CN113115170B - 一种多类型扬声器阵列的优化布置方法 - Google Patents

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CN113115170B CN202110307435.0A CN202110307435A CN113115170B CN 113115170 B CN113115170 B CN 113115170B CN 202110307435 A CN202110307435 A CN 202110307435A CN 113115170 B CN113115170 B CN 113115170B
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Abstract

本发明涉及一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，应用于车内分区域声场控制系统中，包括以下步骤：步骤一：确定车内分区域声场控制系统的电声传递函数；步骤二：依据各类扬声器的频响特性和所需优化频段确定各类扬声器对应的优化频段；步骤三：利用电声传递函数，基于各类扬声器在不同潜在布置位置的控制力增量，对各类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序；步骤四：基于各类扬声器对应的优化频段，按照各类扬声器的潜在布置位置的优先级排序依次布置扬声器，直至已布置的扬声器构成的阵列的相对控制增量在所需优化频段内满足需求。本发明能够确定各类型扬声器的数量和位置、实现车内多类型扬声器阵列的最优布置，并保证扬声器阵列控制力最大化。

Description

一种多类型扬声器阵列的优化布置方法
技术领域
本发明属于车内声场控制技术领域，具体涉及多类型扬声器阵列的优化技术领域，为一种用于车内分区域声场控制系统中的多类型扬声器阵列的优化布置方法。
背景技术
随着智能化进程的不断推进，汽车的驾乘体验愈发丰富。在纷繁的智能化系统中，车内分区域声场控制系统由于其惊艳的体验感和良好的实用性，受到了各大主机厂和主流供应商的密切关注。在搭建车内分区域声场控制时，如何有效得布置扬声器决定着系统的控制效果，多类型扬声器的布置是首要解决的问题之一。
Enomoto等人提出利用电声传递函数之间的相关性对封闭空间内扬声器阵列进行优化，该方法首先确定扬声器阵列中扬声器的位置和数量，再根据扬声器的电声传递函数选择出第一个扬声器，利用各扬声器电声传递函数之间的相关性依次选择扬声器，从而实现扬声器阵列的去冗余处理。采用该方法进行扬声器阵列优化时，还需要再考虑多类型扬声器阵列优化布置的问题。Khalilian等人以声场重建最小化为研究目标，对单类扬声器阵列进行优化布置，不过在车内分区域声场控制系统设计时仍会遇见多类型扬声器阵列优化布置的问题。Georgios等人提出基于扬声器电声传递函数的声压匹配法(PM，PressureMatching)，并在此基础上提出Lasso(Least Absolute Shrinhage)，该方法以最小化损失声能量为优化目标，实现在不同频率下选择不同组合的扬声器阵列。以上方法主要考虑的是单个区域声场控制问题中的扬声器阵列优化，并没有考虑该区域对其他区域控制的影响。
综上所述，目前对多类型扬声器阵列优化布置的研究较少，现有的方法并未解决车内分区域声场控制中多类型扬声器阵列优化布置的问题，同时也未对多类型扬声器阵列的控制力进行量化。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够确定各类型扬声器的数量和位置、实现车内多类型扬声器阵列的最优布置，并保证扬声器阵列对分区域声场控制力最大化的多类型扬声器阵列的优化布置方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，应用于车内分区域声场控制系统中，所述多类型扬声器阵列的优化布置方法包括以下步骤：
步骤一：确定所述车内分区域声场控制系统的电声传递函数；
步骤二：依据各类扬声器的频响特性和所需优化频段确定各类所述扬声器对应的优化频段；
步骤三：利用所述电声传递函数，基于各类所述扬声器在其不同潜在布置位置的控制力增量，对各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序；
步骤四：基于各类所述扬声器对应的优化频段，按照各类所述扬声器的潜在布置位置的优先级排序依次布置所述扬声器，直至已布置的所述扬声器构成的阵列的相对控制增量在所述所需优化频段内满足需求。
所述步骤一包括以下步骤：
步骤1-1：在车内控制区中第k类所述扬声器的潜在布置位置布置第k类所述扬声器；
步骤1-2：分别获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置分别到所述车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000021
步骤1-3：分别获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置分别到所述车内控制区的暗区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000022
