CN102970639B - 一种声接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声接收系统，多个基本阵列装置的输出端分别连接一滤波器，多个滤波器的输出端均与第二混音输出器件的输入端连接；基本阵列装置包括传声器阵列，传声器阵列包括多个传声器，多个传声器沿着直线依次纵向排列设置，相邻两个传声器之间的间隔距离均为；每个传声器的输出端分别连接一延时电路，多个延时电路的输出端均与第一混音输出器件的输入端连接；第i延时电路的延时时间为最后一个延时电路的延时时间加上（n-i）倍的单位时间。本发明在设定的频率带宽内，能达到提高正向声波激励的输出增益，以及较大地抑制非正向声波的输出增益，获得所需的指向性特性。本发明可广泛应用在拾音（传声）领域中。

Description

一种声接收系统

技术领域

本发明涉及声处理技术，尤其涉及一种包括由多个传声器组成纵向直线式阵列的声接收系统。

背景技术

在扩声设备的应用中，影响扩声增益的主要问题是：如麦克风接收到的直达声与因各种原因回授的声波的信号是同频率、同相位的，因而很容易使扩声系统产生正反馈引起啸叫。

回授声波与传声器应该接受的声波，一般不是同一方向的，最常用的解决办法是增强传声器的指向特性,减少回授声波的影响。

现在已有的心型、超心形指向的传声器，一般对正面输入的声波最灵敏，对背面输入的声波不灵敏，这样可以抑制背面回授的声波，但有时上下左右回授的声波还是会造成干扰。

8字形指向的传声器一般对正面输入及背面输入的声波灵敏，对上下左右输入的声波不灵敏。因此,背面的声波回授的问题仍不能解决。

而且，现有的心型、超心形、8字形指向的传声器，对不同频率声波的指向性响应是不一样的。

由于单个传声器增益特性、指向特性和频率响应等方面因素的限制，其对于声音环境的要求往往较为苛刻。在声音环境较为复杂的场合下，往往很难取得较好的拾音（传声）效果。例如目标声源与拾音（传声）设备之间的距离较远、角度不佳、背景噪声较大或回授较强，都可能导致输出增益减小、失真或产生啸叫的现象。尤其是，当扩声设备需要众多拾音（传声）设备予以支持时，其调控和调试的复杂性可想而知。这样就需要一种能够实现对正向声波激励有较高的增益输出，而对非正向的声波能产生较大抑制作用，并且具有较恒定的指向性的拾音（传声）设备，来简化扩声装置对于环境的需求。从而满足在声波回授较强、环境噪声较高环境下的拾音（传声）需求，并且实现能远距离拾音（传声），简化设备的调控和操作，以取得较好的扩声效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单而且能很好地对多种频率的声波进行定向接收、输出的声接收系统。

本发明所采用的技术方案是：一种声接收系统，包括多个基本阵列装置、多个滤波器以及第二混音输出器件，所述多个基本阵列装置的输出端分别连接一个滤波器，多个滤波器的输出端均与第二混音输出器件的输入端连接，第二混音输出器件的输出端为声接收系统的输出端；

所述基本阵列装置包括传声器阵列、延时电路和第一混音输出器件，所述传声器阵列包括多个传声器，所述多个传声器沿着直线依次纵向排列设置，所述传声器阵列中相邻两个传声器之间的间隔距离均为其中n为基本阵列装置中传声器的总个数，λ是根据基本阵列装置所设定的中心频率而得出的波长；

所述基本阵列装置中，每个传声器的输出端分别连接一延时电路，多个延时电路的输出端均与第一混音输出器件的输入端连接，所述第一混音输出器件的输出端与滤波器的输入端连接；

所述基本阵列装置中第i延时电路的延时时间为最后一个延时电路的延时时间加上（n-i）倍的单位时间，而所述的单位时间为：频率为基本阵列装置所设定的中心频率的声波信号轴向射入基本阵列装置中的传声器阵列后，该声波信号在相邻两个传声器之间传播的时间，其中n为传声器阵列中传声器的总个数，i的取值为1、2、3……n；

所述传声器阵列中传声器的总个数n大于等于3。

进一步，所述的多个滤波器均为带通滤波器，所述的带通滤波器具有与基本阵列装置相应的中心频率。

进一步，多个基本阵列装置的中心频率按x/m倍频程间隔连续均匀设置，其中m是基本阵列装置的总个数，x个倍频程亦为声接收系统设定的总的频率范围。

进一步，各个基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数均是一样的。

进一步，所述的多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽，并且所述的多个带通滤波器的带宽覆盖所设定的总频率带宽。

进一步，所述的多个滤波器中低频端第一滤波器为低通滤波器，高频端最后一个滤波器为高通滤波器，而其余多个滤波器均为具有与基本阵列装置相应中心频率的带通滤波器，所述其余多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽。

