本發(fā)明涉及微聲探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種微聲探測(cè)分析裝置及基于該裝置的陣列音頻信號(hào)處理方法。

背景技術(shù)：

微聲探測(cè)器在國(guó)防領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，微聲探測(cè)器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ξ⒙曁綔y(cè)器的聲強(qiáng)探測(cè)下限的要求也越來(lái)越高。而現(xiàn)有的電容式微聲探測(cè)器的聲強(qiáng)探測(cè)下限較高，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)β晱?qiáng)探測(cè)下限的要求。

另外，根據(jù)現(xiàn)有的音頻信號(hào)處理方法，微聲探測(cè)器無(wú)法同時(shí)對(duì)所探測(cè)到的聲源進(jìn)行識(shí)別和定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的電容式微聲探測(cè)器的聲強(qiáng)探測(cè)下限較高的問(wèn)題，提出了一種微聲探測(cè)分析裝置；為解決根據(jù)現(xiàn)有的音頻信號(hào)處理方法，微聲探測(cè)器無(wú)法同時(shí)對(duì)所探測(cè)到的聲源進(jìn)行識(shí)別和定位的問(wèn)題，提出了一種陣列音頻信號(hào)處理方法。

本發(fā)明所述的一種微聲探測(cè)分析裝置包括微聲傳感陣列1、信號(hào)處理單元2、信號(hào)存儲(chǔ)單元3和信號(hào)分析單元4；

所述微聲傳感陣列1包括多個(gè)微聲傳感器；

所述微聲傳感器用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將該電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元2；

所述微聲傳感器包括微聲感受單元，所述微聲感受單元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受聲壓；

所述信號(hào)處理單元2用于處理微聲傳感器發(fā)來(lái)的電信號(hào)，并將包含音頻特征信息和聲源位置信息的電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分析單元4；

所述信號(hào)存儲(chǔ)單元3預(yù)存有多個(gè)目標(biāo)聲源的音頻特征信息；

所述信號(hào)分析單元4用于將信號(hào)處理單元2發(fā)來(lái)的電信號(hào)與所述多個(gè)目標(biāo)聲源進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與該電信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)聲源，當(dāng)未發(fā)現(xiàn)與該電信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)聲源；

所述信號(hào)分析單元4還用于根據(jù)信號(hào)處理單元2發(fā)來(lái)的電信號(hào)所包含的聲源位置信息，定位該聲源。

優(yōu)選的是，所述微聲傳感器還包括激光器5和感光元件6；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板上設(shè)置有通孔，所述石墨烯薄膜8固定設(shè)置在基板7上，并覆蓋所述通孔的一端；

由激光器5發(fā)射的激光經(jīng)所述通孔的另一端入射至石墨烯薄膜8，并經(jīng)石墨烯薄膜8的折射，入射至所述感光元件6的感光面；

所述感光元件6與信號(hào)處理單元2相連。

優(yōu)選的是，所述微聲傳感器還包括第一永磁體9和第二永磁體10；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板上設(shè)置有通孔11，所述石墨烯薄膜8固定設(shè)置在基板7上，并覆蓋所述通孔11的一端；

所述第一永磁體9和第二永磁體10均設(shè)置在基板7上，第一永磁體9和第二永磁體10之間形成耦合磁場(chǎng)；

當(dāng)所述石墨烯薄膜8受到聲壓而振動(dòng)時(shí)，能夠切割所述磁場(chǎng)，并產(chǎn)生電信號(hào)；

所述信號(hào)處理單元2接收該電信號(hào)。

優(yōu)選的是，所述微聲傳感器還包括導(dǎo)電隔板12、電池13和電阻14；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板7上設(shè)置有通孔，所述石墨烯薄膜8和導(dǎo)電隔板12均固定設(shè)置在基板7上，分別覆蓋所述通孔的兩端，并構(gòu)成平行板電容；

所述平行板電容、電池13、電阻14和信號(hào)處理單元2串聯(lián)，并構(gòu)成電氣回路。

優(yōu)選的是，所述石墨烯薄膜8與所述通孔的一端的端面之間存在空隙。

可選的是，所述微聲感受單元呈直線(xiàn)分布、平面分布、弧線(xiàn)分布或弧面分布。

可選的是，將所述石墨烯薄膜8替換為氧化石墨烯薄膜。

本發(fā)明所述的陣列音頻信號(hào)處理方法基于所述微聲探測(cè)分析裝置實(shí)現(xiàn)，在實(shí)施所述信號(hào)處理方法之前需實(shí)施：

