本公開涉及聲音測量技術領域，具體而言，涉及一種用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置。

背景技術：

對于尺寸較大的結(jié)構件，包括長度大的結(jié)構件，如鐵軌，或者面積大的結(jié)構件，如艙壁等，在工作狀態(tài)下，可能該結(jié)構件的各個部位均同時向外輻射噪聲，并且不同部位輻射不同的噪聲。為研究該結(jié)構件的輻射噪聲，需要分別獲取該結(jié)構件的不同部位的輻射噪聲的聲壓波形。

該問題使用常規(guī)的聲壓測量方法是不可行的，因為聲壓傳感器(也稱傳聲器)測量的信號是沒有方向性的，即聲壓傳感器接收到各個方向傳遞來的聲音，即是接收到該結(jié)構件的所有部位輻射的噪聲信號。

在實際應用中，需要測量某個指定方向的聲音信號，才能有效區(qū)分不同部位輻射的噪聲。一般采用聲強傳感器，可以測量指定方向的聲強，以區(qū)分該結(jié)構件的不同部位輻射噪聲的強弱。但是該方法一般僅僅獲得聲強的頻譜，即聲強譜，而不能得到該方向的聲壓波形。

獲得聲強譜可以從頻域角度分析結(jié)構件的不同部位輻射噪聲的特性，但是不能得到時域下的聲壓波形，而難以進行更加深入的研究和分析。

因此，需要一種新的用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決或者減緩上述問題的用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置。

本公開的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種用于獲取指定方向聲壓信號的方法，所述方法包括：

根據(jù)第一聲壓信號和第二聲壓信號獲取平均聲壓譜及聲強譜；

根據(jù)所述平均聲壓譜及所述聲強譜獲取所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號至所述指定方向聲壓信號的傳遞函數(shù)；

根據(jù)所述傳遞函數(shù)和所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號獲取所述指定方向聲壓信號。

在本公開的一種示例性實施例中，還包括：采集所述第一聲壓信號和所述第二聲壓信號。

在本公開的一種示例性實施例中，所述采集所述第一聲壓信號和所述第二聲壓信號包括：

在待測結(jié)構件的預設部位的預設距離處并列設置第一傳聲器和第二傳聲器，其中所述第一傳聲器和所述第二傳聲器組成聲強傳感器，且所述聲強傳感器的參考方向指向所述指定方向；

分別采集所述第一傳聲器獲取得到的所述第一聲壓信號和所述第二傳聲器獲取得到的所述第二聲壓信號。

在本公開的一種示例性實施例中，所述根據(jù)第一聲壓信號和第二聲壓信號獲取平均聲壓譜包括：

分別根據(jù)所述第一聲壓信號和所述第二聲壓信號獲取第一聲壓譜和第二聲壓譜；

對所述第一聲壓譜和第二聲壓譜進行算術平均獲取所述平均聲壓譜。

在本公開的一種示例性實施例中，所述根據(jù)所述平均聲壓譜和所述聲強譜獲取所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號至所述指定方向聲壓信號的傳遞函數(shù)包括：

獲取所述平均聲壓譜與所述聲強譜的差值；

根據(jù)所述差值獲取所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號投影至所述指定方向的幅值系數(shù)；

將所述幅值系數(shù)轉(zhuǎn)換為所述傳遞函數(shù)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述根據(jù)所述傳遞函數(shù)和所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號獲取所述指定方向聲壓信號包括：

獲取所述傳遞函數(shù)的倒數(shù)的卷積系數(shù)；

根據(jù)所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號與所述卷積系數(shù)獲取所述指定方向聲壓信號。

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種用于獲取指定方向聲壓信號的裝置，所述裝置包括：

譜獲取模塊，用于根據(jù)第一聲壓信號和第二聲壓信號獲取平均聲壓譜及聲強譜；

傳遞函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述平均聲壓譜及所述聲強譜獲取所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號至所述指定方向聲壓信號的傳遞函數(shù)；

