一种小型空间声源方位探测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种小型空间声源方位探测装置，该装置包括线路板；固定设置在线路板上且呈中心对称分布的三个或者三个以上MEMS声电换能器，相邻MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一；以及微控制单元，每一MEMS声电换能器均分别与微控制单元相电连接；微控制单元根据三个或者三个以上MEMS声电换能器采集的声音信号，获得空间声源的方位信息。本实用新型专利技术还提供了一种空间声源方位探测方法。本实用新型专利技术小型空间声源方位探测装置具有超小的空间尺寸，且能精确的探测声源的方位信息。

【技术实现步骤摘要】
一种小型空间声源方位探测装置
本技术涉及语音信号处理
，具体地，涉及一种小型空间声源方位探测装置。
技术介绍
声学矢量传感器最早的实现来源于潜艇声呐应用，即矢量水听器(vectorhydrophone)，用于被动式探测敌舰所发出的声音，并准确侦测其方位和距离。矢量水听器的实现方式很多，早期最重要的实现方式为：将一个对振动敏感的振子悬浮在液体中，周围施加弹性约束，再外面是刚性保护壳并有多孔结构，保证水流可以自由进出。声音在液体中的传播是有方向的纵波，会引起前述悬浮振子的振动，振动的幅度即为声压，振动的方向即为声音的方向。前述悬浮振子振动的幅度和方向被振子周围的弹性约束结构转换为电信号，然后被电路放大并转换为电信号。后来出现了在空气中实现上面类似的结构，但是该种结构设计的外壳无法保证空气可自由振动，使得这种声学矢量传感器在空气中实施难度很大，不容易制造，没有成熟的MEMS声学矢量传感器实现方法，且难以小型化。真正首次实现空气中的矢量传感器技术的是荷兰的Microflown技术公司，技术了所谓“微流传感器”的microflownsensor，microflownsensor是通过两根比较靠近且均加热至200摄氏度的铂金属丝设计而成，当空气经过两加热箔金属箔丝后会出现不同的温度变化，通过检测该温度变化而分析获得声源信息。这种MEMS声学矢量传感器具有如下缺点：制备工艺复杂，成本非常高；频响范围较低，只能到10kHz；两根铂金属丝距离非常近，其差分原理将大大增强低频信号，故低频较多的声音会形成强烈的“干扰”。此外，microflownsensor只能测量一维的矢量，要真正侦测声源方向需要多颗microflownsensor。但是其不能统一制造会增加成本，加之microflownsensor本身的工艺就复杂，良品率低，故造价十分高昂，一颗要上万欧元或十数万人民币，只能用在工业或军事领域。除此之外，因为该种microflownsensor结构复杂，不便小型化设计，限制了其推广应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种小型空间声源方位探测装置，该装置具有超小的空间尺寸，且能精确的探测声源的方位信息。为了达到上述目的，本技术提供一种小型空间声源方位探测装置，所述装置包括线路板；固定设置在所述线路板上且呈中心对称分布的三个或者三个以上MEMS声电换能器，所述MEMS声电换能器用于将接收的声源信号转换为电信号，相邻所述MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一；以及微控制单元，每一所述MEMS声电换能器均分别与所述微控制单元相电连接；所述微控制单元根据所述三个或者三个以上MEMS声电换能器采集的声音，获得空间声源的方位信息。根据本技术的一个实施例，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器均为相同的全向MEMS声电换能器，且呈中心对称分布在所述线路板上，相邻所述全向MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一。根据本技术的一个实施例，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器为处在同一平面上的三个或者三个以上MEMS声电换能器，且所述三个或者三个以上MEMS声电换能器呈中心对称分布在所述线路板上。根据本技术的一个实施例，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器为处于不同平面上的四个或者四个以上MEMS声电换能器。根据本技术的一个实施例，所述装置还包括具有电磁屏蔽作用的第一屏蔽上盖，所述第一屏蔽上盖与所述线路板构成第一电磁屏蔽区域；所述三个或者三个以上MEMS声电换能器和微控制单元处于所述第一电磁屏蔽区域内。根据本技术的一个实施例，所述装置还包括具有电磁屏蔽作用且位于所述第一屏蔽上盖外围的第二屏蔽上盖，所述第二屏蔽上盖与所述线路板构成第二电磁屏蔽区域，所述第一电磁屏蔽区域处于所述第二电磁屏蔽区域内，所述第二屏蔽上盖的侧面设置有导线孔。根据本技术的一个实施例，所述第一屏蔽上盖和/或第二屏蔽上盖与所述线路板上的接地线相导通。根据本技术的一个实施例，所述线路板上与每一所述MEMS声电换能器贴合的部位均设置有开孔，且所述开孔与所述MEMS声电换能器的进音孔对准。