步驟一、根據(jù)聲源的位置選擇微聲傳感陣列1中微聲感受單元的分布模式，并保證微聲傳感陣列的音頻信號(hào)傳輸通道的一致性；

所述音頻信號(hào)為微聲傳感器發(fā)給信號(hào)處理單元2的電信號(hào)；

所述分布模式包括直線(xiàn)分布、平面分布、弧線(xiàn)分布和弧面分布；

步驟二、選擇微聲傳感陣列1的工作模式，對(duì)干擾方向進(jìn)行估計(jì)，并抑制干擾；

所述工作模式包括監(jiān)視模式和跟蹤模式；

所述監(jiān)視模式又包括指定方向監(jiān)視模式和全方向監(jiān)視模式；

所述信號(hào)處理方法包括：

步驟三、篩選出噪聲信號(hào)可分離的音頻信號(hào)，并分離該音頻信號(hào)中的噪聲信號(hào)；

步驟四、對(duì)分離了噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)進(jìn)行音頻特征信息的提??；

步驟五、對(duì)分離了噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)進(jìn)行聲源位置信息的提??；

步驟六、將包含音頻特征信息和聲源位置信息的音頻信號(hào)與信號(hào)存儲(chǔ)單元3中預(yù)存的多個(gè)目標(biāo)聲源進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與該音頻信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)聲源，當(dāng)未發(fā)現(xiàn)與該音頻信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)聲源；

步驟七、根據(jù)步驟六中的音頻信號(hào)所包含的聲源位置信息定位該聲源。

本發(fā)明所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，采用基于石墨烯薄膜的微聲感受單元來(lái)感受聲壓。石墨烯薄膜擁有極小的厚度，最薄能夠達(dá)到原子量級(jí)，在同等面積下，石墨烯薄膜的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他材質(zhì)的聲壓膜。石墨烯薄膜中所有的共價(jià)鍵都是沿薄膜面內(nèi)分布的，因此石墨烯薄膜擁有極小的面外彎曲剛度。因聲壓造成的石墨烯薄膜的面外彎曲振動(dòng)幾乎沒(méi)有阻尼，因此，石墨烯薄膜能夠感受極小單位的聲壓，而聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比，由此，本發(fā)明所述的一種微聲探測(cè)分析裝置的聲強(qiáng)探測(cè)下限低，能夠解決現(xiàn)有的電容式微聲探測(cè)器的聲強(qiáng)探測(cè)下限較高的問(wèn)題。

本發(fā)明所述的陣列音頻信號(hào)處理方法，在所述信號(hào)處理方法之前實(shí)施的步驟一使得微聲感受單元的分布模式與聲源的位置匹配，并保證了微聲傳感陣列輸出的音頻信號(hào)的同步。步驟二通過(guò)選擇微聲傳感陣列的工作模式來(lái)最大限度地抑制干擾。所述信號(hào)處理方法通過(guò)步驟三、四和五能夠得到分離了噪聲信號(hào)，且包含音頻特征信息和聲源位置信息的音頻信號(hào)。步驟六將該音頻信號(hào)與信號(hào)存儲(chǔ)單元的多個(gè)目標(biāo)聲源進(jìn)行比對(duì)，如兩者的音頻特征信息，則比對(duì)成功。步驟七根據(jù)所述聲源位置信息確定該聲源的位置。實(shí)施本發(fā)明所述的陣列音頻信號(hào)處理方法，既能夠判斷所探測(cè)的聲源是否為信號(hào)存儲(chǔ)單元中預(yù)存的目標(biāo)聲源，又能夠?qū)μ綔y(cè)到的聲源進(jìn)行定位。

附圖說(shuō)明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明所述的一種微聲探測(cè)分析裝置及基于該裝置的陣列音頻信號(hào)處理方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中：

圖1是實(shí)施例一所述的一種微聲探測(cè)分析裝置的電氣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例二中微聲傳感器的工作原理圖；

圖3是實(shí)施例三中微聲傳感器的透視圖；

圖4是實(shí)施例四中微聲傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實(shí)施例五中微聲感受單元的側(cè)視圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的一種微聲探測(cè)分析裝置及基于該裝置的陣列音頻信號(hào)處理方法作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例一：下面結(jié)合圖1詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置包括微聲傳感陣列1、信號(hào)處理單元2、信號(hào)存儲(chǔ)單元3和信號(hào)分析單元4；