指定方向聲壓信號獲取模塊，用于根據(jù)所述傳遞函數(shù)和所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號獲取所述指定方向聲壓信號。

在本公開的一種示例性實施例中，還包括采集模塊，用于采集所述第一聲壓信號和所述第二聲壓信號。

在本公開的一種示例性實施例中，所述采集模塊包括：

第一傳聲器，用于采集所述第一聲壓信號；

第二傳聲器，用于采集所述第二聲壓信號；

其中，所述第一傳聲器和所述第二傳聲器并列設置于待測結(jié)構件的預設部位的預設距離處，所述第一傳聲器和所述第二傳聲器組成聲強傳感器，且所述聲強傳感器的參考方向指向所述指定方向。

在本公開的一種示例性實施例中，所述傳遞函數(shù)獲取模塊包括：

第一計算單元，用于獲取所述平均聲壓譜與所述聲強譜的差值；

幅值系數(shù)獲取單元，用于根據(jù)所述差值獲取所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號投影至所述指定方向的幅值系數(shù)；

轉(zhuǎn)換單元，用于將所述幅值系數(shù)轉(zhuǎn)換為所述傳遞函數(shù)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述指定方向聲壓信號獲取模塊包括：

卷積系數(shù)獲取單元，用于獲取所述傳遞函數(shù)的倒數(shù)的卷積系數(shù)；

指定方向聲壓信號提取單元，用于根據(jù)所述第一聲壓信號或者所述第二聲壓信號與所述卷積系數(shù)獲取所述指定方向聲壓信號。

根據(jù)本公開提出一種用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置，能夠獲取指定方向的時域聲壓信號的波形，一方面，解決了聲壓測量中不具有方向性的問題，另一方面，也解決了聲強測量僅有頻譜不能得到波形的問題。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本公開的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯。

圖1示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的方法流程圖。

圖2示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的方法示意圖。

圖3示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的裝置的框圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施例。然而，示例實施例能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開將全面和完整，并將示例實施例的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。

此外，所描述的特征、結(jié)構或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而沒有所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、材料、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結(jié)構、方法、裝置、實現(xiàn)、材料或者操作以避免模糊本公開的各方面。

圖1示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的方法流程圖。

如圖1所示，在步驟S110中，根據(jù)第一聲壓信號S_A(t)和第二聲壓信號S_B(t)獲取平均聲壓譜P_AB(ω)及聲強譜I_AB(ω)。

在示例性實施例中，該方法還可以包括：采集所述第一聲壓信號S_A(t)和所述第二聲壓信號S_B(t)。

在示例性實施例中，所述采集所述第一聲壓信號S_A(t)和所述第二聲壓信號S_B(t)包括：在待測結(jié)構件的預設部位的預設距離處并列設置第一傳聲器A和第二傳聲器B，其中所述第一傳聲器A和所述第二傳聲器B組成聲強傳感器，且所述聲強傳感器的參考方向指向所述指定方向；分別采集所述第一傳聲器A獲取得到的所述第一聲壓信號S_A(t)和所述第二傳聲器B獲取得到的所述第二聲壓信號S_B(t)。

其中所述待測結(jié)構件的所述預設部位與所述聲強傳感器之間的所述預設距離沒有特別限制，一般將所述聲強傳感器設置在所述預設部位的附近，只需要能夠保證所述聲強傳感器接收到所述預設部位輻射的聲音與背景噪聲相比信噪比足夠，當距離太遠時，測量的所述預設部位發(fā)出的聲音與背景噪聲相比的信噪比可能不足。

其中所述聲強傳感器的參考方向是指從所述第一傳聲器A的前端面中心點指向所述第二傳聲器B的前端面中心點的方向。

在示例性實施例中，所述指定方向可以是所述待測結(jié)構件的所述預設部位的垂直方向。但本公開并不限定于此，所述指定方向是可以根據(jù)所要檢測的所述預設部位發(fā)出的聲音的方向變化的，所述指定方向可以為所述預設部位的垂直方向向上0-90度或者向下0-90度，例如所述預設部位的垂直方向向上45度或者向下45度。當所述指定方向改變時，所述聲強傳感器的參考方向需要相應的發(fā)生改變，調(diào)整所述聲強傳感器的參考方向與所述指定方向一致。