步骤1-4：确定所述车内分区域声场控制系统的电声传递函数为
Figure BDA0002988431450000023
所述步骤1-2中，依次给各个第k类所述扬声器白噪声激励信号
Figure BDA0002988431450000024
当所述白噪声激励信号为
Figure BDA0002988431450000025
时，在所述车内控制区的明区中的M个控制点的输出信号分别为
Figure BDA0002988431450000026
则第k类所述扬声器从其第v个潜在布置位置到所述车内控制区的明区中第m个控制点之间的电声传递函数为
Figure BDA0002988431450000027
其中，
Figure BDA0002988431450000028
为所述白噪声激励信号
Figure BDA0002988431450000029
和所述车内控制区的明区中第m个控制点的输出信号
Figure BDA00029884314500000210
的互功率谱，
Figure BDA00029884314500000211
为所述白噪声激励信号
Figure BDA00029884314500000212
的自功率谱，依此方法获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置到所述车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，则第k类所述扬声器与所述车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA00029884314500000213
所述步骤1-3中，与所述步骤1-2同理获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000031
所述步骤二包括以下步骤：
步骤2-1：依据各类所述扬声器的频响范围与所述所需优化频段初步确定各类所述扬声器的初步优化频段：记所述所需优化频段为[FL,FH]，记第k类所述扬声器的频响范围为
Figure BDA0002988431450000032
则第k类所述扬声器的初步优化频段
Figure BDA0002988431450000033
为：
Figure BDA0002988431450000034
步骤2-2：在所述所需优化频段[FL,FH]内对各类所述扬声器的初步优化频段进行调整，得到各类所述扬声器的最终优化频段，使各类所述扬声器的最终优化频段在所述所需优化频段[FL,FH]内无重叠。
所述步骤三包括以下步骤：
步骤3-1：对于第k类所述扬声器，依据在其第j+1个潜在布置位置布置所述扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器所带来的控制力增量由大到小，对第k类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序，并依此方法获得各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序；
步骤3-2：对于第k类所述扬声器，基于其潜在布置位置的优先级排序获得其各个所述潜在布置位置在所述所需优化频段内各频点的控制力增量，并据此计算第k类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和，依次方法获得各类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和；
步骤3-3：依据各类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和由大到小，对各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序。
所述步骤3-1中，(M+N)维线性空间中包括两个互补的子空间，分别为子空间Cj和子空间C(M+N)-j，其中所述子空间Cj为在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器的作用空间，所述子空间C(M+N)-j为所述子空间Cj的法向空间，选择虚拟扬声器音量最大的位置作为第j+1个潜在布置位置uj+1，在第j+1个潜在布置位置uj+1布置的所述扬声器的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000041
在所述子空间Cj中的投影部分为
Figure BDA0002988431450000042
在所述子空间C(M+N)-j中的投影部分为
Figure BDA0002988431450000043
则在第j+1个潜在布置位置布置所述扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器所带来的控制力增量为
Figure BDA0002988431450000044
所述步骤3-2中，第k类所述扬声器在任意一个所述潜在布置位置的控制力增量和为其在该所述潜在布置位置时在所述所需优化频段内各频点的控制力增量之和。
所述步骤四包括以下步骤：
步骤4-1：依次布置所述扬声器，分别获得各个所述扬声器的控制力增量；
步骤4-2：计算待布置的第j个所述扬声器的相对控制增量为
