CN101588525B - 扬声器阵列的指向性优化方法 - Google Patents

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CN101588525B CN 200910108421 CN200910108421A CN101588525B CN 101588525 B CN101588525 B CN 101588525B CN 200910108421 CN200910108421 CN 200910108421 CN 200910108421 A CN200910108421 A CN 200910108421A CN 101588525 B CN101588525 B CN 101588525B
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AAC Technologies Pte Ltd
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AAC Acoustic Technologies Shenzhen Co Ltd
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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…rn;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。

Description

扬声器阵列的指向性优化方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 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:
[0007] 步骤SOOl :提供一个由η个扬声器单兀均勻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1,扬声器阵列的总长度为L = (n-l)Xl ;
[0008] 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;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
[0009]
Figure CN101588525BD00031
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 = O、pn = O和;最终确定扬声器阵列的垂直指向性函数;
[0010] 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;
[0011] 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:
[0012] 步骤KOOl :设定优化阶数,提供一比较模块;
[0013] 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;
[0014] 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『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;
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 优选的,所述
Figure CN101588525BD00041
-为单个扬声器单元的指向性函数。 [0018] 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。
【附图说明】
[0019] 图I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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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】
[0025] 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。
[0026] 如图I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η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1,扬声器阵列的总长度为L= (n-l)xi。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Θ。另外,设每个扬声器单元距离测试点P的距离分别为ri、r2、、rn ;扬声器单元在空间一点的合成总声压为P。
[0027] 利用余弦定理,则
[0028] rl = ((L/2-L/ (n_l) *0)) "2+r"2_2* (L/2-L/ (n_l) *0) *r*sin ( Θ )) "0. 5 ;
[0029] r2 = ((L/2-L/ (n_l) *1)) "2+r"2-2* (L/2-L/ (n_l) *1) ^r^sin ( Θ )) "0. 5 ;[0030] ...(过了扬声器阵列中心点后需变号)
[0031] rn = ((L/2-L/(η-1)*0))~2+r'2+2*(L/2-L/(η-1)*0)*r*sin(θ))"0. 5
[0032] 单个扬声器单元在距离扬声器阵列r处垂直角度为Θ的测试点P产生的声压为:
[0033]
Figure CN101588525BD00051
[0034] 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。
[0035] 另外,
Figure CN101588525BD00052
为单个扬声器单元的垂直指向性函数。
[0036] 则η个扬声器单元在测试点P的综合声压级
Figure CN101588525BD00053
[0037] θ = 0°,测试点P的声压,也即参考声压A=。= ΣΡ?ί
[0038] 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
Figure CN101588525BD00054
[0039] 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tn、信号相位pn和扬声器点源强度wn。
[0040] 本发明的优化条件为:
[0041] 步骤KOOl :设定优化阶数为N、延迟时间tn = O、信号相位pn = 0,扬声器点源强度= ^Wn,提供一比较I旲块;
[0042] 步骤K002 :设定第一组扬声器点源强度Wn1,确定第一组功率系数Wn1,在-90°〜Θ〜90°范围内,得出第一组功率系数Wn1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Wn1的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值,即第一指向性值D1 ;
[0043] 步骤K003 :设定第二组扬声器点源强度wn2,确定第二组功率系数Wn2,在-90°〜Θ〜90°范围内,得出第二组功率系数Wn2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Wn2的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值,即第二指向性值D2 ;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Mv的扬声器阵列指向性曲线中找出最小值,即第Nn指向性值仏·;
[0044] 步骤K004 :利用比较模块筛选出第一指向性值D1至第Nn指向性值化-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。
[0045] 本发明,通过优化条件,确定一组扬声器点源强度wn,即求得功率匹配系数Wn,SPWn = wn2。
[0046] 本发明的实施例:[0047] 选定扬声器阵列总长L = O. 176m、扬声器单元直径d = O. 014m、扬声器单元个数η = 12、测试距离r = lm、优化起始频率f = 4500HZ和优化阶数N = 8。得出未进行优化处理的扬声器阵列指向性曲线,如图I中的实线所示。
[0048] 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:
[0049] Wl = I. 44 ;W2 = I. 44 ;W3 = I. 44 ;W4 = I. 44 ;W5 = 0. I ;W6 = 0. I ;
[0050] W7 = I. 44 ;W8 = 0. I ;W9 = 0. I ;W10 = 0. I ;ffll = 0. I ;W12 = 0. I。
[0051] 在此优化的功率系数下,在-90°〜Θ〜90°范围内优化后的扬声器阵列指向性曲线如图I中的虚线所示。
[0052] 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。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 如图4所示,实线为6000HZ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6000HZ时,优化后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
[0056] 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。
[0057] 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,优化后的扬声器阵列指向性曲线如虚线所示。
[0058] 如图I至图6所示,通过功率系数优化可以较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。另外,根据图I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。
[0059] 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。

Claims (3)

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SOOl :提供一个由η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1,扬声器阵列的总长度为L = (n-l)Xl ; 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rl、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
Figure CN101588525BC00021
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 = O、pn = O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KOOl :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『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I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:
Figure CN101588525BC00022
为单个扬声器单元的指向性函数。
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Assignor: Rui acoustic technology (Shenzhen) Co., Ltd.|Changzhou United States and Europe Electronics Co., Ltd.

Contract record no.: 2011990000443

Denomination of invention: Directivity optimization method of loudspeaker array

License type: Exclusive License

Open date: 20091125

Record date: 20110609

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GR01 Patent grant
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Address after: Singapore Ang Mo Kio 65 Street No. 10 techpoint Building 1 floor, No. 8

Co-patentee after: Changzhou Meiou Electronics Co., Ltd.

Patentee after: AAC Technologies (Singapore) Co., Ltd.

Address before: 518057 Nanshan District province high tech Industrial Park, Shenzhen, North West New Road, No. 18

Co-patentee before: Changzhou Meiou Electronics Co., Ltd.

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