一种传声器安装结构及传声器阵列装置

技术领域

本发明涉及声音信号采集技术领域，尤其是涉及一种传声器安装结构及传声器阵列装置。

背景技术

在声学实验及声学测试中，常使用传声器阵列进行声学测试。传声器阵列是一种由若干个传声器组成的，按照特定的距离、角度布置于被测对象附近的声学测量装置。传声器通常安装在阵列支架上，在对被测对象进行声学测试时，震动会对测试结果造成干扰，降低测试结果的准确性，且为了传声器阵列阵型的多样性，传声器多需频繁拆卸，效率低且降低了传声器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种传声器安装结构及传声器阵列装置，提高测试结果的准确性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种传声器安装结构，包括由柔性材料制成的传声器安装座和传声器座固定梢；

所述传声器安装座一端设有用于传声器安装的固定座，另一端设有球关连接座，传声器座固定梢一端设有与球关连接座配合的球形关节，另一端设有安装部，球关连接座上设有角度固定孔，安装部上设有防滑减震纹。

优选地，所述角度固定孔为贯穿球关连接座一侧壁面的螺纹孔，用于使球关连接座与球形关节之间角度固定的定位件可拆卸安装于所述螺纹孔上。

优选地，所述固定座包括第一传声器标准固定座、第二传声器标准固定座和麦克风PCB固定座。

优选地，所述安装部呈中空圆柱体结构，传声器座固定梢内部设有走线孔。

优选地，所述传声器安装座和传声器座固定梢由热塑性聚氨酯弹性体3D打印而成。

一种传声器阵列装置，包括上述传声器安装结构、传声器和阵列支架，传声器通过传声器安装结构可拆卸安装于阵列支架上。

优选地，所述阵列支架包括圆环安装板、支撑杆和底座；

所述圆环安装板上等间隔设有传声器安装孔，传声器安装结构通过安装部安装于传声器安装孔内，支撑杆连接圆环安装板和底座。

进一步优选地，所述圆环安装板的横截面呈方形，传声器安装孔与圆环安装板轴线平行，传声器安装孔端面与圆环安装板平齐。

更进一步优选地，所述圆环安装板的横截面为长5cm、宽3cm的长方形。

进一步优选地，所述阵列支架包括多个直径不同的圆环安装板，各圆环安装板按直径从大到小依次排列并通过连接组件连接，位于最外侧的直径最大的圆环安装板连接支撑杆。

更进一步优选地，位于最内侧圆环安装板中央设有相机固定孔，除了声音采集外可供拓展相机来完成声成像的实验内容。

进一步优选地，所述底座与地面接触的一面带有减震橡胶垫，在带有震动噪声的噪声测量工况中能够有效屏蔽震动噪声的干扰。

更进一步优选地，所述底座采用金属泡沫铜加工而成。

优选地，所述圆环安装板采用金属泡沫铜加工而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明传声器安装结构采用柔性材料，且在安装部上设防滑减震纹，在震动工况下能有效屏蔽阵列自带震动噪声的干扰，能够提高测试结果的准确性；

2.本发明传声器安装结构材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)，具有承载能力强、抗冲击性强及减震性能突出等特点；

3.本发明传声器安装结构采用3D打印柔性材料，其特殊的构造可以满足多种传声器外形的固定，提高了声阵列传声器安装的灵活性且节约了制作成本以及材料；

4.本发明通过球关连接座和球形关节的配合设置，可以调整麦克风的收声角度，提高传声器安装结构的灵活性；

5.本发明传声器阵列在平面上设置时，可作为一个平面声阵列使用，可以通过设置不同的阵型来评估声阵列综合性能、分辨率和旁瓣抑制效果，有助于提升定位精度和空间分辨率；

6.本发明可在阵列支架的圆环安装板上选择性安装传声器安装结构，传声器安装结构为活动件，当声阵列往外拓展为半球声阵列时可以使传声器自由的旋转到自定义角度来自定义传声器的吸声角度；

7.本发明传声器无需频繁拆卸，提高效率且延长了传声器的使用寿命；

8.本发明传声器阵列装置使用模块化设计，方便拆卸，使用时只需要通过伸缩、折叠操作来安装，十分的便携。

附图说明

图1为本发明传声器安装结构的结构示意图；

图2为本发明传声器安装结构的剖视图；

图3为本发明传声器阵列装置的局部结构示意图；

图4为本发明传声器阵列装置的爆炸图；

图5为本发明传声器阵列装置的侧视图；

图6为本发明平面阵列设计图；

图中：1-传声器安装结构，11-传声器安装座，111-球关连接座，1111-角度固定孔，112-第一传声器标准固定座，113-第二传声器标准固定座，114-麦克风PCB固定座，12-传声器座固定梢，121-球形关节，122-安装部，2-圆环安装板，21-传声器安装孔，22-阵列固定扣安装孔，3-支撑杆，31-阵列固定扣，32-可伸缩支撑杆，321-插栓孔，4-底座，41-旋转机构，5-连接组件，51-鱼眼杆，52-环形曲臂，53-鱼眼杆端关节轴承座，6-相机固定座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种传声器安装结构，如图1所示，包括传声器安装座11和传声器座固定梢12。如图2所示，传声器安装座11一端设有固定座，另一端设有球关连接座111，传声器可拆卸安装于固定座上，传声器座固定梢12一端设有球形关节121，另一端设有安装部122，球形关节121与球关连接座111配合连接，安装部122用于将传声器安装结构安装于阵列支架上。