Figure BDA0002988431450000045
其中，
Figure BDA0002988431450000046
为待布置的第j个所述扬声器的控制力增量，
Figure BDA0002988431450000047
为第一个所述扬声器的控制力增量；
步骤4-3：判断待布置的第j个所述扬声器的相对控制增量为
Figure BDA0002988431450000048
的大小，若
Figure BDA0002988431450000049
则需要布置第j个所述扬声器，若
Figure BDA00029884314500000410
则无需布置第j个所述扬声器，其中EG为设置的相对控制增量阈值；
步骤4-4：判断已布置并构成阵列的共计Nob个各类所述扬声器在所述所需优化频段内是否满足
Figure BDA00029884314500000411
若满足则完成多类型扬声器阵列的布置，其中，a为所述所需优化频段内的频点号。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够确定各类型扬声器的数量和位置、实现车内多类型扬声器阵列的最优布置，并保证扬声器阵列对分区域声场控制力最大化。
附图说明
附图1为多类型扬声器阵列优化布置的示意图。
附图2为车内电声传递函数示意图。
附图3为三种类型扬声器优化频段划分示意图。
附图4为虚拟扬声器控制力衡量方法物理模型。
附图5为单频程相对控制增量示意图。
附图6为三种扬声器阵列的相对控制增量对比图。
附图7为车内多类型扬声器阵列的最优布置实例。
以上附图中：1、第1类扬声器；2、第k类扬声器；3、第K类扬声器；4、各类扬声器的潜在布置位置；5、车内前区(明区)；6、车内后区(暗区)。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：本发明的目的是实现车内多类型扬声器阵列的最优布置，为实现车内分区域声场控制奠定基础。
本发明提出了一种用于车内分区域声场控制系统的多类型扬声器阵列的优化布置方法，其示意图如图1所示。图1中，1为第1类扬声器r(1)，2为第k类扬声器r(k)，3为第K类扬声器r(K)，即参与分区域声场控制的扬声器类型一共有K种，
Figure BDA0002988431450000051
为第k类扬声器的优化频段，4为各类型扬声器的潜在布置位置，5为车内前区记为明区，6为车内后区记为暗区。本发明所提出方法能够对多类型类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序，从而实现位置优化。能够利用相对控制力指标确定每一类扬声器的准确数量，从而实现数量优化。通过本发明所述方法进行优化处理后得到的多类型扬声器阵列，即为实现车内分区声场控制的最优多类型扬声器阵列布置。
本发明的一种应用于车内分区域声场控制系统中的多类型扬声器阵列的优化布置方法，包括以下步骤：
步骤一：电声传递函数的测量，即确定车内分区域声场控制系统的电声传递函数。
车内分区域声场控制系统中电声传递函数测量示意图如图2所示。步骤一包括以下步骤：
步骤1-1：在车内控制区中第k类扬声器的潜在布置位置布置第k类扬声器。
步骤1-2：分别获得第k类扬声器从其各个潜在布置位置分别到车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类扬声器与车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000052
该步骤1-2中，依次给各个第k类扬声器白噪声激励信号
Figure BDA0002988431450000053
当白噪声激励信号为
Figure BDA0002988431450000054
时，在车内控制区的明区中的M个控制点的输出信号分别记为
Figure BDA0002988431450000055
则第k类扬声器从其第v个潜在布置位置到车内控制区的明区中第m个控制点之间的电声传递函数可表示为：
Figure BDA0002988431450000061
式(1)中，
Figure BDA0002988431450000062
为白噪声激励信号
Figure BDA0002988431450000063
和车内控制区的明区中第m个控制点的输出信号
Figure BDA0002988431450000064
的互功率谱，
Figure BDA0002988431450000065
为白噪声激励信号
Figure BDA0002988431450000066
的自功率谱。
依此方法可以获得第k类扬声器从其各个潜在布置位置到车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，则第k类扬声器与车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000067
为：
Figure BDA0002988431450000068
步骤1-3：分别获得第k类扬声器从其各个潜在布置位置分别到车内控制区的暗区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类扬声器与车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000069