进一步，所述传声器阵列中传声器的总个数n大于等于4且为偶数。

进一步，各基本阵列装置的传声器阵列中最后一只传声器均聚集在同一个物理位置并相互靠拢。

进一步，所述的基本阵列装置及带通滤波器具有符合指向性要求的工作频率带宽。

本发明的有益效果是：由于本发明中基本阵列装置的传声器阵列是一个根据预设的中心频率而组成的离散、等间隔、直线纵向排列的传声器阵列，能在一定的频率带宽内，提高正向声波激励的输出增益以及较大地抑制非正向声波激励的输出，同时还能在中心频率及相邻频率范围内获得接近一致的指向性特性，这样在声波回授较强和环境噪音较强的环境下仍能取得很好的扩声效果。而且本发明包括多个基本阵列装置，多个基本阵列装置可设置多个不同的工作频率范围，从而多个不同的工作频率范围组成一个较宽的频率带宽。因此本发明能实现对设定频率范围的声波信号进行定向接收。还有本发明结构简单，易于实现以及投资成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种声接收系统一具体实施例的结构示意图；

图2是本发明一种声接收系统中基本阵列装置一具体实施例的结构示意图；

图3是由4个传声器组成阵列的基本阵列装置输出的频率-指向性响应示意图；

图4是由8个传声器组成阵列的基本阵列装置输出的频率-指向性响应示意图；

图5是本发明中多个带通滤波器的输出频率响应示意图；

图6是本发明中低通滤波器、多个带通滤波器以及高通滤波器的输出频率响应示意图。

具体实施方式

由图1所示，一种声接收系统，包括多个基本阵列装置、多个滤波器以及第二混音输出器件，所述多个基本阵列装置的输出端分别连接一个滤波器，多个滤波器的输出端均与第二混音输出器件的输入端连接，而第二混音输出器件的输出端为本声接收系统的输出端。所述的多个滤波器均可设为带通滤波器。

所述基本阵列装置包括传声器阵列、延时电路和第一混音输出器件，所述传声器阵列包括多个传声器M₁、M₂、M₃……M_n，并且每个传声器的频响、灵敏度、指向特性等性能基本一致。

所述多个传声器M₁、M₂、M₃……M_n沿着直线依次纵向排列设置，所述传声器阵列中相邻两个传声器之间的间隔距离均为其中n为基本阵列装置中传声器的总个数，λ是根据基本阵列装置所设定的中心频率而得出的波长，而λ的计算公式如下：

$\mathrm{\λ}=\frac{C_0}{f}$

上式中，λ表示波长，C₀表示声波在空气中的传播速度，f表示基本阵列装置的中心频率。而每个基本阵列装置的中心频率可根据实际情况而任意设置。所述的带通滤波器具有与基本阵列装置相应的中心频率，以及所述的带通滤波器具有声接收系统所设定的符合指向性要求的工作频率带宽，即对于各个带通滤波器的带通，它们是按其对应的基本阵列装置的中心频率、工作频率范围、指向性特性、设定的指向性要求而所设定的。

例如：基本阵列装置所设定的中心频率为400Hz，那么与该基本阵列装置输出端连接的带通滤波器，其中心频率亦为400Hz。而基本阵列装置所设定的符合指向性要求的工作带宽为:(-1/3)~(+1/3)倍频程频率范围时，则：带通滤波器的工作带宽相同为:(-1/3)~(+1/3)倍频程频率范围（315Hz~500Hz）。其中，倍频程宽度的计算公式为：N=log₂（f2/f1）。

所述基本阵列装置中，每个传声器的输出端分别连接一延时电路，多个延时电路的输出端均与第一混音输出器件的输入端连接，所述第一混音输出器件的输出端与带通滤波器的输入端连接。

所述基本阵列装置中第i延时电路的延时时间T_i为最后一个延时电路的延时时间加上（n-i）倍的单位时间，而所述的单位时间为：频率为基本阵列装置所设定的中心频率f的声波信号，轴向射入基本阵列装置中的传声器阵列后，该声波信号在相邻两个传声器之间传播的时间，其中n为传声器阵列中传声器的总个数，i的取值为1、2、3……n。其中，声波信号轴向射入所述的传声器阵列，即为该声波信号入射角0°或180°射入所述的传声器阵列。另外，由于声波信号是轴向射入所述的传声器阵列，因此根据上述可得，该声波信号在相邻两个传声器之间传播的距离为相邻两个传声器之间的直线距离，即为进而进一步可得，该声波信号在相邻两个传声器之间传播的时间，其计算公式如下：

$t=\frac{1}{n}\mathrm{\λ}/C_0$

即第i延时电路的延时时间T_i，其计算公式如下：

$T_i=\frac{(n-i)\·\mathrm{\λ}}{n\·C_0}+A$

其中n为传声器阵列中传声器的总个数，i取值为1、2、3……n，C₀表示声波在空气中的传播速度；A表示最后一个延时电路的延时时间，即A表示第n延时电路的延时时间，而A是根据实际需要而设置的任意时间。而当i的取值为1时，即T₁代表为第1延时电路的延时时间，而第1延时电路则表示为与第1传声器M₁连接的延时电路。那么当i的取值分别为2、3、4……n时，则如此类推。还有，对于第n传声器M_n，若与其输出端连接的第n延时电路的延时时间为0时，那么对于第n传声器M_n，其输出端可以直接与第一混音输出器件的输入端连接，即第n传声器M_n的输出端可以不连接延时电路。