在一實施例中，所述待測結(jié)構件可為大尺寸結(jié)構件，這里所說的大尺寸結(jié)構件，可以包括長度大的結(jié)構件，如鐵軌；也可以包括面積大的結(jié)構件，如艙壁等。但本公開不限定于此。所述待測結(jié)構件的所述預設部位可以任意選擇該待測結(jié)構件上希望測量其指定方向上的聲壓信號的部位。

需要說明的是，上述實施例中雖然以兩個傳聲器(第一傳聲器A和第二傳聲器B)為例進行說明，但可以根據(jù)實際需求選擇更多個傳聲器。但本公開對此不作限定。

在示例性實施例中，所述根據(jù)第一聲壓信號S_A(t)和第二聲壓信號S_B(t)獲取平均聲壓譜P_AB(ω)包括：分別根據(jù)所述第一聲壓信號S_A(t)和所述第二聲壓信號S_B(t)獲取第一聲壓譜P_A(ω)和第二聲壓譜P_B(ω)；對所述第一聲壓譜P_A(ω)和第二聲壓譜P_B(ω)進行算術平均獲取所述平均聲壓譜P_AB(ω)。

在步驟S120中，根據(jù)所述平均聲壓譜P_AB(ω)及所述聲強譜I_AB(ω)獲取所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)至所述指定方向聲壓信號W(t)的傳遞函數(shù)H(ω)。

在示例性實施例中，所述根據(jù)所述平均聲壓譜P_AB(ω)和所述聲強譜I_AB(ω)獲取所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)至所述指定方向聲壓信號的傳遞函數(shù)H(ω)包括：獲取所述平均聲壓譜P_AB(ω)與所述聲強譜I_AB(ω)的差值D_AB(ω)＝P_AB(ω)-I_AB(ω)；根據(jù)所述差值D_AB(ω)獲取所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)投影至所述指定方向的幅值系數(shù)K_AB(ω)；將所述幅值系數(shù)K_AB(ω)轉(zhuǎn)換為所述傳遞函數(shù)。

在步驟S130中，根據(jù)所述傳遞函數(shù)H(ω)和所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)獲取所述指定方向聲壓信號W(t)。

在示例性實施例中，所述根據(jù)所述傳遞函數(shù)H(ω)和所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)獲取所述指定方向聲壓信號W(t)包括：獲取所述傳遞函數(shù)的倒數(shù)1/H(ω)的卷積系數(shù)F(t)；根據(jù)所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)與所述卷積系數(shù)F(t)獲取所述指定方向聲壓信號W(t)。

本實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的方法，通過指定方向上的聲強譜測量，在原始的無方向性的聲壓信號的基礎上，利用指定方向上聲強測量得到的聲強譜，提取出該指定方向上的聲壓波形。在一些實施例中，該利用聲強測量提取某個指定方向上傳播的聲壓信號的方法，適合于一個較大尺寸結(jié)構件的不同部位輻射的聲音信號。

圖2示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的方法示意圖。

如圖2所示，使用聲強傳感器2，使其參考方向指向待測結(jié)構件1的預設部位S(可以是該待測結(jié)構件1上的任意部位)，聲強傳感器2可由第一傳聲器A和第二傳聲器B組成，該參考方向即為圖2中箭頭所示的指定方向。圖2所示的實施例中，以待測結(jié)構件1的預設部位S的垂直方向作為所述指定方向。

在一實施例中，第一傳聲器A和第二傳聲器B的性能參數(shù)一致。在另一實施例中，第一傳聲器A和第二傳聲器B之間的距離△的取值范圍可為6mm-50mm。但本公開不以此為限。

