激光反射法音頻聲源定位與語(yǔ)音內(nèi)容解析

激光反射法音頻聲源定位與語(yǔ)音內(nèi)容解析摘要隨著當(dāng)今世界科技的發(fā)展，激光的應(yīng)用也越來(lái)越廣。不僅能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)距，還可以精確的定位聲源，并還原其內(nèi)容。在這里我們干涉法測(cè)量玻璃的振動(dòng)振幅來(lái)確定聲源位置和測(cè)量聲源的頻率從而解析出語(yǔ)音內(nèi)容。關(guān)鍵詞邁克爾遜干涉儀一、合理假設(shè)：玻璃振動(dòng)只受揚(yáng)聲器發(fā)出聲波的影響，不受反射聲波的影響。由于揚(yáng)聲器距聲源2米，后方空間更大，在來(lái)回反射過(guò)程中能力損耗大。假設(shè)聲源的高度知道。由于題目只要求聲源的水平位置，高度可以事先測(cè)量。二、激光干涉法測(cè)量玻璃的振幅與頻率。（排除）激光干涉法是以激光干涉原理為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量的一種光學(xué)測(cè)量方法，與一半的測(cè)量方法相比，激光干涉法具有較高的精度。本次比賽我們采取激光的干涉現(xiàn)象來(lái)測(cè)量玻璃表面的位移，其原理圖為邁克爾遜干涉儀原理（如圖1所示）。激光束通過(guò)分光鏡分解成兩束等強(qiáng)的光束，一束為信號(hào)光束，另一束為參考光束。參考鏡面激光裝置激光束參考光束光號(hào)信被測(cè)物體激光裝置激光束參考光束光號(hào)信被測(cè)物體光敏元件信號(hào)光束通過(guò)透鏡聚焦入射到被測(cè)玻璃的表面，從被測(cè)玻璃的表面反射或散射回來(lái)的信號(hào)光束和參考光束在光敏元件上產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，如圖1所示。信號(hào)光束的和參考光束也具有相同的頻率3,不同的相位角如和。2,不同的振幅Ai和A?,即=AlCOS(O)0t—01)；支=MC0S(3()t—02)?2=A2cos(a)0t—02)假設(shè)激光束的波長(zhǎng)為入，信號(hào)光束和參考光束的空間位移為&則有2泌A0=01—02=~~假設(shè)玻璃與特定位置的距離為x,當(dāng)x=0時(shí)，信號(hào)光束和參考光束的相位差剛好為零?？紤]信號(hào)光束的入射和反射需要兩倍路程，則有4nx8=2x：A0=——A這時(shí)兩束合成的光束表示為a=?!+a2=Acos(a)t—0)/A0\ sin(0i)+sin(02/A0\ sin(0i)+sin(02)\2/ 「a】】cos?)+cos(02)COSA=V2Ao(1+cos(A0))=2A0COS根據(jù)光的強(qiáng)度與振幅的平方成正比，兩束光合成后的光強(qiáng)為2I2I=pA2=4pA^cos其中。為比例系數(shù)。每當(dāng)玻璃移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)入/2時(shí)，光強(qiáng)完成一個(gè)強(qiáng)弱變化周期。通過(guò)記錄光強(qiáng)周期變化總數(shù)n,可推斷待測(cè)距離nAx=T乂通過(guò)計(jì)算出相鄰兩個(gè)變化最頻繁(或最不頻繁)的X即可知道玻璃的振幅，再由于最小測(cè)量時(shí)間T，就可以算出振動(dòng)頻率，即1V=—nr三、激光反射法測(cè)量玻璃的振幅和振動(dòng)頻率

反射法是根據(jù)激光照到玻璃上，反射回來(lái)的光點(diǎn)會(huì)在屏幕上微小移動(dòng)，通過(guò)測(cè)量微小移動(dòng)的最大變化，就可以知道振幅的相對(duì)值，通過(guò)記錄兩次最大變化的時(shí)間，就可以知道其周期。反射原理圖如下：其中L為系統(tǒng)到玻璃的距離（10~15M）x為檢測(cè)屏到光源的距離（一般小于1米），dL為玻璃的振動(dòng)位移，dx為測(cè)量的振動(dòng)位移。可以根據(jù)相識(shí)三角關(guān)系得出：Xdx=-dL這樣麻煩就來(lái)了，dL本身很小，通過(guò)上式得到dx更小10倍。這樣以來(lái)，我們只能通過(guò)放大光路的方法測(cè)量（球面鏡散光、凹面鏡散光）現(xiàn)在先測(cè)試球面鏡散光，通過(guò)光路分析，可以將光由下式放大（如下圖）：dxDdy=M&5（l+K—sm?P+。。））0公式推導(dǎo)可以和我討論，我怕自己推錯(cuò)。四、根據(jù)玻璃振動(dòng)得出聲源位置。理論上，揚(yáng)聲器是均勻的向前半球發(fā)射信號(hào)能量，并且向前面發(fā)散的聲信號(hào)能量的衰減速率與能量傳播距離成一定的反比例關(guān)系。這樣，只要知道聲源發(fā)射的信號(hào)能量和玻璃處的聲場(chǎng)能量，方可知道玻璃與聲源的距離：E玻璃=g’+￡式中E波璃為玻璃處空氣的能量，g為能量的衰減系數(shù)，E。為聲源的發(fā)射能量,d為聲源到玻璃的距離，￡為背景噪聲能量值。假設(shè)能量的衰減系數(shù)己知，則在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，E。為己知量，背景噪聲能量可以通過(guò)揚(yáng)聲器沒(méi)有發(fā)音時(shí)測(cè)得，E玻璃可以通過(guò)激光測(cè)量玻璃的微小振動(dòng)振幅推算出玻璃處空氣的能量。因此，在測(cè)量過(guò)程中就可得到聲源與玻璃的距離。若使用兩面玻璃同時(shí)測(cè)量就可得到聲源的水平位置。如圖2

現(xiàn)在最關(guān)心的時(shí)能量的衰減系數(shù)如何得到，由于能量的衰減系數(shù)和空氣的許多性質(zhì)有關(guān)，不便于用公式直接測(cè)量，則可以通過(guò)比賽前模擬，來(lái)測(cè)量g。五、 頻率的確定和語(yǔ)音內(nèi)容解析我們可以事先記錄號(hào)某聲音的振動(dòng)頻率，然后與之對(duì)比即可。六、 檢測(cè)模塊由于精度要在1分米，單片機(jī)就32個(gè)ion,其中要由一些輸出，想用兩個(gè)單片機(jī)通訊來(lái)提高。得到的計(jì)算結(jié)果可以用電腦計(jì)算。PortL>Po