本实施例中，传声器安装座11和传声器座固定梢12均由柔性材料制成，球关连接座111上设有角度固定孔1111，安装部122上设有防滑减震纹。

实施例2

一种传声器安装结构，传声器安装座11一端设有第一传声器标准固定座112、第二传声器标准固定座113和麦克风PCB固定座114，第一传声器标准固定座112和第二传声器标准固定座113分别安装两种标准的驻极体传声器，非标设计的MEMS麦克风PCB板通过麦克风PCB固定座114来固定。具体地，第一传声器标准固定座112可用于四分之一英寸标准传声器的固定，第二传声器标准固定座113可用于二分之一英寸标准传声器的固定。安装部122呈中空圆柱体结构，传声器座固定梢12内部设有走线孔，以上几种麦克风均可通过走线孔将信号线走到阵列的背部。

本实施例中，传声器安装座11和传声器座固定梢12由热塑性聚氨酯弹性体3D打印而成，角度固定孔为贯穿球关连接座111一侧壁面的螺纹孔，其余与实施例1相同。

实施例3

一种传声器阵列装置，如图3～5所示，包括传声器安装结构1、传声器和阵列支架，传声器通过传声器安装结构1可拆卸安装于阵列支架上，形成传声器阵列。

传声器安装结构1包括传声器安装座11和传声器座固定梢12，在实验中先将传声器座固定梢12插入传声器安装孔21，再将传声器安装座11扣入传声器座固定梢12，传声器座固定梢12与传声器安装座11的安装为类似关节的同心嵌套配合，在确定传声器的安装角度之后将螺栓拧入球关连接座111上的角度固定孔1111。

阵列支架包括六个直径等距增大的圆环安装板2，六个圆环安装板2同心配合，直径由内向外依次以20cm增大，最内侧圆环安装板2的直径为20cm，最外侧圆环安装板2通过支撑杆3连接底座4，相邻圆环安装板2通过连接组件5连接。在每一个圆环安装板2上均匀设置有传声器安装孔21，用于安装传声器安装结构1。传声器安装孔21的数量规律为由最内侧圆环安装板2的8个传声器安装孔21往外，数量依次增加8，总数达到168，阵列孔径为120cm，以此来实现传声器阵列形状选择的多样化。

传声器阵列的平面阵列设计图如图6所示，传声器总个数M可表示为：

其中，Z(2≤z≤Z)表示圆环安装板的个数，C

每个传声器所占传声器阵列面积S可表示为：

其中，d为最内圈圆环安装板的直径，S

其中，D为阵列孔径。

传声器径向位置t

对于每个圆环阵列的偏移角度θ表示为：

每个圆环内传声器按Δθ

综上，每个圆环安装板2上的各个传声器角度可总结为：

θ

在柱坐标系中，每个传声器布置的坐标可通过求得的t

本实施例装置便于自定义传声器阵列的空间几何形式使得能更好观测声阵列不同的主瓣宽度和旁瓣数级，通过这种设计，在实际运用中可以选择一个性能较好的拓扑结构来完成不同工况中的声音信号采集、定位任务。

实施例4

一种传声器阵列装置，连接组件5包括鱼眼杆51、环形曲臂52和鱼眼杆端关节轴承座53，两个相邻的圆环安装板2之间各由三组鱼眼杆51、鱼眼杆端关节轴承座座53、环形曲臂52连接得以保证同心。此时相邻的圆环安装板2在三组鱼眼杆51、鱼眼杆端关节轴承座53、环形曲臂52的刚性约束之下能够做声阵列面的垂向拉伸，圆环安装板2之间存在同心旋转，由此声阵列体由平面拉伸为一个半球面，该半球面的直径可以在合理的动态范围内进行自定义，半球面上传声器的密度、排列组合和指向角度可以根据需求来进行分布，在展开半球面阵状态下可以实现声场重构的实验。当传声器阵列装置展开为半球形时可以通过传声器安装结构球关连接座和球形关节的配合来调整麦克风的收声角度。

同理当六个圆环安装板2处于同平面的配合状态时，声阵列装置收缩为平面阵状态，在声阵列中心设置有相机固定座6，在平面阵状态下可以拓展相机配件来满足声学相机的实验需求。其余与实施例3相同。

实施例5

一种传声器阵列装置，最外圈圆环安装板2通过阵列固定扣安装孔22和阵列固定扣31进行刚性连接，阵列固定扣31可旋转，底部与可伸缩支撑杆32连接，可伸缩支撑杆32包括多节嵌套连接的支撑杆，在各节支撑杆上设有一系列插栓孔321，可以自由调整圆环安装板2离地面的高度，底座4通过旋转机构41连接可伸缩支撑杆32的底部，底座4与地面接触的一面带有减震橡胶。其余与实施例4相同。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。