对于每个基本阵列装置的中心频率，它们是根据用户的实际需求而预先设置的，而且多个基本阵列装置H₁、H₂、H₃……H_m，它们的中心频率f_k可以是一样的，也可以是不相同的，其中k的取值为1、2、3……m。那么根据用户的需求进而分别对每个基本阵列装置设置了相应的中心频率，以及确定每个基本阵列装置中传声器的总个数后，就可以分别计算出，每个基本阵列装置中相邻两个传声器之间的间隔距离，以及计算出每个延时电路相应的延时时间。并且在设置带通滤波器时，使带通滤波器具有与基本阵列装置相应的中心频率。例如当第1基本阵列装置的中心频率设定为60Hz，这样在制作基本阵列装置时，根据实际需要确定第1基本阵列装置中传声器的总个数后，就能确定第1基本阵列中相邻两个传声器之间的间隔距离均为多少、每个延时电路的延时时间分别为多少，以及第1带通滤波器的中心频率为多少。而对于其它的基本阵列装置，则如此类推。这样就能获得一个能对多个频率（频带）的正向声波信号进行最大增益输出以及对多个频率（频带）的反向声波信号进行最大抑制、具备一定指向性特性的声接收系统。

例如本发明共有5个基本阵列装置，而第1基本阵列装置至第5基本阵列装置设定的中心频率分别为40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz；以及第1基本阵列装置至第5基本阵列装置中传声器的个数分别为4、5、6、7、8；那么相应地，第1带通滤波器至第5带通滤波器具有的中心频率分别为：40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz；而第1基本阵列装置中相邻两个传声器之间的间隔距离均为若第1基本阵列装置中第4延时电路的延时时间为0，那么第1基本阵列装置中第1延时电路至第3延时电路的延时时间分别为：18.75ms、12.5ms、6.25ms；第2基本阵列装置中相邻两个传声器之间的间隔距离均为若第2基本阵列装置中第5延时电路的延时时间为0，那么第2基本阵列装置中第1延时电路至第4延时电路的延时时间分别为：而对于第3基本阵列装置、第4基本阵列装置以及第5基本阵列装置，则如此次类推。

因此由上述可得，第k基本阵列装置中相邻两个传声器之间的间隔距离d_k的计算公式如下：

$d_k=\frac{1}{n_k}\·\frac{C_0}{f_k}=\frac{1}{n_k}\·{\mathrm{\λ}}_k$

上式中，k的取值为1、2、3……m，m为声接收系统中基本阵列装置的总个数；n_k表示第k基本阵列装置中传声器的总个数；f_k表示第k基本阵列装置的中心频率。那么当k取1时，则f₁表示为第1基本阵列装置的中心频率，进而能求出第1基本阵列装置中相邻两个传声器之间的间隔距离d₁均为：

第k基本阵列装置中延时电路i_k的取值为1_k、2_k、3_k……n_k，即i_k表示为第k基本阵列装置中第i延时电路，而第k基本阵列装置中延时电路i_k的延时时间T_ki，其计算公式如下：

$T_{\mathrm{ki}}=\frac{(n_k-i_k)\·{\mathrm{\λ}}_k}{n_k\·C_0}+A_k=\frac{n_k-i_k}{n_k\·f_k}+A_k$

其中，n_k表示第k基本阵列装置中传声器的总个数；f_k表示第k基本阵列装置的中心频率；k的取值为1、2、3……m；m为声接收系统中基本阵列装置的总个数；i_k的取值为1_k、2_k、3_k……n_k；A_k表示：第k基本阵列装置中最后一个延时电路的延时时间。

进一步作为优选的实施方式，各个基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数均是一样的。

然而，当各个基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数不一样时，在声接收系统的工作频率范围内，频率响应、指向性特性等，将是不一样的了。

以下是对单个基本阵列装置进行详细的分析。

由公知常识可知，电波的波动方程如下：

P=P_acos(ωt-φ)

而两个相同频率的电波相加的方程如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2acos(φ₂-φ₁)

那么幅度相等（即P_1a=P_2a）的两列电波的叠加情况如下：

（1）当两列波的相位差为0°时，即φ₂-φ₁=0时，所述的两列波的叠加情况如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2a=(P_1a+P_2a)²=(2P_1a)²

L_Pa=101g(P_a/P₀)²=101g(2P_1a/P₀)²=101g(P_1a/P₀)²+101g4=L_P1a+6dB

由上述可得，当同频率同相位同幅度的两列波叠加后，输出的信号的幅度增加一倍，即约增加6dB。

（2）当两列波的相位差为60°，即时，所述的两列波的叠加情况如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2a×1/2=3P_1a ²

L_Pa=101g(P_a/P₀)²=101g(3P_1a/P₀)²=101g(P_1a/P₀)²+101g3=L_P1a+4.8dB

由上述可得，当同频率同幅度并且相位差为的两列波叠加后，输出的信号的幅度增加倍，即约增加4.8dB。

（3）当两列波的相位差为90°时，即时，所述的两列波的叠加情况如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2a×0=2P_1a ²

