扬声器阵列的指向性优化方法

专利名称：扬声器阵列的指向性优化方法
扬声器阵列的指向性优化方法
技术领域：
本发明涉及一种扬声器阵列的优化方法，尤其涉及一种扬声器阵列的 指向性优化方法。背景技术：
扬声器阵列有着广泛的应用，也是电声领域研究的热点。目前关于扬声 器阵列的指向性优化措施，主要有对数空间间距排列扬声器阵列，利用二
次剩余序列给各扬声器单元不同的延时信号。实现扬声器阵'列的指向性拓宽。
但上优化措施设计复杂，辐射效率低，或者在有些频段失效等缺点。 因此，实有必要提出 一种新的扬声器阵列的指向性优化方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供 一种可实现扬声器阵列的指向性拓宽 的扬声器阵列的指向性优化方法。
根据上述需解决的技术问题，设计了一种扬声器阵列的指向性优化方
法，该方法包括如下步骤
步骤S001:提供一个由"个扬声器单元均匀分布在一条直线上的扬声 器阵列，使得相邻的两个扬声器单元的间距为/,扬声器阵列的总长度为 "("-l)x/;
步骤S002:提供一个测试点,使其距离扬声器阵列中心点的距离为r 、 与扬声器阵列中心点的水平角度为^，设每个扬声器单元距离测试点; 的距
离分别为。、& 、、《，求出扬声器单元在测试点/7, e-(T时的参考声压和 扬声器单元在测试点;7合成总声压
<formula>formula see original document page 4</formula>/为信号频率，c为声速，加为信号延迟时间，戶为信号相位，w"为扬声器
点源强度，it为波数，t/为扬声器单元口径，扬声器阵列的指向性优化方法
选取m-o、 p"-()和；最终确定扬声器阵列的垂直指向性函数；
步骤S003:设定扬声器阵列的指向性优化方法的优化条件，从而得 出优化的功率系数； '
其中步骤S003中，扬声器阵列的指向性优化方法的优化条件包括
步骤K001:设定优化阶数，提供一比较模块；
步骤K002:设定第一组扬声器点源强度，确定第一组功率系数，在 -9(r e 9(r范围内，得出第一组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线， 利用比较模块从第 一组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小 值，即第一指向性值；
步骤K003:设定第二组扬声器点源强度，确定第二组功率系数，在 -90° ~ e~90°范围内，得出第二组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线， 利用比较模块从第二组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小 值，即第二指向性值；依次类推，设定第iv"组扬声器点源强度，确定第w" 组功率系数，得出第(组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线，利用比 较模块从第at组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值，即第 w"指向性值；
步骤K004:利用比较模块筛选出第一指向性值至第,指向性值的最 大值，寻找此最大值对应的功率系数，则此功率系数为优化条件下的最 优化的功率系数。
优选的，所述扬声器阵列的指向性优化方法还包括根据优化的功率 系数，得到不同频率下的优化后的扬声器阵列指向性曲线，从而,验证最 初选定的优化起始频率是否为最优的频率，进而确定优化的功率系数为 最佳选择。
优选的，所述
<formula>formula see original document page 5</formula>
为单个扬声器单元的指向性函数。
本发明的扬声器阵列的指向性优化方法可实现扬声器阵列的指向性拓 宽且设计简单。

图1为本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化前后的扬声器 阵列的指向性对比图。图2根据本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化功率系数在 频率为2250HZ时优化前后的扬声器阵列的指向性对比图。
图3根据本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化功率系数在 频率为3000Hz时优化前后的扬声器阵列的指向性对比图。
图4根据本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化功率系数在 频率为6000Hz时优化前后的扬声器阵列的指向性对比图。
图5根据本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化功率系数在 频率为10000Hz时优化前后的扬声器阵列的指向性对比图。
图6根据本发明扬声器阵列的指向性优化方法得出的优化功率系数在 频率为15000Hz时优化前后的扬声器阵列的指向性对比图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明扬声器阵列的指向性优化方法作详细说明。 如图1所示，本发明的扬声器阵列的指向性优化方法，其中扬声器阵 列由"个均匀分布在一条直线上的扬声器单元组成，相邻的两个扬声器单 元的间距为/,扬声器阵列的总长度为￡ = ("-l)x/。本发明测试点p距离扬 声器阵列中心点的距离为r，其与扬声器阵列中心点的水平角度为^。另夕卜，
设每个扬声器单元距离测试点/7的距离分别为^、 r2、 、 、 扬声器单元在
空间 一点的合成总声压为户。 利用余弦定理，则