分別采集第一傳聲器A和第二傳聲器B獲取到的第一聲壓波形信號和第二聲壓波形信號，并對其進行ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得第一聲壓信號S_A(t)和第二聲壓信號S_B(t)，并通過下述的公式(1)和(2)的頻譜分析方法，分別計算第一傳聲器A和第二傳聲器B的第一聲壓譜P_A(ω)和第二聲壓譜P_B(ω)。

$P_A\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}{S}_A\left(t\right)e^{-j\mathrm{\ω}t}dt---\left(1\right)$

$P_B\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}{S}_B\left(t\right)e^{-j\mathrm{\ω}t}dt---\left(2\right)$

再計算第一聲壓譜P_A(ω)和第二聲壓譜P_B(ω)的算術平均得到平均聲壓譜P_AB(ω)，如下述公式(3)所示：

$P_{AB}\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{P_A\left(\mathrm{\ω}\right)+P_B\left(\mathrm{\ω}\right)}{2}---\left(3\right)$

按照下述聲強公式(4)，通過第一聲壓譜P_A(ω)和第二聲壓譜P_B(ω)，計算聲強譜I_AB(ω)：

$I_{AB}\left(\mathrm{\ω}\right)=-\frac{1}{\mathrm{\ω}\mathrm{\ρ}\mathrm{\Δ}}{I}_m\left\{G_{AB}\left(\mathrm{\ω}\right)\right\}---\left(4\right)$

其中，其中上面公式(4)的右邊是一個求取復函數(shù)虛部的運算；ρ為傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，是一個常數(shù)?？諝庵腥?.293kg/m³。Δ為聲強傳感器的第一傳聲器A、第二傳聲器B之間的間距。ω為測量聲波的角頻率。G_AB為P_A(ω)和P_B(ω)的互功率譜，I_m表示互功率譜的虛部。

噪聲是由各種不同頻率的簡諧波共同構成，它們都遵循波的傳播理論在空間中向前傳播。聲強是可以標識聲波空間傳播方向的物理量。由大小和方向已知的聲強量可以確定被測量噪聲的傳播方向。

計算各個角頻率ω下平均聲壓譜P_AB(ω)與聲強譜I_AB(ω)的差D_AB(ω)＝P_AB(ω)-I_AB(ω)。

某個角頻率ω下的D_AB(ω)反映了該角頻率ω的聲音波形傳播方向與該指定方向之間的夾角，D_AB(ω)的單位為分貝值，可按下述公式(5)計算實際傳播方向下的聲音(第一聲壓信號S_A(t)或第二聲壓信號S_B(t))投影到該指定方向后的幅值系數(shù)K_AB(ω)：

$K_{AB}\left(\mathrm{\ω}\right)={10}^{D_{AB}\left(\mathrm{\ω}\right)/20}---\left(5\right)$

然后，將D_AB(ω)轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)H(ω)，轉(zhuǎn)換方法可以為：H(ω)的幅頻曲線為上述的幅值系數(shù)K_AB(ω)，H(ω)的相頻曲線設置為0。該傳遞函數(shù)H(ω)表示了從原始聲壓波形(第一聲壓信號S_A(t)或第二聲壓信號S_B(t))到指定方向聲壓信號W(t)的傳遞關系。

利用上述傳遞函數(shù)H(ω)，按下述公式(6)計算1/H(ω)的卷積系數(shù)F(t)：

$F\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\∫\frac{e^{j\mathrm{\ω}t}}{H\left(\mathrm{\ω}\right)}d\mathrm{\ω}---\left(6\right)$

將原始的第一聲壓信號S_A(t)或第二聲壓信號S_B(t)與卷積系數(shù)F(t)進行卷積計算，獲得新的指定方向聲壓信號W(t)，即提取出該指定方向上的聲壓波形信號：

W(t)＝S_A(t)×F(t) (7)

本實施方式提供的用于獲取指定方向聲壓信號的方法，通過聲強傳感器測量得到聲強譜和平均聲壓譜，通過兩者之差形成頻響函數(shù)，用于對原始的聲壓波形進行反演計算，可以從來自各個方向的聲音疊加的聲壓波形中提取出某個指定方向的聲壓波形。