L_Pa=101g(P_a/P₀)²=101g2P_1a ²/P₀ ²=101g(P_1a/P₀)²+101g2=L_P1a+3dB

由上述可得，当同频率同幅度并且相位差为的两列波叠加后，输出的信号的幅度增加倍，即约增加3dB。

（4）当两列波的相位差为120°时，即时，所述的两列波的叠加情况如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2a×(-1/2)=2P_1a ²-P_1a ²=P_1a ²

由上述可得，当同频率同幅度并且相位差为的两列波叠加后，输出的信号的幅度不增加，即等于单列波的声压级。

（5）当两列波的相位差为180°时，即φ₂-φ₁=π时，所述的两列波的叠加情况如下：

P_a ²=P_1a ²+P_2a ²+2P_1aP_2a×(-1)=(P_1a-P_2a)²=0

由上述可得，当同频率同幅度并且相位差为π的两列波叠加后，输出的信号的幅度为零，即所述的两列波叠加的结果相消。

因此综上所述，同频率同幅度的两列波的叠加结果，其主要取决于两列波之间的相位差，而根据两列波之间的相位差不同，两列波的叠加结果是在幅度相消为零和幅度增加一倍之间的范围内变化。

同理，同频率同幅度的多列波的叠加结果，其同样取决于多列波之间的相位差，而根据多列波之间的相位差不同，多列波的叠加结果是在幅度相消为零和幅度增加多倍之间的范围内变化。例如，当同频率、同幅度的六列波叠加，那么该叠加结果是在幅度为0和幅度为6P_A之间的范围内变化，P_A为单列波的幅度。

设定一基本阵列装置中传声器阵列的轴向与声波信号入射的夹角为即声波信号以入射角入射到传声器阵列中，当该声波信号为平面波或近似平面波（远场声波或近似远场声波），且忽略各传声器收到的声波信号，因传播距离不同造成的幅度差异时；

各传声器接收到的声波信号的相位角分别为Φ_i'；

各传声器实际接收到声波信号的时间分别为t_i；

对于各个延时电路的延时时间，其分别对应的声波信号的相位角为Φ_i″；

基本阵列装置的中心频率为f₀，即基本阵列装置中传声器阵列的中心频率为f₀；

第1个传声器与第n个传声器之间的直线距离为L_1-n。

当相位角为a和频率为中心频率f₀的声波信号以入射角在时间t₁＝0入射到第1传声器M₁时，即第1传声器M₁在时间为t₁＝0，接收到相位角为a和频率为中心频率f₀的声波信号时，该声波信号到达第1传声器M₁后再传播到第i传声器M_i，其间声波信号传播的距离为并且第i传声器在时间t_i接收到的声波信号的相位角与第1传声器M₁相位角的差为：

其中，因入射的声波信号的相位角为a时，a在式中为常数，故可省略。另外，i取值为1、2、3、4……n，n为传声器的总个数。

所以有，当相位角为0°和频率为中心频率f₀的声波信号以入射角在时间t₁＝0入射到第1传声器M₁时，即第1传声器M₁在时间为t₁＝0，接收到相位角为0°和频率为中心频率f₀的声波信号，该声波信号到达第1传声器M₁后再传播到第i传声器M_i，其间声波信号传播的距离为并且第i传声器在时间t_i接收到的声波信号的相位角与第1传声器M₁相位角的差为：

其中，i的取值为1、2、3……n，即通过上式能分别计算出第2传声器、第3传声器……第n传声器在接收到该声波信号时，该声波信号的相位角Φ_i'。

而对于各个延时电路的延时时间，其分别对应的声波信号的相位角为：

其中，i的取值为1、2、3……n。

即各个延时电路输出的声波信号的相位角Φ_i为：

Φ_i=Φ_i'+Φ_i″

而经过上述可得，基本阵列装置的设计思想是：对于第i延时电路的延时时间，以及对于频率为中心频率f₀的声波信号由正面、轴向入射到第i只传声器后再入射到最后一只传声器这一传输过程时间，保证这延时电路的延时时间和传输过程时间两者一致。

假如：当传声器阵列中传声器的个数不为3及3以上，而为2时；

频率为中心频率f₀和相位角为a的声波信号正面轴向入射该传声器阵列时，即：以入射角为入射。该声波信号依次经过第1传声器和第1延时电路输出后，输出的电信号的相位角为a加延时电路延时180°，即：a+180°；而该声波信号从第1只传声器传到第2只传声器，并且经第2延时电路（第2延时电路的延时时间为0）输出后，输出的电信号的相位角为a加传输距离延时180°，即：a+180°。由此得出，第1延时电路输出的电信号的相位角与第2延时电路输出的电信号的相位角是一致的，即它们的相位差为0，这样输出的电信号能得到最大的增益。

但是，当频率为中心频率f₀和相位角为a的声波信号由反面轴向入射该传声器阵列时，即：以入射角为入射。第2只传声器接收并经第2延时电路（第2延时电路的延时时间为0）输出的电信号的相位角仍为a，而该声波信号从第2只传声器传到第1只传声器，并且经过第1个延时电路输出后，输出的声波对应的电信号的相位角为a加延时电路延时180°，以及再加传输距离形成的延时180°，即：a+360°。由此可得，第2延时电路输出的电信号的相位角和最终经第1延时电路输出的电信号的相位角，后者滞后了360°，即等同于两者相位差为0。因此最终输出的电信号的幅度也增加了一倍。