H = ((￡/2 —丄/("一1)*0)》2 + ^^2_2*(丄/2 —i:/(" —l)*0)*r*sin(e))A0.5; r2 = ((￡/2-丄/("-1)*1)卩2 + 一2-2*(丄/2-Z/("-l)*l)*r*sin,A0.5;
…(过了扬声器阵列中心点后需变号)
尸"=((丄/2 —丄/("一1)*0)》2 + "八2 + 2*(丄/2 —丄/(" —l)*O)*r*sin(0))AO.5 单个扬声器单元在距离扬声器阵列r处垂直角度为P的测试点p产生的声压为
2小(A:-sine)
Pm =/* exp(-i. * 2* m / c). * exp(-z. * 2 p！/ *加).* exp(—i * /w) *-^-
A: — sin ^ 2
/为信号频率、c为声速、加为信号延迟时间、p"为信号相位、w"为扬 声器点源强度、*为波数、d为扬声器单元。
另外，
2
为单个扬声器单元的垂直指向性函数。
则"个扬声器单元在测试点p的综合声压级P = g户"
e=o°，测试点/ 的声压，也即参考声压
由单个扬声器单元的垂直指向性函数的定义，则扬声器阵列的垂直指 向性函数为￡)的=
尸
~=0
由以上可知，影响扬声器阵列的垂直指向性的因素包括信号延迟时 间/"、信号相位戸和扬声器点源强度w"。 本发明的优化条件为
步骤K001: i殳定优化阶数为AK延迟时间加=0、信号相位戶=0，扬 声器点源强度m^-V^，提供一比较模块；
步骤K002:设定第一组扬声器点源强度簡,，确定第一组功率系数 『",，在-90°~^~90。范围内，得出第一组功率系数『",下的扬声器阵列指 向性曲线，利用比较模块从第 一组功率系数『",的扬声器阵列指向性曲线 中找出最小值，即第一指向性值D,;
步骤K003:设定第二组扬声器点源强度w"2 ，确定第二组功率系数『"2, 在一90。 ~e 90°范围内，得出第二组功率系数『 2下的扬声器阵列指向性曲
线，利用比较模块从第二组功率系数『 的扬声器阵列指向性曲线中找出
最小值，即第二指向性值A;依次类推，设定第w"组扬声器点源强度w ， 确定第iv"组功率系数『v ，得出第iv"组功率系数,，下的扬声器阵列指 向性曲线，利用比较模块从第组功率系数的扬声器阵列指向性曲
线中找出最小值，即第ir指向性值A';
7步骤K004:利用比较模块筛选出第一指向性值A至第iV"指向性值 的最大值，寻找此最大值对应的功率系数，则此功率系数为优化条件 下的最优化的功率系凄t。
本发明，通过优化条件，确定一组扬声器点源强度w",即求得功率 匹配系彰:『w，即附j
具体实施例方式
选定扬声器阵列总长Z-0.176m 、扬声器单元直径d-0.014附、扬声器 单元个数w-12、测试距离 V = lw 、 优化起始步贞率/ = 4500股和优化阶数 iV = 8。得出未进行优化处理的扬声器阵列指向性曲线，如图1中的实线 所示。
按照本发明的优化条件最终得出本实施方式的优化的功率系数如
下
Wl=1.44; W2=1.44; W3-1.44; W4=1.44; W5=0.1; W6=0.1; W7=l .44; W8=0.1; W9=0.1; Wl 0=0.1; Wl 1 =0.1; Wl2=0.1 。
在此优化的功率系数下，在-90° ~ 0 ~卯。范围内优化后的扬声器阵列 指向性曲线如图1中的虚线所示。
本发明，可以根据优化的功率系数，得到不同频率下的优化后的扬 声器阵列指向性曲线，从而验证最初选定的优化起始频率4500HZ是否为 最优的频率，进而确定优化的功率系数为最佳选择。
如图2所示，实线为2250HZ时，未进行优化处理的扬声器阵列指向 性曲线。根据上述实施方式的优化频率系数，当频率为2250HZ时，优化 后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
如图3所示，实线为3000HZ时，未进行优化处理的扬声器阵列指向 性曲线。根据上述实施方式的优化频率系数，当频率为3000HZ时，优化 后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
如图4所示，实线为6000HZ时，未进4亍优化处理的扬声器阵列指向 性曲线。根据上述实施方式的优化频率系数，当频率为6000HZ时，优化 后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
如图5所示，实线为10000Hz时，未进行优化处理的扬声器阵列指 向性曲线。根据上述实施方式的优化频率系数，当频率为10000Hz时， 优化后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
如图6所示，实线为15000Hz时，未进行优化处理的扬声器阵列指 向性曲线。根据上述实施方式的优化频率系数，当频率为15000Hz时，
8优化后的扬声器阵列指向性曲线如虛线所示。
如图1至图6所示，通过功率系数优化可以4交好的实现垂直指向性 拓宽，对影响人耳听感的2KHZ-10KHZ频段改善尤其明显，有效改善未 进行优化处理的扬声器阵列指向性曲线起伏过大的问题。另夕卜，根据图1 至图6所示优化后的扬声器阵列指向性曲线，可确定本实施方式求得的 优化的功率系数为最佳选择。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普
通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，
