连接，对采集的声音进行处理。

本发明具有方向性的声音传感器只接收与声音通道4方向上的声音，其它方向传播的声音大部分被消音腔1吸收，相比从声音通道传来的声音，明显减弱，因此，该声音传感器具有方向性，配合其它设备使用，可实现对目标声源的识别与追踪，具有广泛的应用前景。

如图2所示，基于方向性声音传感器的声源方向判断装置，包括排列于同一平面内的4个方向性声音传感器，所述方向性声音传感器以某一点为中心间隔90°排列，所述声音传感器的咪头均与中央处理芯片6连接。

基于声源方向判断装置的声源方向判断方法，按如下过程进行：

A：以4个方向的方向性传感器中心为原点建立平面坐标系，设定象限；

B：4个不同方向排列的方向性传感器分别采集声源7的信号，并传输至中央处理芯片，声音信号强度分别记为S1、S2、S3、S4；

C：选出S1、S2、S3、S4中最大的两个值，沿X轴方向的记为Sx，沿Y轴方向的记为Sy,如图3所示，即声源方向与Sx、Sy对应的方向性传感器声方向最接近，以此得出声源所处象限；

D：根据公式

计算声源方向与X轴的夹角α

E：根据声源所处象限与夹角α确定声源方向。

Claims (6)

1.方向性声音传感器，其物征在于：包括声音采集腔(2)，所述声音采集腔(2)中部设置声音通道(4)，所述声音通道(4)与声音采集腔(2)的外壁之间设置消音腔(1)，消音腔(1)内布置软性消音材料；所述消音腔(1)开口由声音通道(4)向声音采集腔(2)的外壁逐渐变窄；所述声音通道(4)底部设置咪头腔(5)，所述咪头腔(5)内设置咪头。

2.根据权利要求1所述的方向性声音传感器，其物征在于：所述软性 消音材料为聚酯吸音棉。

3.基于权利要求1所述的方向性声音传感器的声源方向判断装置，其特征在于：包括排列于同一平面内的4个方向性声音传感器，所述方向性声音传感器以某一点为中心间隔90°排列，所述声音传感器的咪头均与中央处理芯片(6)连接。

4.基于权利要求1所述的方向性声音传感器的声源方位判断装置，其特征在于：包括排列于空间内的6个方向性声音传感器，所述方向性声音传感器以某一点为中心按上、下、左、右、前、后间隔90°排列，所述声音传感器的咪头均与中央处理芯片(6)连接。

5.基于权利要求3所述的声源方向判断装置的声源方向判断方法，其特征在于：按以下步骤进行：

A：以4个方向的方向性传感器中心为原点建立平面坐标系，设定象限；

B：4个不同方向排列的方向性传感器分别采集声源的信号，并传输至中央处理芯片，声音信号强度分别记为S1、S2、S3、S4；

C：选出S1、S2、S3、S4中最大的两个值，沿X轴方向的记为Sx，沿Y轴方向的记为Sy，即声源方向与Sx、Sy对应的方向性传感器声方向最接近，以此得出声源所处象限；

D：根据公式

计算声源方向与X轴的夹角α,

E：根据声源所处象限与夹角α确定声源方向。

6.基于权利要求4所述的声源方位判断装置的声源方位判断方法，其特征在于：按以下步骤进行：

A：以6个方向的方向性传感器中心为原点建立空间坐标系，设定第一至第八象限；

B：6个不同方向排列的方向性传感器分别采集声源的信号，并传输至中央处理芯片，声音信号强度分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6；

C：选出S1、S2、S3、S4、S5、S6中最大的两个值，沿X轴方向的记为Sx，沿Y轴方向的记为Sy，沿Z轴方向的记为Sz，即声源方向与Sx、Sy、Sz对应的方向性传感器声方向最接近，以此得出声源所处象限；

D：根据公式

计算X、Y平面内声源方向与X轴的夹角α,

根据公式

计算X、Z平面内声源方向与X轴的夹角β，

根据夹角α、夹角β计算声源方向与X轴的空间角γ；

E：根据声源所处象限与空间角γ确定声源方向。

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