声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统及方法与流程

本发明属于声音诱导疏散产品性能检测技术领域，具体涉及声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统及方法。

背景技术：

应急疏散指示系统是保障建筑内人员安全疏散的重要措施，通过指示标志能够指示建筑内的疏散通道方向、安全出口位置，实现引导建筑内人员疏散目的。随着我国城市化进程的发展，出现了大量功能多、结构复杂、疏散距离超长的建筑，对应急疏散指示系统提出了更高的要求，并且传统光指示系统易受到烟气、遮挡限制，为了能够帮助人们尽快找到最近的安全出口，在尽可能短的时间内逃离建筑，采用声音诱导疏散系统作为光指示标志的补充，取得较好效果。然而缺乏针对声音诱导疏散产品声音定位性能的检测系统及方法，难以判断声音诱导疏散产品的声音定位性能是否满足要求。例如，针对一种声音诱导疏散产品进行声音定位性能实验，参考《疏散导向发生器—要求与试验》pas41:2003中要求，即需要选择被试不少于10人且人员的年龄分布均匀，一种产品每人需要实验次数不少于18次，上述仅一种声音诱导疏散产品的检测需要10人开展180人次实验。因此，《疏散导向发生器—要求与试验》pas41:2003中的方法仅适合于研究探索，难以实现声音诱导疏散产品的声音定位性能检测服务，并且由于国外人员情况、疏散设施状况同国内存在较大差异，国外标准规范不能完全适应国内情况。

声音诱导疏散产品作为一种新的产品，国外虽然已经出现相关产品，然而难以判断其性能是否满足我国建筑内人员疏散诱导的要求。国外产品技术标准中采用真人实验的方式对声音诱导疏散产品的声音定位性能进行测试，存在性能测试实验周期长、且因人的主观性导致检测结果的一致性差，存在声音定位性能检测的整体标准化程度低等问题。目前，尚未有针对声音诱导疏散产品的声音定位开展性能测试的系统及方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统及方法。

本发明采用的技术方案为：一种声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统包括：声音诱导疏散产品固定装置、声音采集装置、声音采集固定装置、声音数据采集卡、通用计算机，其中通用计算机存储可执行的定位程序；

所述声音诱导疏散产品固定装置包括待测产品支架和待测产品固定装置；所述待测产品固定装置置于所述待测产品支架上方，所述待测产品固定装置包括背面板与声音诱导疏散产品夹具，所述声音诱导疏散产品固定装置用于固定声音诱导疏散产品，保证声音诱导疏散产品能够在确定位置工作。

所述声音采集装置包括两个麦克风，用于接收声音诱导疏散产品的声音信号，并将采集的声音信号传输至声音数据采集卡；

所述声音采集固定装置包括两个麦克风支架和麦克风固定装置，所述两个麦克风支架分别置于麦克风固定装置的两端，所述声音采集固定装置用于固定麦克风，保证两个麦克风均能够在同高度平面工作，并且能够调节麦克风的水平间距；

所述声音数据采集卡用于按照检测装置系统要求采集声音信号，并将采集的声音信号传输到通用计算机；

所述定位程序能够在通用计算机上运行，用于控制系统运行，通过声音定位算法来分析采集的声音信号并模拟人耳听觉定位原理给出对应的定位结果，判断声音诱导疏散产品的声音定位性能。

一种声音诱导疏散产品的声音定位性能检测方法采用前述的声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统实现，包括以下步骤：

步骤1、将声音诱导疏散产品以声音采集装置为中心进行圆周式排布，并将声音诱导疏散产品用声音诱导疏散产品固定装置固定；

步骤2、将声音采集装置用声音采集固定装置固定，并调节固定装置使两个麦克风位于同一高度平面，调整两个麦克风的间距为10-15cm；

步骤3、用数据线将声音采集装置、双声道声音采集卡与通用计算机连接并运行定位程序；

运行定位程序时输入相关参数：麦克风在水平面的位置mic1(x1，y1)及mic2(x2，y2)，麦克风的灵敏度(sensitivity)记为s(mv/pa)以及计算触发声强阈值记为60db，采用ao板卡(模拟信号输出卡)输出白噪声给宽频音箱，麦克风采集360°范围内每10°位置处的声音信号，定位程序分别对获取的白噪声信号或声音信号进行计算处理，然后将处理后的信号作为该位置的定位信息，实现对各个位置的标定。计算360°范围内每10°位置处的声强差及时延，采用beamforming定位原理确定方向。