但这些均属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种扬声器阵列的指向性优化方法，其特征在于该方法包括如下步骤步骤S001提供一个由n个扬声器单元均匀分布在一条直线上的扬声器阵列，使得相邻的两个扬声器单元的间距为l，扬声器阵列的总长度为L＝(n-1)×l；步骤S002提供一个测试点p，使其距离扬声器阵列中心点的距离为r、与扬声器阵列中心点的水平角度为θ，设每个扬声器单元距离测试点p的距离分别为r1、r2、、rn；求出扬声器单元在测试点p，θ＝0°时的参考声压和扬声器单元在测试点p合成总声压<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Pn</mi><mo>=</mo><mi>wn</mi><mo>.</mo><mi>rn</mi><mo>.</mo><mo>*</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mo>*</mo> <mn>2</mn> <mi>pif</mi> <mo>*</mo> <mi>rn</mi> <mo>/</mo> <mi>c</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mo>*</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mo>*</mo> <mn>2</mn> <mi>pif</mi> <mo>*</mo> <mi>tn</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mo>*</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mo>*</mo> <mi>pn</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>J</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mfrac><mi>d</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mi>sin</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>k</mi><mfrac> <mi>d</mi> <mn>2</mn></mfrac><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009101084210002C1.tif" wi="149" he="19" top= "109" left = "27" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，f为信号频率，c为声速，tn为信号延迟时间，pn为信号相位，wn为扬声器点源强度，k为波数，d为扬声器单元口径，扬声器阵列的指向性优化方法选取tn＝0、pn＝0和；最终确定扬声器阵列的垂直指向性函数；步骤S003设定扬声器阵列的指向性优化方法的优化条件，从而得出优化的功率系数；其中步骤S003中，扬声器阵列的指向性优化方法的优化条件包括步骤K001设定优化阶数，提供一比较模块；步骤K002设定第一组扬声器点源强度，确定第一组功率系数，在-90°～θ～90°范围内，得出第一组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线，利用比较模块从第一组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值，即第一指向性值；步骤K003设定第二组扬声器点源强度，确定第二组功率系数，在-90°～θ～90°范围内，得出第二组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线，利用比较模块从第二组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值，即第二指向性值；依次类推，设定第Nn组扬声器点源强度，确定第Nn组功率系数，得出第Nn组功率系数下的扬声器阵列指向性曲线，利用比较模块从第Nn组功率系数的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值，即第Nn指向性值；步骤K004利用比较模块筛选出第一指向性值至第Nn指向性值的最大值，寻找此最大值对应的功率系数，则此功率系数为优化条件下的最优化的功率系数。
2、根据权利要求1所述的扬声器阵列的指向性优化方法，其特征在 于所述扬声器阵列的指向性优化方法还包括根据优化的功率系数，得 到不同频率下的优化后的扬声器阵列指向性曲线，从而验证最初选定的 优化起始频率是否为最优的频率，进而确定优化的功率系数为最佳选择。
3、根据权利要求2所述的扬声器阵列的指向性优化方法，其特征在于<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本发明提供了一种扬声器阵列的指向性优化方法，该方法包括如下步骤提供一个由n个扬声器单元均匀分布在一条直线上的扬声器阵列，使得相邻的两个扬声器单元的间距为l，扬声器阵列的总长度为L＝(n-1)×l；提供一个测试点p，使其距离扬声器阵列中心点的距离为r，与扬声器阵列中心点的水平角度为θ，设每个扬声器单元距离测试点p的距离分别为r₁、r₂、、、r_n；求出扬声器单元在空间一点的声压和参考声压为；最终确定扬声器阵列的垂直指向性函数；设定扬声器阵列的指向性优化方法的优化条件，从而得出优化的功率系数。本发明的扬声器阵列的指向性优化方法可实现扬声器阵列的指向性拓宽且设计简单。
文档编号G05B19/04GK101588525SQ20091010842
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者严绪东 申请人:瑞声声学科技(深圳)有限公司;常州美欧电子有限公司