一种可拼接正六边形声阵列装置

1.本实用新型涉及声音信号采集技术领域，具体涉及一种可拼接正六边形声阵列装置。


背景技术：

2.声源定位技术，是确定声源与传声器的相对方向及距离的技术，即对声源位置进行方向与距离上的估计。目前声源定位技术主要是利用传声器来采集声信号，用信号处理技术对采集的信号进行分析和处理，从而确定声源所处的空间中的位置。在实际工程应用中，通常利用一系列相同型号的传声器，将其按照利于接收空间信号的方式排布位置，组成传声器阵列来获取一个目标方向上的声信号。
3.传声器阵列的关键影响因素主要有探测声源的频率、声源距离阵列板的距离、阵列板的孔径、麦克风数目和分布、麦克风传感器的性能。在一定条件下通过增加孔径大小和探测频率可以提高阵列的分辨率，但与此同时，动态范围作为频率的非线性函数随着频率提升其数值会变小，尤其在高频部分下降的较为明显，这样会使波束形成产生很多虚假的声源。所以当声源处于较高频率时，动态范围会明显下降导致声源位置无法明确，很多情况下，声源距离阵列板的距离，麦克风传感器的性能是固定条件无法更改的，这时最好的方式就是通过选取合理的声阵列排列方式能够在可接收动态范围提高分辨率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种可拼接正六边形声阵列装置，该声阵列装置的阵列形态可以通过拼接自由的变换。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可拼接正六边形声阵列装置，包括传声器、正六边形声阵列面板以及阵列支架；所述的正六边形声阵列面板上均匀设有小的正六边形镂空结构，镂空结构可以在消除声波反射带来的干扰的同时尽可能的减轻声阵列装置的重量，在镂空结构的周围均匀设有传声器安装孔；所述的正六边形声阵列面板的侧边上设有用于面板间拼接的凸起和凹槽；所述的传声器安装在正六边形声阵列面板上，正六边形声阵列面板安装在阵列支架上。
6.进一步地，所述的传声器通过传声器孔套安装在正六边形声阵列面板上的传声器安装孔中，所述的传声器孔套包括1/2英寸传声器固定座和1/4英寸传声器固定座，其中，1/4英寸传声器固定座嵌套在1/2英寸传声器固定座内部。
7.进一步地，所述的正六边形声阵列面板的中心位置设有用于固定相机的中心圆孔套，以通过相机来完成声成像。
8.进一步地，所述的正六边形声阵列面板的侧边的中间位置设有1/2中心圆孔套，顶角设有1/3中心圆孔套；当两个阵列相互拼接时，两个阵列面板的两条边拼接在一起，用于声成像的相机安装在阵列相互连接的两个边上的1/2中心圆孔套拼接成的完整的中心圆孔套中；当三个阵列相互拼接时，用于声成像的相机安装在阵列相互连接的三个顶角的1/3中
心圆孔套拼接成的完整的中心圆孔套中。
9.进一步地，所述的正六边形声阵列面板的侧边上设有用于面板间拼接以及面板与阵列支架安装的凸起和凹槽，还设有用于面板与阵列支架安装的空腔，其中，凸起、凹槽以及空腔的尺寸不能超过正六边形声阵列面板的边框；当阵列相互拼接时，只需要相邻阵列面板上的凹槽和凸起结合就可以保证两个阵列连接的稳定性，由于正六边形独有的特性，阵列可以无限的拼接，并且多个阵列拼接时也可以紧密结合，不会出现冲突。
10.进一步地，所述的阵列支架包括可伸缩支撑杆和阵列支架底座，支撑杆可以自由的伸缩以调整声阵列面板的高度；所述的阵列支架由铝合金加工制成；所述的可伸缩支撑杆包括三段方形铝合金嵌套式支撑杆，阵列支架底座包括圆形底座；所述的正六边形声阵列面板安装在可伸缩支撑杆上，可伸缩支撑杆安装在阵列支架底座上。
11.更进一步地，所述的可伸缩支撑杆与正六边形声阵列面板连接处设有与正六边形声阵列面板的侧边上的凸起和凹槽配套的孔槽和插销，还设有与正六边形声阵列面板的侧边上的空腔配套的立柱，可以插入到六边形阵列中，更好地固定阵列，支撑阵列的重量，保证阵列的稳定性。
12.更进一步地，当声阵列装置为单个正六边形声阵列时，正六边形声阵列面板的一边与可伸缩支撑杆连接，所述的可伸缩支撑杆与正六边形声阵列面板连接的一端为平行接触面。
13.更进一步地，当声阵列装置为两个及以上正六边形声阵列拼接时，所述的可伸缩支撑杆与拼接的阵列面板连接的一端为v字形接触面，这种连接方式最大限度的承担了阵列的重量，保证了整个装置的稳定性，在支撑杆伸长或缩短时也不会担心阵列连接处出现松动。