也就是说对于由反面轴向射入的频率为中心频率f₀的声波信号，该基本阵列装置对其同样起到电信号幅度增加一倍的效果。

也就是说：由2只传声器组成传声器阵列的基本阵列装置，其不能对反面轴向射入的声波信号起到抑制的作用。

假如：当传声器阵列中传声器的只数为3时，频率为中心频率f₀和相位角为a的声波信号由正面轴向入射该传声器阵列时，该声波信号依次经过第1只传声器和第1延时电路输出后，输出的电信号的相位角为a加延时电路延时240°，即：a+240°。而该声波信号从第1只传声器传到第2只传声器时，第2只传声器接收并通过第2延时电路输出的电信号的相位角为a加延时电路延时120°，以及再加传输距离延时120°，即：a+240°。该声波信号依次经过第3只传声器和第3延时电路（第3延时电路的延时时间为0）输出后，输出的电信号的相位角为a加传输距离延时240°，即：a+240°。由此得出，第1延时电路输出的电信号的相位角，与第2延时电路输出的电信号的相位角是一致的，与第3延时电路输出的声波信号的相位角也是一致的，即它们的相位差为0，这样输出的声波信号能得到最大的增益。

在对声波在空气中传播时因距离造成的衰减忽略不计时，该基本阵列装置可输出，相当于单只传声器输出的3倍，或接近3倍幅度的电信号，即基本阵列装置的增益可达到4.77dB或接近4.77dB。

当频率为中心频率f₀和相位角为a的声波信号由反面轴向入射该传声器阵列时，第3只传声器接收并经第3延时电路（第3只延时电路的延时时间为0）输出的声波信号的相位角仍为a，而该声波信号从第3只传声器传到第2只传声器，并且经过第2个延时电路输出后，输出的声波对应的电信号的相位角为a并且加延时电路延时120°和再加传输距离延时120°，即：a+240°。该声波信号从第2只传声器传到第1只传声器，并且经过第1个延时电路输出后，输出的声波对应的电信号的相位角为a加延时电路延时240°并再加传输距离延时240°，即：a+480°。由此可得，在对声波在空气中传播时因距离造成的衰减忽略不计时，最终输出的声波信号对应的电信号的幅度为0或接近0。

也就是说，对于反面轴向射入的频率为中心频率f₀的声波信号，当传声器阵列中传声器的个数为3时，该基本阵列装置能对反面轴向射入的声波信号起到抑制的作用。

所述传声器阵列中传声器总数n大于等于3，即所述传声器阵列中传声器的只数至少为3只。而当传声器的数量越多时，在一定频率带宽内，经传声器阵列和相应延时电路输出的正向声波信号对应的电信号，可达到增益进一步增加，以及使反面衰减进一步加强，同时也提高了对声波信号反应的指向性特性。

如图2所示，一基本阵列装置中的传声器阵列包括4个传声器M₁、M₂、M₃、M₄，4个传声器沿着直线依次纵向排列设置，并且其中心频率为f₀，即相邻两个传声器之间的间隔均为

因此，当频率为中心频率f₀和相位角为0°的声波信号：

（1）在时间t₁＝0以入射角首先入射第1传声器M₁，第1只传声器M₁接收到的声波信号的相位角为Φ₁’=0°；

而该声波信号分别入射到其它传声器的情况如下：

（2）在此时该声波信号入射到第2传声器M₂，并且第2传声器M₂接收到的声波信号的相位角为Φ₂'=90°；

（3）在此时该声波信号入射到第3传声器M₃，并且第3传声器M₃接收到的声波信号的相位角为Φ₃'=180°；

（4）在此时该声波信号入射到第4传声器M₄，并且第4传声器M₄接收到的声波信号的相位角为Φ₄'=270°。

而且由于第4延时电路的延时时间为0，因此第i延时电路的延时时间T_i为：

$T_i=\frac{(n-i)\·{\mathrm{\λ}}_0}{n\·C_0}$

此时，n为4，则i的取值为1、2、3。

那么根据上式，可分别求出第1延时电路、第2延时电路以及第3延时电路的延时时间，进而还可分别求出第1延时电路至第4延时电路它们的延时时间分别对应的声波信号的相位角，具体如下：

