CN104535038B - 一种用于自动化测量高密度全空间hrtf的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，主要由一支撑底座，一摆臂机构支撑座，一仰角旋转装置，一垂直摆臂，一座椅支撑座，一方位角旋转装置，一座椅装置，一水平支撑杆及一配重装置组成。藉此，实现全空间HRTF数据库测量工作，满足机载数据应用。

Description

一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置
技术领域
本发明涉及语音设备，特别是应用于飞机上的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置。
背景技术
HRTF（Head-RelatedTransferFunction）数据库是3D音响告警技术中的核心内容。为使3D音响告警技术走向机载工程化应用，必须首先获取准确的HRTF数据库。实验测量是获取准确的HRTF数据的常用方法，目前国内有研究机构通过实验测量建立了HRTF数据库，但多为藉助人工控制的方法实现方位角和仰角改变，且没有包含全空间数据库量，精度差，影响机载产品的应用。
为此，中国人民解放军航空医学研究所的中国发明专利CN103631270A提出了一种导轨旋转式链条传动声源位置调节载人HRTF测量转台。请参见图1，包括：圆轨道、转台、座椅、刻度盘、音箱滑动托架、链条传动装置等，所述装置由导轨旋转和链条传动实现声源的空间位置定位，通过转台转动带动导轨水平转动，通过脚蹬转轮带动链条上的音箱在导轨上滑动实现HRTF测量所需的声源空间定位。尽管上述测量转台具有全空间测量等特点，但其因圆导轨的设计存在占用空间大的问题，并且为了测量的精度，需提高圆导轨的整圆加工要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的关于HRTF的测量装置，用以解决现有技术中占用空间大，加工要求高的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一支撑底座，所述支撑底座具有一第一端及一与所述支撑底座的所述第一端相对的第二端；
一摆臂机构支撑座，所述摆臂机构支撑座设置于所述支撑底座的所述第一端；
一仰角旋转装置，所述仰角旋转装置设置于所述摆臂机构支撑座上；
一垂直摆臂，所述垂直摆臂与所述仰角旋转装置相结合，所述垂直摆臂具有一第一端及一与所述垂直摆臂的所述第一端相对的第二端；
一座椅支撑座，所述座椅支撑座设置于所述支撑底座的所述第二端；
一方位角旋转装置，所述方位角旋转装置设置于所述座椅支撑座上；
一座椅装置，所述座椅装置设置于所述方位角旋转装置上，藉由所述方位角旋转装置实现受试者的头部绕一垂直轴线自转，所述座椅装置上有一头部固定装置，用以固定受试者的头部；
一水平支撑杆，所述水平支撑杆具有一第一端及一与所述水平支撑杆的所述第一端相对的第二端，其中，所述水平支撑杆的所述第一端与所述垂直摆臂的所述第二端相结合，所述水平支撑杆的所述第二端上具有一扬声器悬挂装置，用以固定一扬声器，藉由所述仰角旋转装置实现所述垂直摆臂连同所述水平支撑杆以带动所述扬声器沿一竖直圆周转动，其中，受试者的头部、所述扬声器的向心与所述竖直圆周的圆心三者同心；以及，
一配重装置，所述配重装置设置于所述垂直摆臂的所述第二端，用以使所述垂直摆臂平衡匹配。
作为一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置的优选方案，所述仰角旋转装置由一第一电机及一减速机组成，其中，所述减速机具有一输入端及一输出端，所述第一电机的电机轴与所述减速机的输入端相连，所述减速机的输出端与所述垂直摆臂相连；所述方位角旋转装置由一第二电机及一齿轮机构组成，其中，所述齿轮机构具有一输入端及一输出端，所述第二电机的电机轴与所述齿轮机构的输入端相连，所述齿轮机构的输出端与所述座椅装置相连。
作为一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置的优选方案，所述仰角旋转装置及所述方位角旋转装置由一计算机控制。
