激光反射法音頻聲源定位與語音內(nèi)容解析

激光反射法音頻聲源定位與語音內(nèi)容解析摘要隨著當今世界科技的發(fā)展，激光的應(yīng)用也越來越廣。不僅能實現(xiàn)準確測距，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量玻璃的振動振幅來確定聲源位置和測量聲源的頻率從而解析出語音內(nèi)容。關(guān)鍵詞邁克爾遜干涉儀一、合理假設(shè)：玻璃振動只受揚聲器發(fā)出聲波的影響，不受反射聲波的影響。由于揚聲器距聲源2米，后方空間更大，在來回反射過程中能力損耗大。假設(shè)聲源的高度知道。由于題目只要求聲源的水平位置，高度可以事先測量。二、激光干涉法測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)進行測量的一種光學測量方法，與一半的測量方法相比，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)象來測量玻璃表面的位移，其原理圖為邁克爾遜干涉儀原理（如圖1所示）。激光束通過分光鏡分解成兩束等強的光束，一束為信號光束，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信被測物體激光裝置激光束參考光束光號信被測物體光敏元件信號光束通過透鏡聚焦入射到被測玻璃的表面，從被測玻璃的表面反射或散射回來的信號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)激光束的波長為入，信號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x=0時，信號光束和參考光束的相位差剛好為零?？紤]信號光束的入射和反射需要兩倍路程，則有4nx8=2x：A0=——A這時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)光的強度與振幅的平方成正比，兩束光合成后的光強為2I2I=pA2=4pA^cos其中。為比例系數(shù)。每當玻璃移動半個波長入/2時，光強完成一個強弱變化周期。通過記錄光強周期變化總數(shù)n,可推斷待測距離nAx=T乂通過計算出相鄰兩個變化最頻繁(或最不頻繁)的X即可知道玻璃的振幅，再由于最小測量時間T，就可以算出振動頻率，即1V=—nr三、激光反射法測量玻璃的振幅和振動頻率

反射法是根據(jù)激光照到玻璃上，反射回來的光點會在屏幕上微小移動，通過測量微小移動的最大變化，就可以知道振幅的相對值，通過記錄兩次最大變化的時間，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為檢測屏到光源的距離（一般小于1米），dL為玻璃的振動位移，dx為測量的振動位移。可以根據(jù)相識三角關(guān)系得出：Xdx=-dL這樣麻煩就來了，dL本身很小，通過上式得到dx更小10倍。這樣以來，我們只能通過放大光路的方法測量（球面鏡散光、凹面鏡散光）現(xiàn)在先測試球面鏡散光，通過光路分析，可以將光由下式放大（如下圖）：dxDdy=M&5（l+K—sm?P+。。））0公式推導可以和我討論，我怕自己推錯。四、根據(jù)玻璃振動得出聲源位置。理論上，揚聲器是均勻的向前半球發(fā)射信號能量，并且向前面發(fā)散的聲信號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)射的信號能量和玻璃處的聲場能量，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，則在實驗過程中，E。為己知量，背景噪聲能量可以通過揚聲器沒有發(fā)音時測得，E玻璃可以通過激光測量玻璃的微小振動振幅推算出玻璃處空氣的能量。因此，在測量過程中就可得到聲源與玻璃的距離。若使用兩面玻璃同時測量就可得到聲源的水平位置。如圖2

現(xiàn)在最關(guān)心的時能量的衰減系數(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量，則可以通過比賽前模擬，來測量g。五、 頻率的確定和語音內(nèi)容解析我們可以事先記錄號某聲音的振動頻率，然后與之對比即可。六、 檢測模塊由于精度要在1分米，單片機就32個ion,其中要由一些輸出，想用兩個單片機通訊來提高。得到的計算結(jié)果可以用電腦計算。PortL>Po