（1）第1延时电路的延时时间为：

$T_1=\frac{3}{4}{\mathrm{\λ}}_0/C_0$

而根据上述可得，这一延时时间对应的声波信号的相位角为Φ₁″=270°。

（2）第2延时电路的延时时间为：

$T_2=\frac{1}{2}{\mathrm{\λ}}_0/C_0$

而根据上述可得，这一延时时间对应的声波信号的相位角为Φ₂″=180°。

（3）第3延时电路的延时时间为：

$T_2=\frac{1}{4}{\mathrm{\λ}}_0/C_0$

而根据上述可得，这一延时时间对应的声波信号的相位角为Φ₃″=90°。

（4）第4延时电路的延时时间为0，即这一延时时间对应的声波信号的相位角Φ₄″=0。

因此，可以进一步地推导出：

（1）该声波信号入射到第1传声器M₁，并且经过第1延时电路后输出的声波信号，其相位角度为Φ₁=Φ₁'+Φ₁″=270°。

（2）该声波信号入射到第2传声器M₂，并且经过第2延时电路后输出的声波信号，其相位角度为Φ₂=Φ₂'+Φ₂″=270°。

（3）该声波信号入射到第3传声器M₃，并且经过第3延时电路后输出的声波信号，其相位角度为Φ₃=Φ₃'+Φ₃″=270°。

（4）该声波信号入射到第4传声器M₄,并且经第4延时电路后输出的声波信号，其相位角为Φ₄=Φ₄'+Φ₄″=270°

因此由上述可得，4个传声器输出的声波信号分别经过相应的延时电路进行延时后，输出的声波信号的相位角相同，均为270°。因此本基本阵列装置输出的声波信号获得最大的增益。

另外，频率为中心频率f₀和相位角为0°的声波信号在时间t₄=0以入射角入射所述的传声器阵列时：

（1）在t₄=0，此时该声波信号入射到第4只传声器M₄，第4只传声器M₄接收到的声波信号的相位角为Φ₄’=0°；

（2）在此时该声波信号入射到第3只传声器M₃，并且第3只传声器M₃接收到的声波信号的相位角为Φ₃’=90°；

（3）在此时该声波信号入射到第2只传声器M₂，并且第2只传声器M₂接收到的声波信号的相位角为Φ₂’=180°；

（4）在此时该声波信号入射到第1只传声器M₁，并且第1只传声器M₁接收到的声波信号的相位角为Φ₁’=270°。

而各传声器的相应的延时电路的延时未变，则分别对应的相角仍为：Φ₁”=270°、Φ₂”=180°、Φ₃”=90°、Φ₄”=0°；

那么各传声器输出的信号经相应的延时电路进行延时后，各输出声波信号所对应的电信号的相位角分别为：

（1）第1传声器M₁输出的声波信号经第1延时电路进行延时后，输出的电信号的相位角为Φ₁=Φ₁'+Φ₁″=270°+270°=540°。

（2）第2传声器M₂输出的声波信号经第2延时电路进行延时后，输出的电信号的相位角为Φ₂=Φ₂'+Φ₂″=180°+180°=360°。

（3）第3传声器M₃输出的声波信号经第3延时电路进行延时后，输出的电信号的相位角为Φ₃=Φ₃'+Φ₃″=90°+90°=180°。

（4）第4只传声器M₄输出的信号的延时为0，输出的电信号的相位角为Φ₄=Φ₄'+Φ₄″=0°+0°=0°。

因此可以得出，Φ₁与Φ₂的相位相反，Φ₃与Φ₄的相位相反，在对声波信号在空气中传播时因距离造成的衰减忽略不计时，该基本阵列装置输出的电信号的幅度为0，增益为极小值。

而且还可以推断出，当相邻两个传声器之间的距离均为并且传声器的个数n大于等于4且为偶数时，在一定频带宽度内，输出的声波信号的衰减均可维持极小值。

因此作为优选的实施方式，传声器阵列中传声器的总个数n大于等于4且为偶数，当入射角为180°时，在对声波信号在空气中传播时因距离造成的衰减忽略不计时，传声器阵列中的传声器经延时电路的输出信号会两两相消，获得最大衰减。

而由于声波信号会以不同的入射角射到基本阵列装置中，因此，当声波信号入射基本阵列装置的入射角不等于0°同时也不等于180°时，声波信号到达各传声器的距离会随声波入射角进而形成指向性的变化。又因所以基本阵列装置的指向性会比单只传声器的指向性变得更为尖锐。当传声器单只指向性特性不为全指向型时（小型、单只、基本结构的传声器的指向性为全指向或接近全指向），该基本阵列装置的指向性特性，也将相应表现为更加尖锐一些。并且随着传声器数量的增加，基本阵列装置在声波入射角为0°时，输出的信号的增益会持续增加，而基本阵列装置在声波入射角为180°时，输出的信号的增益仍为最小，即随着传声器数量的增加，该基本阵列装置的指向性将进一步变得尖锐。

另外，当入射基本阵列装置的频率f与中心频率f₀不同时，即f≠f₀时，f和f₀的比值将影响基本阵列装置的增益及指向特性。

如图3所示，其是由4个传声器组成阵列的基本阵列装置输出的频率-指向性响应示意图，从图3上可看出，该基本阵列装置在f和f₀的比值维持在接近1的附近时，若该基本阵列装置只工作在一个较窄的频段时，如图3所示，在(-1/3)~(+1/3)倍频程频率范围内，该基本阵列装置在该频带内可获得近似一致的增益及指向性特性。同时可知，该基本阵列装置的指向性特性与入射传声器阵列的声波频率f和中心频率f₀的比值相关，而与中心频率f₀的具体数值无关了。

由此，按本发明设计的、不同中心频率f₀的、各个基本阵列装置，均可获得接近一致的指向性特性。

如图4所示，其是由8个传声器组成阵列的基本阵列装置输出的频率-指向性响应示意图，同样，由图4中可看出，该基本阵列装置在f和f₀的比值维持在接近1的附近时，即，若该基本阵列装置只工作在一个较窄的频段时，如图4所示，在(-1/3)~(+1/3)倍频程频率范围内，该基本阵列装置在该频带内可获得近似一致的增益及指向性特性。而由图3和图4相比可得，由8只传声器组成阵列的基本阵列装置，其对正向声波的增益更高、对反向声波的衰减更深、指向性特性更好。