作为一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置的优选方案，所述仰角旋转装置的旋转范围为-90~90度，所述方位角旋转装置的旋转范围为0~360度。
作为一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置的优选方案，所述垂直摆臂与所述水平支撑杆间连有一斜拉支撑杆，所述垂直摆臂、所述水平支撑杆及所述斜拉支撑杆界定出一三角形的区域，所述区域由一连接板填充。
作为一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置的优选方案，所述垂直摆臂长4.1m，所述水平支撑杆长1.9m，所述斜拉支撑杆长1.7m，所述竖直圆周的半径为1.7m。
采用上述技术方案，具备结构简单，占用空间小的特点，实现HRTF测量角度的调整方便、准确，简化调整过程，提高HRTF测量的精度，并能实现全空间HRTF数据库测量工作，满足机载数据应用。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图。
图2是本发明所涉及的坐标系参考图。
图3是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
请参见图2，坐标系定义：扬声器方位采用逆时针坐标系，方位角0°≤θ＜360°，水平面上θ=0°为正前方，逆时针方向θ=90°，180°和270°分别为正左，正后和正右方向，仰角-90°≤φ≤90°，-90°，0°和+90°表示正下方、水平面和正上方。
请参见图3，图中所示的是一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，主要由一支撑底座1，一摆臂机构支撑座2，一仰角旋转装置3，一垂直摆臂5，一座椅支撑座4，一方位角旋转装置10，一座椅装置11，一水平支撑杆7及一配重装置6组成。
所述支撑底座具有一第一端及一与所述支撑底座的所述第一端相对的第二端。所述支撑底座于所述第一端及所述第二端分别具有撑脚，整体形成一“工”字形结构。本实施例中的整体长宽均为4.5m。所述支撑底座具有调水平功能，利用水平仪进行测量，可将其上重量均匀分布到各个撑脚，确保平衡。
所述摆臂机构支撑座设置于所述支撑底座的所述第一端。所述仰角旋转装置设置于所述摆臂机构支撑座上。所述垂直摆臂具有一第一端及一与所述垂直摆臂的所述第一端相对的第二端。本实施例中的所述垂直摆臂长4.1m。所述仰角旋转装置由一第一电机及一减速机组成，其中，所述减速机具有一输入端及一输出端，所述第一电机的电机轴与所述减速机的输入端相连，所述减速机的输出端与所述垂直摆臂的中间部位相连。所述仰角旋转装置可以在计算机控制下实现-90°~90°旋转。
所述座椅支撑座设置于所述支撑底座的所述第二端。所述方位角旋转装置设置于所述座椅支撑座上。所述方位角旋转装置由一第二电机及一齿轮机构组成，其中，所述齿轮机构具有一输入端及一输出端，所述第二电机的电机轴与所述齿轮机构的输入端相连，所述齿轮机构的输出端与所述座椅装置相连。所述方位角旋转装置可以在计算机控制下实现0-360°的旋转，同仰角旋转装置进行配合实现全空间HRTF数据库采集工作。
所述座椅装置设置于所述方位角旋转装置上，可承受最大250kg重量，满足测量真人受试者需要。藉由所述方位角旋转装置实现受试者的头部绕一垂直轴线自转。所述座椅装置上有一头部固定装置12，用于对真人测试者头部位置进行辅助性固定。所述头部固定装置防止测量过程中受试者的头部左右移动导致测量数据错误，头部固定装置可以根据人不同进行上下调节，调节范围0-50cm。本实施例中，所述头部固定装置主要由一竖向的导轨、位于所述导轨上的滑块及与所述滑块连接的固定卡爪组成。并且，所述方位角旋转装置还包括有手摇升降机构（此为现有结构，广泛用于办公椅等中），用于调整所述座椅装置的高低。
所述水平支撑杆具有一第一端及一与所述第一端相对的第二端，其中，所述水平支撑杆的所述第一端与所述垂直摆臂的所述第二端相结合，所述垂直摆臂与所述水平支撑杆间连有一斜拉支撑杆9，所述垂直摆臂、所述水平支撑杆及所述斜拉支撑杆界定出一三角形的区域，所述区域由一连接板填充。所述水平支撑杆的所述第二端上具有一扬声器悬挂装置，用以固定一扬声器8，藉由所述仰角旋转装置实现所述垂直摆臂连同所述水平支撑杆以带动所述扬声器沿一竖直圆周转动，其中，受试者的头部、所述扬声器的向心与所述竖直圆周的圆心同心。