设置定位程序中上述的相关参数，并根据待测的声音诱导疏散产品的性能选取相应的频率范围为20hz≤频率＜20000hz。

k0为平面波传播方向的波数向量，κ为聚焦方向的单位向量，k＝-kκ为聚焦方向的波数向量，|k0|＝|k|＝k＝w/c为波数，w为信号圆频率，c为声速，rm为m号传声器的坐标向量，m＝1,2,...,m为传声器序号。设两支麦克风的中心为原点且为参考位置，p0为该位置的声压信号，|p0|为声压幅值，j为虚数单位，则阵列各传声器接收的声压信号为：

当聚焦κ方向时，m号传声器相对于原点的时间延迟量δm(κ)为：

因声音到达不同位置的麦克风信号差异，将麦克风相对于原点的时间延迟量进行求和计算，按麦克风通道数目m标准化的波束形成输出结果b(κ,w)为：

时间延迟量δm取决于聚焦方向，以此量对各传声器的声压信号进行相位校正，当聚焦方向等同于声波来向时，校正后各传声器声压信号的相位一致，波束形成幅值等于平面波幅值p0，形成主瓣，当聚焦方向不同于声波来向时，校正后各传声器声压信号的相位仍存在差异，波束形成幅值被衰减，形成旁瓣，主瓣的朝向就是声源的位置，从而识别声源位置c0。

不同位置处的声音诱导疏散产品随机发音，每个声音诱导疏散产品发音n次，n＞5，总计36×n次，若定位程序给出的定位结果c1同声音诱导疏散产品所处实际位置(site)s的差异，在5°以内认为定位正确并计数加一，反之则认为错误；计算定位正确率a＝定位正确的次数b/(36×n)，若正确率a大于75％则认为产品的定位性能满足要求，反之则不满足要求。

步骤4、根据检测要求，使声音诱导疏散产品发出诱导声音，然后通过程序判断声音诱导疏散产品的定位性能是否满足要求；不同位置处的声音诱导疏散产品随机发音，每个声音诱导疏散产品发音n次，n＞5，总计36×n次，若定位程序给出的定位结果同声音诱导疏散产品所处实际位置的差异，在5°以内认为定位正确并计数加一，反之则认为错误；

计算定位正确率a＝定位正确的次数b/(36×n)，若正确率a大于75％则认为产品的定位性能满足要求，反之则不满足要求。

有益技术效果：本发明能够检测声音诱导疏散产品在复杂建筑中声音定位性能，为有效保障建筑内人员快速、安全疏散提供必要判据。声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统及方法的提出，能够解决声音诱导疏散产品批量性检测中存在的一致性较差，检测周期较长的问题，为声音诱导疏散产品的工程应用和推广提供必要的技术保障。

附图说明

图1为本发明实施例的声音诱导疏散的声音定位性能检测系统结构框图；

图2为本发明实施例的声音诱导疏散产品固定装置的结构框图；

图3为本发明实施例的麦克风固定装置结构框图；

图4为本发明实施例的声音定位测试流程图；

图5为本发明实施例的声音定位程序流程图；

图中1为待测产品固定装置；2为两个麦克风；3为麦克风固定装置；4为双通道的声音数据采集卡；5为通用计算机；6为正视图，7为侧视图，8为固定声音诱导产品的位置；9为声音诱导疏散产品夹具，10为背面板，11为待测产品支架，12为麦克风固定装置支架，13为麦克风支架，14为麦克风滑道，15为麦克风固定装置，16为两个麦克风之间的间距；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明：

声音诱导疏散产品的声音定位性能检测系统包括：声音诱导疏散产品固定装置、声音采集装置、声音采集固定装置、双通道声音数据采集卡、通用计算机，其中通用计算机存储可执行的定位程序，该定位程序用于实现如下操作：控制系统运行，通过声音定位算法分析采集的声音信号并能够模拟人耳听觉定位原理给出对应的定位结果，判断声音诱导疏散产品的声音定位性能是否满足要求。