与步骤1-2同理，获得第k类扬声器与车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure BDA00029884314500000610
为：
Figure BDA00029884314500000611
步骤1-4：确定车内分区域声场控制系统的电声传递函数，即第k类扬声器到控制区域(即明区和暗区的总和)的电声传递函数为：
Figure BDA00029884314500000612
针对每一类扬声器重复以上方法，即可获得各类扬声器从潜在布置位置到控制区域的电声传递函数。
步骤二：多类型扬声器优化频段划分，即依据各类扬声器的频响特性和所需优化频段确定各类扬声器对应的优化频段。
车内分区域声场控制系统中采用多类型扬声器阵列的目的是为了获得更宽频响范围，因此需要根据扬声器的频响特性对其优化频段进行划分。
步骤二包括以下步骤：
步骤2-1：依据各类扬声器的频响范围与所需优化频段初步确定各类扬声器的初步优化频段。具体为：记所需优化频段为[FL,FH]，记第k类扬声器的频响范围为
Figure BDA0002988431450000071
则第k类扬声器的初步优化频段
Figure BDA0002988431450000072
为：
Figure BDA0002988431450000073
步骤2-2：在所需优化频段[FL,FH]内对各类扬声器的初步优化频段进行调整，得到各类扬声器的最终优化频段，使各类扬声器的最终优化频段在所需优化频段[FL,FH]内无重叠。
以三类扬声器优化频段划分为例进行说明。如附图3所示，三类扬声器r(1)、r(2)、r(3)通过上述方法获得的最终优化频段分别为[fL,f1 (2)]、[f1 (2),f1 (3)]、[f1 (3),fH]。
步骤三：单类扬声器位置优先级排序，即利用电声传递函数，基于各类扬声器在其不同潜在布置位置的控制力增量，对各类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序。
在进行多类型扬声器阵列优化时，需要对多类型扬声器阵列中的每一类扬声器都进行位置优先级排序，从而实现各类型扬声器的位置优化。本发明先对各类型扬声器的潜在布置位置在单频程内进行控制力衡量，再对单类型扬声器在其优化频段内的潜在布置位置的控制力进行排序，从而确定各类型扬声器的位置优先级排序。
第k类扬声器r(k)的潜在布置位置总数为Nk，所有潜在布置位置的序号集合为：
P(k)＝{1,2,…,v,…,Nk} (6)
假设已经确定第k类扬声器r(k)在其优化频段内的j个位置，记前j个位置的位置序号集合为：
Figure BDA0002988431450000074
则位置优先级为j+1的第j+1个位置应当在集合
Figure BDA0002988431450000075
中确定。
第k类扬声器r(k)处于位置v时到控制区域的电声传递函数向量为：
Figure BDA0002988431450000076
1)单频程内潜在布置位置的控制增量衡量
在车内分区域声场控制中，当仅有一个扬声器在潜在布置位置处发声时，所测声音的大小可以直接表现为扬声器在潜在布置位置对声场控制力的大小。当有多个扬声器在不同位置同时发声时，各扬声器所产生的声场之间存在耦合的现象，因此本发明采用虚拟扬声器衡量方法在频域内对潜在布置位置的控制力进行衡量，其物理模型如图4所示。
图4中，Cj和C(M+N)-j为(M+N)维线性空间中的两个互补的子空间，(M+N)维线性空间C(M+N)为：
Figure BDA0002988431450000081
Cj为在前j个潜在布置位置已布置的扬声器构成的作用空间，C(M+N)-j为Cj的法向空间，该空间中的向量与Cj空间正交。
记第j+1个扬声器r(k)在位置v的电声传递函数为
Figure BDA0002988431450000082
根据以上介绍可知，可以将
Figure BDA0002988431450000083
划分为两部分：
a)
Figure BDA0002988431450000084
在子空间Cj的部分投影
Figure BDA0002988431450000085
b)
Figure BDA0002988431450000086
在子空间C(M+N)-j的部分投影
Figure BDA0002988431450000087
即为虚拟扬声器的电声传递函数。
在此引入正交化的思想，利用格莱姆-斯密特正交化方法求解
Figure BDA0002988431450000088
在子空间C(M+N)-j的虚拟扬声器的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000089
求得虚拟扬声器的传递函数向量后，选择虚拟扬声器音量最大的位置作为第j+1个位置，即：
Figure BDA00029884314500000810
在j+1个潜在位置布置扬声器r(k)时，给前j个扬声器r(k)带来的控制增量为：
Figure BDA00029884314500000811
第k类扬声器r(k)在潜在布置位置带来的控制力增量为：
Figure BDA00029884314500000812
利用上述方法，将多类型扬声器的潜在布置位置在各频程内进行控制力量化。
由此步骤三包括以下步骤：