所述配重装置设置于所述垂直摆臂的第二端，用以使所述垂直摆臂平衡匹配，可以方便地更换扬声器且减少控制机构输出控制功率，配重装置由配重块和螺栓和螺母组成。
使用过程如下：由一受试者坐在座椅装置上，通过计算机调节所述方位角旋转装置进行上下调整，使受试者的头部中心对准所述垂直摆臂的转动中心轴，本实施例中人头中心离地面3.3m。调节扬声器悬挂装置1对准人头中心，本实施例中扬声器距离头中心1.7m，，确保远场HRTF测量需要。利用所述人头固定装置固定人头防止左右移动，此时测量准备工作完成。
测量开始***初始化，计算机控制方位角旋转装置，使受试者面对正前方仰角、方位角(0°,0°)，计算机控制仰角旋转装置使扬声器位于仰角0°位置，***开始测量，方位角旋转装置按照计算机制定的分辨率依次测量，例如5°间隔，方位角旋转装置8顺时针旋转5°，10°，15°…355°，完成仰角0°数据库测量工作，依次类推完成仰角（-90°，90°）全空间数据库测量。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，包括，
一支撑底座，所述支撑底座具有一第一端及一与所述支撑底座的所述第一端相对的第二端；
一摆臂机构支撑座，所述摆臂机构支撑座设置于所述支撑底座的所述第一端；
一仰角旋转装置，所述仰角旋转装置设置于所述摆臂机构支撑座上；
一垂直摆臂，所述垂直摆臂与所述仰角旋转装置相结合，所述垂直摆臂具有一第一端及一与所述垂直摆臂的所述第一端相对的第二端；
一座椅支撑座，所述座椅支撑座设置于所述支撑底座的所述第二端；
一方位角旋转装置，所述方位角旋转装置设置于所述座椅支撑座上；
一座椅装置，所述座椅装置设置于所述方位角旋转装置上，藉由所述方位角旋转装置实现受试者的头部绕一垂直轴线自转，所述座椅装置上有一头部固定装置，用以固定受试者的头部；
一水平支撑杆，所述水平支撑杆具有一第一端及一与所述水平支撑杆的所述第一端相对的第二端，其中，所述水平支撑杆的所述第一端与所述垂直摆臂的所述第二端相结合，所述水平支撑杆的所述第二端上具有一扬声器悬挂装置，用以固定一扬声器，藉由所述仰角旋转装置实现所述垂直摆臂连同所述水平支撑杆以带动所述扬声器沿一竖直圆周转动，其中，受试者的头部、所述扬声器的向心与所述竖直圆周的圆心三者同心；以及，
一配重装置，所述配重装置设置于所述垂直摆臂的所述第二端，用以使所述垂直摆臂平衡匹配。
2.根据权利要求1所述的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，所述仰角旋转装置由一第一电机及一减速机组成，其中，所述减速机具有一输入端及一输出端，所述第一电机的电机轴与所述减速机的输入端相连，所述减速机的输出端与所述垂直摆臂相连；所述方位角旋转装置由一第二电机及一齿轮机构组成，其中，所述齿轮机构具有一输入端及一输出端，所述第二电机的电机轴与所述齿轮机构的输入端相连，所述齿轮机构的输出端与所述座椅装置相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，所述仰角旋转装置及所述方位角旋转装置由一计算机控制。
4.根据权利要求1所述的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，所述仰角旋转装置的旋转范围为-90~90度，所述方位角旋转装置的旋转范围为0~360度。
5.根据权利要求1所述的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，所述垂直摆臂与所述水平支撑杆间连有一斜拉支撑杆，所述垂直摆臂、所述水平支撑杆及所述斜拉支撑杆界定出一三角形的区域，所述区域由一连接板填充。
6.根据权利要求5所述的一种用于自动化测量高密度全空间HRTF的测量装置，其特征在于，所述垂直摆臂长4.1m，所述水平支撑杆长1.9m，所述斜拉支撑杆长1.7m，所述竖直圆周的半径为1.7m。
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