上述發(fā)明實施例提供的用于獲取指定方向聲壓信號的方法可以應用于下文的裝置，本發(fā)明實施例中用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置可以參見下文各實施例中的描述。

圖3示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的裝置的框圖。

圖3示出根據(jù)本公開一示例實施方式的用于獲取指定方向聲壓信號的裝置的結(jié)構示意圖。應理解，圖3示意性示出的結(jié)構僅是根據(jù)本公開的用于獲取指定方向聲壓信號的裝置的一種示例，本公開并不限于此。

如圖3所示，該用于獲取指定方向聲壓信號的裝置100包括：譜獲取模塊110、傳遞函數(shù)獲取模塊120以及指定方向聲壓信號獲取模塊130。

其中譜獲取模塊110用于根據(jù)第一聲壓信號S_A(t)和第二聲壓信號S_B(t)獲取平均聲壓譜P_AB(ω)及聲強譜I_AB(ω)。

傳遞函數(shù)獲取模塊120用于根據(jù)所述平均聲壓譜P_AB(ω)及所述聲強譜I_AB(ω)獲取所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)至所述指定方向聲壓信號W(t)的傳遞函數(shù)H(ω)。

指定方向聲壓信號獲取模塊130用于根據(jù)所述傳遞函數(shù)H(ω)和所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)獲取所述指定方向聲壓信號W(t)。

在示例性實施例中，還包括采集模塊，用于采集所述第一聲壓信號S_A(t)和所述第二聲壓信號S_B(t)。

在示例性實施例中，所述采集模塊包括：第一傳聲器A，用于采集所述第一聲壓信號S_A(t)；第二傳聲器B，用于采集所述第二聲壓信號S_B(t)；其中，所述第一傳聲器A和所述第二傳聲器B并列設置于待測結(jié)構件的預設部位的預設距離處，所述第一傳聲器A和所述第二傳聲器B組成聲強傳感器，且所述聲強傳感器的參考方向指向所述指定方向。

在示例性實施例中，所述傳遞函數(shù)獲取模塊120包括：第一計算單元，用于獲取所述平均聲壓譜P_AB(ω)與所述聲強譜I_AB(ω)的差值D_AB(ω)＝P_AB(ω)-I_AB(ω)；幅值系數(shù)獲取單元，用于根據(jù)所述差值D_AB(ω)獲取所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)投影至所述指定方向的幅值系數(shù)K_AB(ω)；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述幅值系數(shù)K_AB(ω)轉(zhuǎn)換為所述傳遞函數(shù)H(ω)。

在示例性實施例中，所述指定方向聲壓信號獲取模塊130包括：卷積系數(shù)獲取單元，用于獲取所述傳遞函數(shù)的倒數(shù)1/H(ω)的卷積系數(shù)F(t)；指定方向聲壓信號提取單元，用于根據(jù)所述第一聲壓信號S_A(t)或者所述第二聲壓信號S_B(t)與所述卷積系數(shù)F(t)獲取所述指定方向聲壓信號W(t)。

本發(fā)明實施例公開的用于獲取指定方向聲壓信號的方法及裝置，通過通過平均聲壓譜和聲強譜生成傳遞函數(shù)H，并通過對傳遞函數(shù)的倒數(shù)1/H計算卷積系數(shù)，與原始聲壓波形進行卷積計算，得到指定方向的聲壓波形，可以得到結(jié)構件上的某部位指向傳感器的方向上的聲壓波形。一方面，本發(fā)明能夠適用于較大尺寸結(jié)構件的各部位輻射的不同的噪聲。另一方面，本發(fā)明既可以解決聲壓測量中不具有方向性的問題，又解決了聲強測量僅有頻譜不能得到波形的問題。

以上具體地示出和描述了本公開的示例性實施例。應該理解，本公開不限于所公開的實施例，相反，本公開意圖涵蓋包含在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。