因此可认定：传声器阵列中传声器的只数大于等于4且为偶数，并且数量越多时，接收声波的指向性效果越好。

而基于单个基本阵列装置拥有的特性，则可认定：如由设定不同中心频率f₀的多个基本阵列装置组成的大系统，即本发明，其在设定的声接收系统通频带范围内具有相似的增益和相似的指向特性。那么则可针对通频带范围内的频率声波信号进行接收，能提高这些频率的正向声波激励的输出以及较大地抑制这些频率的非正向声波激励的输出，即如本发明。

另外，为了保证输出的声波信号能达到最大的增益，避免各基本阵列装置输出之间的互相干扰，因此，在声接收系统中，设有与各基本阵列装置中心频率相对应的带通滤波器，这样才能使本发明达到最大的抗干扰的目的，而对于多个带通滤波器，由于它们的中心频率分别为f₁、f₂、f₃……f_m，与各基本阵列装置中心频率一一对应，因此多个带通滤波器的输出频率响应如图5所示。而各个带通滤波器的通带之间相互衔接，构成一个完整并且符合设定的工作频率范围的通道。

而为了达到更好的声音接收效果，以及在设定的工作频率范围内能有接近一致的指向性特性，多个基本阵列装置的中心频率f₁、f₂、f₃……f_m按x/m倍频程间隔连续均匀设置，其中m是基本阵列装置的总个数，同时，x个倍频程亦是声接收系统设定的总的频带范围。而所述基本阵列装置的总个数m是按声接收系统所设定的可控指向性的总频带宽度、声接收系统所设定的可控指向性特性、各基本阵列装置的可控指向性频带宽度、各基本阵列装置的可控指向性特性而定。

另外，对于声接收系统中所述基本阵列装置的总个数m，其也可按声接收系统所设定的对整个频带中特殊频带的频率响应、特殊指向性要求而定（增加或减少）。而在这种情况下，在声接收系统的工作频率范围内，频率响应、指向性特性等，将是不一样的了。

还有，对于声接收系统中多个基本阵列装置的中心频率，亦可按特殊需要，从而非均匀间隔设置。只是在这种情况下，在声接收系统的工作频率范围内，频率响应、指向性特性等，将是不一样的了。

而由于多个基本阵列装置的中心频率f₁、f₂、f₃……f_m按x/m倍频程间隔连续均匀设置，因此在同样设定的工作频率范围内增加基本阵列装置的数量，会使各基本阵列装置负责的工作频段响应变窄。此时，由多个基本阵列装置的组合，其特性变化将表现为：设定的工作频率范围内接收正向声波信号的灵敏度将提高，反向的衰减将更趋于一致，即趋近于0，不同频率的指向性特性也将变得更一致；反之，减少基本阵列装置的数量，会使整个设定频率范围内灵敏度降低，并且，对于除正向以外的其它方向，不同频率声波的衰减会趋于不一致，即散差加大、指向性特性变差。

另外，当多个基本阵列装置的中心频率按x/m倍频程间隔分布时（m为基本阵列装置的个数，x个倍频程为声接收系统设定的总的频率范围），其中一个或几个基本阵列装置中的传声器数量增加或减少，那么数量增加的基本阵列装置，其工作的频段灵敏度会更高，指向特性会变尖锐，而数量减少的基本阵列装置，其工作的频段的灵敏度会下降，指向性特性会变钝。因此，对于基本阵列装置的个数和基本阵列装置中传声器的个数，两者需要根据实际情况而设定，从而满足特殊声接收系统对个别频率范围有不同响应的特殊要求。

再者，当多个基本阵列装置的中心频率不是按x/m倍频程间隔均匀分布时，其中某一个频段或某几个频段的基本阵列装置的中心频率分布间隔变大或变小。那么中心频率分布间隔变小的工作的频段，灵敏度会提高、指向特性会变尖锐；中心频率分布间隔变大的工作频段，灵敏度会较低、指向特性会变钝。因此，对于基本阵列装置的中心频率的分布，根据实际需要设定，可满足特殊声接收系统对特殊频率范围的特殊响应的特殊要求。

而本发明较优的实施方式为：

1、本声接收系统的各基本阵列装置的传声器阵列中传声器数量为大于等于4且为偶数，而且各基本阵列装置的传声器数量一致。这样整个声接收系统在所设定的频率带宽内正向会有一致的增益。

2、本声接收系统的各基本阵列装置的传声器阵列中最后一只传声器均聚集在同一个物理位置并相互靠拢。这样各基本阵列装置的传声器阵列中，最后一只传声器所连接的延时电路的延时时间可统一设置为0，即可省略一个延时电路。