所述微聲傳感陣列1包括多個(gè)微聲傳感器；

所述微聲傳感器用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將該電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元2；

所述微聲傳感器包括微聲感受單元，所述微聲感受單元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受聲壓；

所述信號(hào)處理單元2用于處理微聲傳感器發(fā)來(lái)的電信號(hào)，并將包含音頻特征信息和聲源位置信息的電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分析單元4；

所述信號(hào)存儲(chǔ)單元3預(yù)存有多個(gè)目標(biāo)聲源的音頻特征信息；

所述信號(hào)分析單元4用于將信號(hào)處理單元2發(fā)來(lái)的電信號(hào)與所述多個(gè)目標(biāo)聲源進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與該電信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)聲源，當(dāng)未發(fā)現(xiàn)與該電信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)聲源；

所述信號(hào)分析單元4還用于根據(jù)信號(hào)處理單元2發(fā)來(lái)的電信號(hào)所包含的聲源位置信息，定位該聲源。

實(shí)施例二：下面結(jié)合圖2詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例一所述的一種微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，所述微聲傳感器還包括激光器5和感光元件6；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板上設(shè)置有通孔，所述石墨烯薄膜8固定設(shè)置在基板7上，并覆蓋所述通孔的一端；

由激光器5發(fā)射的激光經(jīng)所述通孔的另一端入射至石墨烯薄膜8，并經(jīng)石墨烯薄膜8的折射，入射至所述感光元件6的感光面；

所述感光元件6與信號(hào)處理單元2相連。

當(dāng)石墨烯薄膜未受聲壓，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其將激光器發(fā)出的激光折射至感光元件的感光面上，形成光斑，此時(shí)入射至感光面的激光為實(shí)線(xiàn)。當(dāng)石墨烯薄膜因受到聲壓而振動(dòng)時(shí)，入射至感光面的激光的光路會(huì)發(fā)生變化，如圖中的虛線(xiàn)所示，此時(shí)感光面上的光斑的位置會(huì)偏移。感光元件將光斑的位置偏移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送至信號(hào)處理單元。

實(shí)施例三：下面結(jié)合圖3詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例一所述的一種微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，所述微聲傳感器還包括第一永磁體9和第二永磁體10；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板上設(shè)置有通孔11，所述石墨烯薄膜8固定設(shè)置在基板7上，并覆蓋所述通孔11的一端；

所述第一永磁體9和第二永磁體10均設(shè)置在基板7上，第一永磁體9和第二永磁體10之間形成耦合磁場(chǎng)；

當(dāng)所述石墨烯薄膜8受到聲壓而振動(dòng)時(shí)，能夠切割所述磁場(chǎng)，并產(chǎn)生電信號(hào)；

所述信號(hào)處理單元2接收該電信號(hào)。

如圖3所示，第一永磁體9和第二永磁體10分別固定設(shè)置在基板7的上端和下端，石墨烯薄膜8位于第一永磁體9和第二永磁體10之間。第一永磁體9和第二永磁體10之間形成耦合磁場(chǎng)。石墨烯薄膜8與信號(hào)處理單元構(gòu)成電氣回路。石墨烯薄膜8為良導(dǎo)體，當(dāng)石墨烯薄膜8因受到聲壓而振動(dòng)時(shí)，能夠切割所述磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)，產(chǎn)生電信號(hào)。

實(shí)施例四：本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例一所述的微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，所述微聲傳感器還包括導(dǎo)電隔板12、電池13和電阻14；

所述微聲感受單元還包括基板7，所述基板7上設(shè)置有通孔，所述石墨烯薄膜8和導(dǎo)電隔板12均固定設(shè)置在基板7上，分別覆蓋所述通孔的兩端，并構(gòu)成平行板電容；

所述平行板電容、電池13、電阻14和信號(hào)處理單元2串聯(lián)，并構(gòu)成電氣回路。

在本實(shí)施例中，石墨烯薄膜8與導(dǎo)電隔板12構(gòu)成平行板電容，并與電池13、電阻14和信號(hào)處理單元2構(gòu)成電氣回路。當(dāng)石墨烯薄膜8未受聲壓，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，石墨烯薄膜8與導(dǎo)電隔板12的間距一定，所述平行板電容的電容量一定。當(dāng)石墨烯薄膜8因受到聲壓而振動(dòng)時(shí)，石墨烯薄膜8與導(dǎo)電隔板12的間距改變，所述平行板電容的電容量改變。電容量改變導(dǎo)致所述電氣回路的電信號(hào)改變。