14.进一步地，所述的正六边形声阵列面板由孔密度高的金属泡沫铝加工制成，其整体铝的密度较低，在保证结构的硬度与抗冲击能力以外该结构具有轻量化、耐高温、耐腐蚀和防火性能强等特点。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
16.1、本实用新型为一种可拼接正六边形声阵列装置，包括正六边形声阵列和阵列支架，其中，两个及以上正六边形声阵列可通过阵列面板周围的凹槽和凸起进行拼接，阵列支架包括可伸缩支撑杆和阵列支架底座，正六边形声阵列可拆卸安装在阵列支架上；该声阵列装置具有可拆卸功能，所有组件都可以根据采集需求进行拆装，携带方便，装置灵活性高；
17.2、本实用新型可拼接正六边形声阵列装置具有两用性，正六边形声阵列不仅可以单独使用，同时还可以根据实际采集需求拼接使用；当正六边形声阵列单独使用时，正六边形声阵列面板上传声器均匀分布，摄像头设置在面板中心位置；多个正六边形声阵列拼接时，摄像头设置在拼接点中心处；使用时可以根据需求确定选择合适的阵列；
18.3、本实用新型可拼接正六边形声阵列装置的正六边形声阵列面板上设有小的正六边形镂空结构，镂空结构可以在消除声波反射带来的干扰的同时尽可能的减轻声阵列装置的重量，在镂空结构的周围均匀设有传声器安装孔，保证了传声器可以在整个阵列上均匀分布，空间使用合理；
19.4、本实用新型可拼接正六边形声阵列装置的正六边形声阵列面板采用金属泡沫
铝加工而成，有利于减少声波反射和电磁干扰带来的影响；可伸缩支撑杆由中空铝合金加工而成，重心合理分布于铝合金制造的圆形阵列支架底座，大大减轻了声阵列的重量，节约了制作成本，便于携带；
20.5、本实用新型可拼接正六边形声阵列装置中的传声器孔套采用3d打印，可以根据传声器的直径大小来决定孔套打印的尺寸，提高了阵列传声器安装的灵活性且节约了制作成本。
附图说明
21.图1为本实用新型可拼接正六边形声阵列装置的阵列面板示意图；
22.图2为本实用新型可拼接正六边形声阵列装置的阵列面板侧边示意图；
23.图3为本实用新型可拼接正六边形声阵列装置的阵列支架示意图；
24.图4为传声器孔套结构示意图；
25.图5为单个正六边形声阵列装置的安装示意图；
26.图6为两个拼接正六边形声阵列装置的安装示意图；
27.图7为三个拼接正六边形声阵列装置的安装示意图；
28.图中标识为：1：正六边形声阵列面板；11：传声器安装孔；12：中心圆孔套；12.1：1/2中心圆孔套；12.2：1/3中心圆孔套；13：凸起；14：凹槽；15：空腔；2：阵列支架；21：可伸缩支撑杆；21.1：孔槽；21.2：插销；21.3：立柱；22：阵列支架底座；3：传声器孔套；31：1/2英寸传声器固定座；32：1/4英寸传声器固定座。
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型进一步描述。
30.以下实施例中使用的各种设备皆为市售设备。
31.实施例1
32.参见图1-4，一种可拼接正六边形声阵列装置，包括传声器、正六边形声阵列面板1以及阵列支架2；
33.如图1-2所示，所述的正六边形声阵列面板1上均匀设有小的正六边形镂空结构，在镂空结构的周围均匀设有传声器安装孔11；所述的正六边形声阵列面板1的中心位置设有用于固定相机的中心圆孔套12，六边形声阵列面板1的侧边的中间位置设有1/2中心圆孔套12.1，顶角设有1/3中心圆孔套12.2；所述的正六边形声阵列面板1的侧边上设有用于面板间拼接以及面板与阵列支架2安装的凸起13和凹槽14，还设有用于面板与阵列支架2安装的空腔15；
34.如图3所示，所述的阵列支架2包括可伸缩支撑杆21和阵列支架底座22；所述的阵列支架2由铝合金加工制成；所述的可伸缩支撑杆21包括三段方形铝合金嵌套式支撑杆，阵列支架底座22包括圆形底座，圆形底座可将整个支撑杆的重量均匀分布，保证支撑杆的稳定性在采集过程中不会产生任何晃动；所述的可伸缩支撑杆21的侧边有固定的卡槽，可以使整个支撑杆在不同高度固定并保持稳定，便于调节阵列面板距离地面的高度；所述的可伸缩支撑杆21与正六边形声阵列面板1连接处设有与正六边形声阵列面板1的侧边上的凸起13和凹槽14配套的孔槽21.1和插销21.2，还设有与六边形声阵列面板1的侧边上的空腔
15配套的立柱21.3；所述的可伸缩支撑杆21的顶部形状包括水平和v字型，可根据连接阵列的形状选择合适的支撑杆；