3、本声接收系统的各基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数均是一样，并且多个基本阵列装置的中心频率按x/m倍频程间隔连续均匀设置时，所述多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽，并且所述的多个带通滤波器的带宽覆盖声接收系统所设定的总频率带宽。即，对于各基本阵列装置输出端所连接的带通滤波器，均可将它们的带宽设置为同样倍频程带宽。这样，在声接收系统所设定的频率带宽内，可有一致的指向性特性。

4、本声接收系统的各个基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数均是一样，并且多个基本阵列装置的中心频率按x/m倍频程间隔连续均匀设置时，对于本声接收系统中各基本阵列装置输出端所连接的，具有与基本阵列装置相应中心频率的带通滤波器，除低频端第一带通滤波器和高频端最后一个带通滤波器外，其余的带通滤波器的带宽均设置为同样倍频程带宽。同时，对于所述的低频端第一带通滤波器，将其低频截止设为通带，即，此时与第一基本阵列装置输出端连接的滤波器为低通滤波器，并且该低通滤波器的高频端仍按其余带通滤波器的高频端，进而设置其高端截止频率。而对于所述的高频端最后一个带通滤波器，将其高频截止设为通带，即，此时，与最后一个基本阵列装置输出端连接的滤波器为高通滤波器，并且该高通滤波器的低频端，仍按其余带通滤波器的低频端，进而设置其低端截止频率。这样该声接收系统可接收到所设定的频率带宽以外的声信号，即是扩展了工作频率带宽，只不过该设定的频率带宽以外部分频率范围的声信号的指向特性不能控制。

而通过上述可得，此时本声接收系统的多个滤波器中低频端第一滤波器为低通滤波器，高频端最后一个滤波器为高通滤波器，而其余多个滤波器均为具有与基本阵列装置相应中心频率的带通滤波器，并且所述其余多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽。而在这情况下，本声接收系统中的低通滤波器，其余多个带通滤波器以及高通滤波器的输出频率响应如图6所示。

综上所述，由于本发明在一定的频率带宽内，能对不同的声波信号进行选择性接收，并且能提高正向声波激励的输出以及较大地抑制非正向声波激励的输出。因此本发明的用途广泛，例如：可作为会议现场拾音（传声），如：将本声接收系统悬挂在会议室中央顶部，这样不仅能覆盖大多数发言人，而且在拾音（传声）时，无需繁杂的调控便能抑制各种声波回授，不易于产生啸叫，并能隔离不需要的噪声；作为剧场远距离拾音（传声），其不仅可覆盖整个舞台，录得所需的声波信号，而且还可以屏蔽剧场内观众区的干扰；也可作为超远距离的特殊拾音（传声）。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种声接收系统，其特征在于：包括多个基本阵列装置、多个滤波器以及第二混音输出器件，所述多个基本阵列装置的输出端分别连接一个滤波器，多个滤波器的输出端均与第二混音输出器件的输入端连接，第二混音输出器件的输出端为声接收系统的输出端；

所述基本阵列装置包括传声器阵列、延时电路和第一混音输出器件，所述传声器阵列包括多个传声器，所述多个传声器沿着直线依次纵向排列设置，所述传声器阵列中相邻两个传声器之间的间隔距离均为，其中n为基本阵列装置中传声器的总个数，是根据基本阵列装置所设定的中心频率而得出的波长；

所述基本阵列装置中，每个传声器的输出端分别连接一延时电路，多个延时电路的输出端均与第一混音输出器件的输入端连接，所述第一混音输出器件的输出端与滤波器的输入端连接；

所述基本阵列装置中第i延时电路的延时时间为最后一个延时电路的延时时间加上n-i倍的单位时间，而所述的单位时间为：频率为基本阵列装置所设定的中心频率的声波信号轴向射入基本阵列装置中的传声器阵列后，该声波信号在相邻两个传声器之间传播的时间，其中n为传声器阵列中传声器的总个数，i的取值为1、2、3……n；

所述传声器阵列中传声器的总个数n大于等于3。

2.根据权利要求1所述一种声接收系统，其特征在于：所述的多个滤波器均为带通滤波器，所述的带通滤波器具有与基本阵列装置相应的中心频率。

3.根据权利要求1所述一种声接收系统，其特征在于：多个基本阵列装置的中心频率按x/m倍频程间隔连续均匀设置，其中m是基本阵列装置的总个数，x个倍频程亦为声接收系统设定的总的频率范围。

4.根据权利要求1所述一种声接收系统，其特征在于：各个基本阵列装置的传声器阵列中传声器的个数均是一样的。

5.根据权利要求2所述一种声接收系统，其特征在于：所述的多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽，并且所述的多个带通滤波器的带宽覆盖所设定的总频率带宽。

6.根据权利要求1所述一种声接收系统，其特征在于：所述的多个滤波器中低频端第一滤波器为低通滤波器，高频端最后一个滤波器为高通滤波器，而其余多个滤波器均为具有与基本阵列装置相应中心频率的带通滤波器，所述其余多个带通滤波器的带宽均为同样倍频程带宽。

7.根据权利要求1至6任一所述一种声接收系统，其特征在于：所述传声器阵列中传声器的总个数n大于等于4且为偶数。

8.根据权利要求1所述一种声接收系统，其特征在于：各基本阵列装置的传声器阵列中最后一只传声器均聚集在同一个物理位置并相互靠拢。