液晶电视激励异响定位实现方法

液晶电视使用中，由于扬声器声音的激励，经过电视内部的反射、衍射、混响、碰撞等，导致内部轻薄零件剧烈共振和相互碰撞产生声响，并与激励声响分离的部分为要研究的异响点，它严重时影响视听效果。通常在产品结构小试组装后，在液晶电视粉红噪声75 dB音量下，使用 100-550 Hz低频信号进行逐段频率激励，通过人耳判定的方法，确定异响出现的频率点并排除异响点。人工判定和解决问题的困难主要在于：液晶电视内部零件数量多，异响发生的位置多在机壳内部，有扬声器激励声音的干扰，内部声音经过反射混响形成-个复杂的声场，这些对人耳判定都有不利影响，且人耳判定主观性强，实现准确定位难度大。所以此方法效率很低，无法准确定出位置，导致对策冗余，无法快速有效地排除异响。本文对目标声音即异响，引入-种平面五元十字阵列被动声源定位方法，通过对异响到五元十字传声器阵列各阵元的时延估计实现定位，以克服人工判断方法的不足。平面五元十字阵列被动声源定位方法，国内研究r--. 1l381 2013第37卷第5期也比较多，主要集中在军事用途，关注于单- 自发声目标的定位，而本文是对激励发声的声源定位，较现有的研究情况更为复杂。

2 平面五元十字阵列异响定位实现方法和原理解决以上问题，实质是声源定位问题，但又与通常意义的声源定位有所差异，不仅有需要侦测的声源，还有作为动力的激励源和噪声。首先使用扫频仪进行频率范围为 100～550 Hz、周期为5 S初步扫频确定异响产生的频率点，然后通过手动调节频率范围进行锁定异响所在频率点，再使用阵列进行声音采集，获得异响到达阵列的5个时间，并通过 TDoA(TimeDelay of Ariva1) 算法，先计算时延估计再进行定位估计，最后确定出异响的位置。

具体的实现方法为运用平面五元十字传声器阵列。阵列的类型有线阵、面阵和立体阵，线阵由于其侦测有轴对称特点，会造成空间辨识不能唯-确认口 ；多篇文献证实面阵和立体阵有较精准的定位效果。本文根据液晶电视的薄层状结构，选用面阵作声 拽 投稿 网址：http：HAudioE.cn 啊冉拨露 皇重蔓， I 以ongincJring 匡0###嘲###响 囿 匡0###### ⑥囿###⑥凹 ###为研究对象，可以满足定位设计要求。液晶电视在平面上是矩形结构，本文研究阵列结构既要考虑测试对象的外形，也要满足算法的实现，所以采用矩形结构的阵列来实现。

2.1 异晌数据现场采集分析针对 32 in(1 in2.54 cm)某型号液晶电视进行现场数据采集，扬声器激励频率为 370 Hz时存在异响，取 0-1 000 Hz的频谱分析图像，如图 1所示，异响的频率值约为730 Hz，和激励频率有可辨度，适用于时延估计声源定位方法。

2.2 建立异响定位模型建立基于TV结构的定位阵列模型，异响发声的平面等效为电视平面所在的平面，传声器阵元所在的平面到电视屏幕距离为 ，阵元之间的距离为 d，阵列在电视的正前方，中心线高出电视中心，电视偏于阵列的下方距离为0，这-点为方便阵列放置和人员测试，具体如图2所示。

通过建立模型，液晶电视简化为平面结构，异响的发生锁定在此平面上，所以测距为非本文主要任务，测向性能分析是本文的重点 目标，即精确估计方位角和俯仰角。由于平面对称四元阵列定位精度和囊 投 投稿 网址 ：htp：//AudioE n目标的方位角有关等弊端 ，所以采用平面对称五元阵列如图3所示，阵元分别为 s (i0，1，2，3，4)，S。为中心点即坐标的原点，S ，S：，S，，S 距离中心 S。

的距离为 d，设 P为异响发生点，坐标设为( ，Y，z)，由于点声源传播特点是向四周呈球面发射，距离原点距离为r，俯仰角允许范围为 0 E[0，90。]，方位角允许范围为 西∈[0，360。]，传声器的位置坐标分别为S0：(0，0，0)，Sl：(d，0，0)，S2：(0，d，0)，S3：(-d，0，0)，S ：(0，-d，0)。

根据笛卡尔坐标系和球面坐标系之间存在以下转换关系x：rsinOcos6Y b (1) 2 rcosO设P点到5n点的声音时长为 r，设置 为参考点，到其他4个传声器的时延分别为 r ， r ，tr ，7"4，再根据两点距离公式，P点到S (i0，1，2，3，4)距离分别为I( - ) y z r 1)I (y-6) Z2(rCz2)l( d) y (r 3)l (Yd) (r 4)将式(1)带人式(2)，整理方程组可得d 2rC 1-(Cr1) -2rdsinOcoscb0d 2rC1-2-(Cl丁2) -2rdsinOsinb：0d 2r 3-( 3) 2rdsinOcoscb0d 2rC'r4-( 4) 2rdsinOsindp0式(3)中四式相加，可得4 44d 2rC.7"i-C2.r 0l 1 1整理得测距公式为(2)(3)(4)垒蔓 !鲞蔓 塑囫-- ～，、∑ 颦 电声 基础0###啪 ###闶 囿 匡0######t ⑥囿######凹s 5###晷 爨以下求方位角公式，由式(3)得f4rdcosb2rc( 1-下3)-C2(下 -下；)4rdsinqb2rc(下 -下 )-c (丁 -下 ) -式(6)中的两式左右分别相比tan咖： ㈩ 由于r Cz ，进-步化简可求得方位角的反函数arotanf l (8)丁1-丁3，对式(3)采用最小二乘法 ]，可得俯仰角公式如下sin 1 4[( ：由于r>>Cr ，可进-步化简为sin -号 s -c -， 詈)(t0)从而可得俯仰角公式如下arcsin[鲁 I )3 对异响定位方法的性能进行仿真通过上面式(5)、(8)、(11)可知，声源的测距、方位角和俯仰角定位精度，主要与声速 C、阵元间距d和时延差 7- 的精度有关系，实际应用中，声速为常数，阵元间距是可以根据实际状况调整，取得满意的结果；重点需要研究的是时延误差对测试结果的精度影响。