声音采集装置采用两个麦克风，两个麦克风的外观尺寸、指标参数均一致。

使用声音诱导疏散产品的声音定位性能检测方法：

步骤1、如图1所示，系统中沿圆周布置声音诱导疏散产品固定装置位置8，每10°放置一个，共计36个。每个声音诱导疏散产品固定装置9上放置一个声音诱导疏散产品1，共计36个声音诱导疏散产品；

步骤2、在圆心位置处放置两个麦克风2并用麦克风固定装置3固定，并调节麦克风固定装置3使两个麦克风2位于同一高度平面，调整麦克风2的间距以满足检测系统要求，麦克风间距近似为两耳间距，为10-15cm，且在实验过程中保持固定，两个麦克风的技术参数应保持一致；

步骤3、采用数据线将麦克风2同双通道的声音数据采集卡4连接，双通道的声音数据采集卡4连接至通用计算机5。其中通用计算机上运行的定位程序是整个检测系统的核心，应包含音频数据采集卡所需的pci标准接口及满足定位程序运行的系统平台。

步骤4、使得不同位置处的声音诱导疏散产品发出诱导声音，麦克风2接收声音信号，双通道的声音采集卡4采集并传输两路声音信号至通用计算机5，通过定位程序判断该声音诱导疏散产品的定位性能是否满足要求。

不同位置处的声音诱导疏散产品随机发音，每个声音诱导疏散产品发音n次(n＞5次)，总计36×n次，若定位程序给出的定位结果同声音诱导疏散产品所处实际位置的差异，在5°以内认为定位正确并计数加一，反之则认为错误；

计算定位正确率a＝定位正确的次数b/(36×n)，若正确率a大于75％则认为产品的定位性能满足要求，反之则不满足要求。

如图2所示，声音诱导疏散产品固定装置包括待测产品支架11和待测产品固定装置，待测产品固定装置包括固定声音诱导疏散产品的夹具9及背面板10两部分，其中固定声音诱导疏散产品的夹具9保证能将声音诱导产品固定稳固，不会晃动，且固定声音诱导疏散产品的夹具9包括多种类型应满足方形、圆形及异形产品的固定要求；通过固定声音诱导疏散产品的夹具9将声音诱导产品固定后，安装背面板10，使得声音诱导产品背面和背面板10齐平，且声音诱导产品应处于背面板10中央。

如图3所示，声音采集固定装置包括有麦克风支架13和麦克风固定装置15，其中麦克风固定装置上设有麦克风滑道14且麦克风固定装置本身应水平固定，可调节麦克风滑道14可将固定的麦克风在滑道中滑动，调节两个麦克风支架13的间距，麦克风滑道14上应具有刻度，可以读取两个麦克风的间距；麦克风支架13应将麦克风2固定稳定，且两个支架的高度应一致。

如图4所示，根据检测试验相关要求，将待测产品随机安装在固定支架的位置处，记为位置1处、位置2处、位置3处等。让位置1处的声音疏散诱导产品发出诱导声音，则发出的诱导声音由检测系统中布置的麦克风采集声音信号，并将对应的声音信号转换为电信号由声音采集卡传送至普通计算机，由计算机上面的检测程序判断声音诱导产品在位置1处能否满足定位性能要求见图5所示，依次检测声音诱导疏散产品在位置2处、位置3处等其他位置的定位性能，然后综合判断该声音诱导疏散产品能否满足定位性能要求。

如图5所示，待测麦克风发出的待测信息，通过信号分析根据声音频率不同将采用时间差、相位差及头部传递函数等多种判断声音方向的方法综合判断该声音源的方位，给出定位的结果，然后将给出的定位结果同待测麦克风所在位置1进行对比判断，位置偏差在5°以内的判断该声音诱导疏散产品在位置1处的定位准确，依次计算产品在不同位置的定位结果获取该产品的定位准确率≥75％，则判断产品性能满足要求；反之，则不满足要求。