35.如图4所示，所述的传声器孔套3包括1/2英寸传声器固定座31和1/4英寸传声器固定座32，1/4英寸传声器固定座32嵌套在1/2英寸传声器固定座31内部；
36.其中，传声器通过传声器孔套3安装在正六边形声阵列面板1上，正六边形声阵列面板1安装在可伸缩支撑杆21上，可伸缩支撑杆21安装在阵列支架底座22上。
37.实施例2：单个正六边形声阵列装置
38.如图5所示，当声阵列装置为单个正六边形声阵列时，正六边形声阵列面板1的侧边和顶部为水平的可伸缩支撑杆21相连接，通过正六边形声阵列面板1侧边上的凸起13和凹槽14与可伸缩支撑杆21顶部的孔槽21.1和插销21.2的完美拼接以及正六边形声阵列面板1侧边的空腔15和可伸缩支撑杆21顶部的立柱21.3嵌套配合加固支撑，保证阵列的稳定性，可以选择在阵列面板中央的中心圆孔套12中安装照相机，结合麦克风传声器完成对声音信号的采集。
39.实施例3：两个拼接正六边形声阵列装置
40.如图6所示，当声阵列装置为两个正六边形声阵列拼接时，两个正六边形声阵列面板1通过侧边的凸起13和凹槽14拼接在一起，两个阵列的中心点在同一水平线上，并将其侧边和顶部为v字型的可伸缩支撑杆21相连接，通过正六边形声阵列面板1侧边上的凸起13和凹槽14与可伸缩支撑杆21顶部的孔槽21.1和插销21.2的完美拼接以及正六边形声阵列面板1侧边的空腔15和可伸缩支撑杆21顶部的立柱21.3嵌套配合加固支撑，保证阵列的稳定性，可以选择将用于声成像的相机安装在阵列相互连接的两个边上的1/2中心圆孔套12.1拼接成的完整的中心圆孔套12中，结合麦克风传声器完成对声音信号的采集。
41.实施例4：三个拼接正六边形声阵列装置
42.如图7所示，当声阵列装置为三个正六边形声阵列拼接时，三个正六边形声阵列面板1通过侧边的凸起13和凹槽14拼接在一起，三个顶角处的1/3中心圆孔套12.2拼接成的完整的中心圆孔套12到每个阵列的中心点距离相同，并将其侧边和顶部为v字型的可伸缩支撑杆21相连接，通过正六边形声阵列面板1侧边上的凸起13和凹槽14与可伸缩支撑杆21顶部的孔槽21.1和插销21.2的完美拼接以及正六边形声阵列面板1侧边的空腔15和可伸缩支撑杆21顶部的立柱21.3嵌套配合加固支撑，保证阵列的稳定性，可以选择将用于声成像的相机安装在阵列相互连接的三个顶角处的1/3中心圆孔套12.2拼接成的完整的中心圆孔套12中，结合麦克风传声器完成对声音信号的采集。该三个拼接正六边形声阵列装置使用一个圆形的阵列支架底座，在声阵列整体收缩时声阵列的中心和底座的重心在同一直线上，可以在支撑杆伸缩时保持阵列的稳定性，使设计的便携性得到进一步的优化，在声阵列展开时声阵列底座平置于地面上，采集时可以在现场直接安装传声器，极大的提高了效率。
43.实施例5：一种可拼接正六边形声阵列装置，包括正六边形声阵列面板以及阵列支架；所述的正六边形声阵列面板上均匀设有小的正六边形阵列，每个小的正六边形阵列连接点处都设有一个传声器定位点；其中，正六边形声阵列面板的边长可设为80cm，除去阵列的边框，每个阵列侧边都可以均匀分布6个边长为10cm的小的正六边形阵列。
44.综上所述，本实用新型一种可拼接正六边形声阵列装置，该装置便于自定义传声器阵列的空间几何形式，在不同的实验场景中，对传声器阵列的空间几何形式要求不一样；
在接收一个单一指向性的声音信号，例如在实验室测白噪声，在安静场所测量人说话所处的位置，不会有其它声源的干扰。这时单一传声器阵列的动态范围就可以达到要求；在接受多个声音信号时，不同的声源之间存在声压级差，如果传声器阵列的动态范围太小，则只能定位到声压级较大的声源，例如测量轨道噪声，列车经过时会有其他不同位置的噪声干扰，或者是在不同位置探测多个音响发出的声音，单个传声器阵列无法满足要求，可通过阵列间平行拼接变成线性阵列，线性阵列覆盖均匀，扩散度高，其动态范围可以满足在大范围内对声音进行探测，完成对目标声音信号的采集；在目标声源频率较低时，需要更高精度的测量，例如在测量地铁车厢内某些器件的故障，由于地铁车厢极好的隔音，很难接受到目标声音信号，且干扰声源较多，或者消声室对声源进行测试，此时通过多个阵列拼接，保证相机在组合阵列中心位置，极大的提高了传声器阵列的动态范围，传感器数量的增加使得低频性能有了很明显的提升，更准确的实现对声源的定位，完成对目标声音信号的采集。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。