實(shí)施例五：下面結(jié)合圖5詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例二至四任意一項(xiàng)所述的一種微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，所述石墨烯薄膜8與所述通孔的一端的端面之間存在空隙。

如圖5所示，本實(shí)施例中的微聲感受單元，覆蓋通孔一端的石墨烯薄膜8為松弛的，并向所述通孔的反方向突出。在感受同等聲壓的情況下，松弛的石墨烯薄膜與張緊的石墨烯薄膜相比，振動(dòng)的振幅更大。

實(shí)施例六：本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例一至四任意一項(xiàng)所述的一種微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，所述微聲感受單元呈直線(xiàn)分布、平面分布、弧線(xiàn)分布或弧面分布。

多個(gè)微聲感受單元呈直線(xiàn)分布適用于探測(cè)近場(chǎng)地面聲源；

多個(gè)微聲感受單元呈平面分布適用于空中聲源；

多個(gè)微聲感受單元呈弧線(xiàn)分布與呈直線(xiàn)分布的方式相比，增加了一個(gè)空間維度；

多個(gè)微聲感受單元呈弧面分布與呈弧面分布的方式相比，增加了一個(gè)空間維度。

實(shí)施例七：本實(shí)施例是對(duì)實(shí)施例六所述的一種微聲探測(cè)分析裝置作進(jìn)一步的限定，本實(shí)施例所述的一種微聲探測(cè)分析裝置，將所述石墨烯薄膜8替換為氧化石墨烯薄膜。

氧化石墨烯薄膜與石墨烯薄膜相比，其感受聲壓的能力稍差，但是制備方法簡(jiǎn)單，制造成本大大降低。

實(shí)施例八：本實(shí)施例所述的陣列音頻信號(hào)處理方法基于實(shí)施例一至四任意一項(xiàng)所述的一種微聲探測(cè)分析裝置實(shí)現(xiàn)，在實(shí)施所述信號(hào)處理方法之前需實(shí)施：

步驟一、根據(jù)聲源的位置選擇微聲傳感陣列1中微聲感受單元的分布模式，并保證微聲傳感陣列的音頻信號(hào)傳輸通道的一致性；

所述音頻信號(hào)為微聲傳感器發(fā)給信號(hào)處理單元2的電信號(hào)；

所述分布模式包括直線(xiàn)分布、平面分布、弧線(xiàn)分布和弧面分布；

步驟二、選擇微聲傳感陣列1的工作模式，對(duì)干擾方向進(jìn)行估計(jì)，并抑制干擾；

所述工作模式包括監(jiān)視模式和跟蹤模式；

所述監(jiān)視模式又包括指定方向監(jiān)視模式和全方向監(jiān)視模式；

所述信號(hào)處理方法包括：

步驟三、篩選出噪聲信號(hào)可分離的音頻信號(hào)，并分離該音頻信號(hào)中的噪聲信號(hào)；

步驟四、對(duì)分離了噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)進(jìn)行音頻特征信息的提取；

步驟五、對(duì)分離了噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)進(jìn)行聲源位置信息的提??；

步驟六、將包含音頻特征信息和聲源位置信息的音頻信號(hào)與信號(hào)存儲(chǔ)單元3中預(yù)存的多個(gè)目標(biāo)聲源進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與該音頻信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)聲源，當(dāng)未發(fā)現(xiàn)與該音頻信號(hào)的音頻特征信息相同的目標(biāo)聲源時(shí)，提示未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)聲源；

步驟七、根據(jù)步驟六中的音頻信號(hào)所包含的聲源位置信息定位該聲源。

步驟三中的噪聲信號(hào)可分離的音頻信號(hào)是指噪聲信號(hào)與音頻信號(hào)具有分離維度，該分離維度為時(shí)域、空域或頻域；

對(duì)于已經(jīng)檢測(cè)到并定位的聲源，按照先驗(yàn)知識(shí)或是已經(jīng)量測(cè)的信息，形成聲源的運(yùn)動(dòng)方程，因而外推聲源下一個(gè)信息采集時(shí)刻的位置信息，進(jìn)行預(yù)先方位圖形成，提高對(duì)該聲源的檢測(cè)性能。同時(shí)，可以根據(jù)聲源運(yùn)動(dòng)方程，推測(cè)出聲源的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，作為聲源特征參數(shù)的一部分存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便聲源的識(shí)別處理。

雖然在本文中參照了特定的實(shí)施方式來(lái)描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對(duì)示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過(guò)不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來(lái)結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。