根据本技术的一个实施例，所述装置还包括设置在所述线路板开孔一侧的透声层，所述透声层固定设置在所述第二屏蔽上盖上。根据本技术的一个实施例，所述透声层为防风棉或者防水透声膜。根据本技术的一个实施例，所述透声层通过卡扣或者胶粘的方式固定在所述第二屏蔽上盖上。本技术的另外一个目的还在于提供一种根据本技术小型空间声源方位探测装置的空间声源方位探测方法，所述方法包括以下步骤：S1、从三个或者三个以上MEMS声电换能器中选定至少三个MEMS声电换能器作为MEMS声电换能器组合，并选定等相位点，根据有限差分原理构建包含至少两路差分信号和一路全向信号的声矢量信号；S2、利用所述至少两路差分信号和一路全向信号求得至少两路传感器间数据比，得到空间声源方位的一次测量结果；S3、重新选定所述MEMS声电换能器组合的等相位点，重复步骤S1和S2，从多个不同的等相位点对空间声源方位进行多次测量；S4、对多次测量的结果进行加权平均，得到精确的空间声源方位探测结果。根据本技术的一个实施例，所述步骤S1中，根据有限差分原理优选构建两路差分信号和一路全向信号，两路差分信号在同一平面内，且其波束方向图呈一夹角L，所述夹角L范围为[30°，150°]。根据本技术的一个实施例，所述夹角L为90°。根据本技术的一个实施例，所述步骤S1中，根据有限差分原理优选构建三路差分信号和一路全向信号，所述三路差分信号处于不同平面，且任意一路差分信号与另外两路差分信号所在平面的夹角不小于30°且不大于150°。根据本技术的一个实施例，所述三路差分信号相互正交。本技术相对于现有技术，具有以下有益效果：(1)本技术小型空间声源方位探测装置利用多个MEMS声电换能器和专用处理芯片构建体积超小的传声装置，不仅可以采集声场的声压信息，同时可采集声场的方向性信息，从而探测声场中主要声源的方向；(2)本技术小型空间声源方位探测装置采用最标准最成熟全向MEMS声电换能器搭建而成，无需额外设计新的MEMS声电换能器制备工艺，成本可以做到最低，满足消费电子的需求；(3)本技术小型空间声源方位探测装置在超小的封装体积内且多个MEMS声电换能器如此接近的情况下，解决了差分信号在低频段的白噪声增益过大的问题；也解决了MEMS声电换能器之间的频响和相位不一致带来的差分估计误差问题。附图说明图1是本技术小型空间声源方位探测装置的结构示意图；图2是本技术实施例示意图；图3是本技术实施例示意图；图4(a)、(b)、(c)是本技术实施例示意图；图5(a)、(b)、(c)、(d)是本技术实施例示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。如图1所示为本技术小型空间声源方位探测装置的结构示意图，该装置包括线路板10；固定设置在线路板10上且呈中心对称分布的三个或者三个以上MEMS声电换能器20，本技术实施例中，由于实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型空间声源方位探测装置，其特征在于，所述装置包括线路板；固定设置在所述线路板上且呈中心对称分布的三个或者三个以上MEMS声电换能器，所述MEMS声电换能器用于将接收的声源信号转换为电信号，相邻所述MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一；以及微控制单元，每一所述MEMS声电换能器均分别与所述微控制单元相电连接；所述微控制单元根据所述三个或者三个以上MEMS声电换能器采集的声音信号，获得空间声源的方位信息。

【技术特征摘要】
1.一种小型空间声源方位探测装置，其特征在于，所述装置包括线路板；固定设置在所述线路板上且呈中心对称分布的三个或者三个以上MEMS声电换能器，所述MEMS声电换能器用于将接收的声源信号转换为电信号，相邻所述MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一；以及微控制单元，每一所述MEMS声电换能器均分别与所述微控制单元相电连接；所述微控制单元根据所述三个或者三个以上MEMS声电换能器采集的声音信号，获得空间声源的方位信息。2.根据权利要求1所述的小型空间声源方位探测装置，其特征在于，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器均为相同的全向MEMS声电换能器，且呈中心对称分布在所述线路板上，相邻所述全向MEMS声电换能器之间的距离不大于声源信号最短波长的二分之一。3.根据权利要求2所述的小型空间声源方位探测装置，其特征在于，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器为处在同一平面上的三个或者三个以上MEMS声电换能器，且所述三个或者三个以上MEMS声电换能器呈中心对称分布在所述线路板上。4.根据权利要求2所述的小型空间声源方位探测装置，其特征在于，所述三个或者三个以上MEMS声电换能器为处于不同平面上的四个或者四个以上MEMS声电换能器。5.根据权利要求3所述的小型空间声源方位探测装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：石伟，
申请(专利权)人：深圳海岸语音技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44