[發(fā)明專利]聲源定位系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310024486.8
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103941223B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬切伊·奧曼;德特勒夫·佩普普
• 申請（專利權(quán)）人: ABB技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S3/80
• 分類號: G01S3/80
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司11012
• 代理人: 王昭林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲源定位，更具體地說，涉及確定聲源方向的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

聲學(xué)分析常用于語音識別，卻很少作為環(huán)境監(jiān)控技術(shù)用于工業(yè)。聲學(xué)監(jiān)控的質(zhì)量很大程度上依賴于機(jī)器工作環(huán)境的背景噪聲。聲源定位可以減輕背景噪聲的影響。聲像儀可用于聲源定位。

環(huán)境監(jiān)控工具的一個(gè)重要的方面是聲音分析。當(dāng)機(jī)器和工廠設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可通過檢測其發(fā)出的噪聲的變化來檢測故障。其中，聲像儀使得聲音的獲得自動化并且更加客觀。現(xiàn)有的聲像儀可用于視覺化聲音及其聲源。類似于熱像圖的方式生成聲源圖。根據(jù)不同的標(biāo)注，可以快速定位和分析噪聲源。根據(jù)美國專利US 3895340和US 8072839，聲像儀包括諸如視頻相機(jī)一樣的視頻設(shè)備和多個(gè)諸如麥克風(fēng)一樣的聲壓測量設(shè)備，其中聲壓通常以帕斯卡(Pa)來測量。麥克風(fēng)通常相對于聲像儀以預(yù)定的形狀和位置排列。

聲像儀可用于噪聲/聲源的識別、量化以及通過陣列處理由麥克風(fēng)陣列拾取的多維聲學(xué)信號生成聲學(xué)環(huán)境的圖像并且將該聲學(xué)圖像匹配到視頻圖像。集成麥克風(fēng)陣列和數(shù)字視頻相機(jī)的設(shè)備提供聲學(xué)環(huán)境的視覺信息。作為測試設(shè)備的聲學(xué)相機(jī)的可能應(yīng)用包括在諸如車輛、火車和飛機(jī)內(nèi)外等一樣的環(huán)境中或在風(fēng)洞中對于噪聲/聲源非破壞性的測量。聲像儀也可內(nèi)置在諸如水下無人交通工具、機(jī)器人和機(jī)器人平臺一樣的復(fù)雜平臺中。當(dāng)使用包括多個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列時(shí)，其可導(dǎo)致涉及聲像儀的相對高的復(fù)雜度、相對大的體積和較高的成本。

在一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如日本專利JP 2001174583，多個(gè)麥克風(fēng)在測量之間隨諸如電動機(jī)一樣的驅(qū)動器移動。通過檢測驅(qū)動器的參數(shù)來完成麥克風(fēng)的運(yùn)動捕捉，例如檢測電動機(jī)的速度或初始位置。驅(qū)動器的機(jī)械特性限制了麥克風(fēng)的運(yùn)動，換而言之，麥克風(fēng)不能隨意移動并且由于上述限制無法跟隨一定的路徑。此外，在一些情況下，位置的精確度受到采樣或掃描區(qū)域的限制。當(dāng)用電動機(jī)移動麥克風(fēng)時(shí)，涉及麥克風(fēng)的位置精確度的問題變得嚴(yán)重。例如，上述問題可歸因于電動機(jī)的公差或其構(gòu)造震動。此外，難以達(dá)到以電動機(jī)來移動麥克風(fēng)而在固定連接處無反作用力的構(gòu)造配置。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種聲源定位系統(tǒng)，包括：可移動部件，其可自由移動并且與麥克風(fēng)集成；運(yùn)動捕捉部件，用于捕捉所述可移動部件的移動；和處理部件，用于接收麥克風(fēng)信號和運(yùn)動捕捉部件信號并且基于在可移動部件的移動中獲得的所述麥克風(fēng)信號和運(yùn)動捕捉部件信號獲得來自聲源的聲音的方向。

根據(jù)本法明的另一個(gè)方面，提供一種聲源定位方法，包括：從與麥克風(fēng)和移動捕捉部件集成的可移動部件獲得所述可移動部件自由移動中的麥克風(fēng)信號和運(yùn)動捕捉部件信號；以及基于所述麥克風(fēng)信號和運(yùn)動捕捉部件信號確定來自聲源的聲音的方向。

通過采用上述系統(tǒng)和方法，其至少有助于解決如下技術(shù)問題中之一：

1.用于聲源定位的聲像儀的較高的復(fù)雜度和較大的體積；和

2.在聲源定位系統(tǒng)中麥克風(fēng)移動的限制。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的聲源定位系統(tǒng)的框圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可移動部件的任意移動路徑；

圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的聲源定位系統(tǒng)的框圖；

圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的聲源定位系統(tǒng)的框圖；

圖3C示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的聲源定位系統(tǒng)的框圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可移動部件的典型的移動路徑；

圖5示出麥克風(fēng)所提供的麥克風(fēng)信號的多普勒效應(yīng)頻移的頻譜圖；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的2維聲源定位；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的3維聲源定位；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)典型的方向敏感性；

圖9示出根據(jù)圖8的實(shí)施例的聲源位置的確定；和

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的聲源定位方法的流程圖

具體實(shí)施方式