步骤3-1：对于第k类扬声器，依据在其第j+1个潜在布置位置布置扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的扬声器所带来的控制力增量由大到小，对第k类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序，并依此方法获得各类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序。
步骤3-1中，(M+N)维线性空间中包括两个互补的子空间，分别为子空间Cj和子空间C(M+N)-j，其中子空间Cj为在前j个潜在布置位置已布置的扬声器的作用空间，子空间C(M+N)-j为子空间Cj的法向空间，选择虚拟扬声器音量最大的位置作为第j+1个潜在布置位置uj+1，在第j+1个潜在布置位置uj+1布置的扬声器的电声传递函数
Figure BDA0002988431450000091
在子空间Cj中的投影部分为
Figure BDA0002988431450000092
在子空间C(M+N)-j中的投影部分为
Figure BDA0002988431450000093
则在第j+1个潜在布置位置布置扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的扬声器所带来的控制力增量为
Figure BDA0002988431450000094
2)优化频段内潜在布置位置的控制力衡量
步骤三还包括以下步骤：
步骤3-2：对于第k类扬声器r(k)，基于其潜在布置位置的优先级排序获得其各个潜在布置位置在所需优化频段内各频点的控制力增量，并据此计算第k类扬声器在各个潜在布置位置的控制力增量和，依次方法获得各类扬声器在各个潜在布置位置的控制力增量和。该步骤3-2中，第k类扬声器在任意一个潜在布置位置的控制力增量和为其在该潜在布置位置时在所需优化频段内各频点的控制力增量之和。
具体的，第k类扬声器r(k)在所需优化频段内的控制力增量可表示为：
Figure BDA0002988431450000095
式(13)中A为所需优化频段内的总频点数。
则第k类扬声器r(k)在位置v时的在所需优化频段内各频点的控制力增量之和可表示为：
Figure BDA0002988431450000096
步骤3-3：依据各类扬声器在各个潜在布置位置的控制力增量和由大到小，对各类扬声器的潜在布置位置进行优先级排序。
获得第k类扬声器r(k)所有潜在布置位置的整个优化频段的控制增量和后，则潜在布置位置的优先级序号可表示为：
Figure BDA0002988431450000097
利用潜在布置位置在优化频段内的控制力，实现扬声器r(k)潜在布置位置的优先级排序。
步骤四：多类型扬声器分频段优化，即基于各类扬声器对应的优化频段，按照各类扬声器的潜在布置位置的优先级排序依次布置扬声器，直至已布置的扬声器构成的阵列的相对控制增量在所需优化频段内满足需求。
1)单频程内多类型扬声器的相对控制增量衡量
由于多类型扬声器阵列中存在多种不同类型的扬声器，因此在单频程传递函数向量中不再区分扬声器的类型。在布置时通常先从低频扬声器开始，按照潜在位置的优先级排序逐步增加扬声器的数量，直至单频程内相对控制力增量满足要求位为止。
记所放多类型扬声器构成的扬声器阵列为混合扬声器阵列，阵列中扬声器的总数Nob，使用虚拟扬声器控制力衡量的方法对单频程内多类型扬声器阵列的相对控制增量进行衡量，Nob个扬声器的相对控制增量表示为：
Figure BDA0002988431450000101
则第j个扬声器带来的相对控制增量
Figure BDA0002988431450000102
可表示为：
Figure BDA0002988431450000103
根据试验经验确定相对控制增量的阈值EG，当
Figure BDA0002988431450000104
时，前j个多类型扬声器所构成的扬声器阵列还未达到控制极限，还需要继续增加扬声器。当
Figure BDA0002988431450000105
时，没必要再增加第j个扬声器。
由此，步骤四包括以下步骤：
步骤4-1：依次布置扬声器，分别获得各个扬声器的控制力增量。
步骤4-2：计算待布置的第j个扬声器的相对控制增量为
Figure BDA0002988431450000106
其中，
Figure BDA0002988431450000107
为待布置的第j个扬声器的控制力增量，
Figure BDA0002988431450000108
为第一个扬声器的控制力增量。
步骤4-3：判断待布置的第j个扬声器的相对控制增量为
Figure BDA0002988431450000109
的大小。若
Figure BDA00029884314500001010
则需要布置第j个扬声器，若
Figure BDA00029884314500001011
则无需布置第j个扬声器，其中EG为设置的相对控制增量阈值。
2)优化频段内多类型扬声器的相对控制增量
在其优化频段内衡量多类型扬声器阵列的相对控制增量时，需要同时考虑多个频程的相对控制力增量大小，从而判断多类扬声器阵列在优化频段内的控制力是否达到极限。当多类型扬声器布置完成时，在其优化频段[FL,FH]内应当满足：
Figure BDA0002988431450000111
按照以上方法完成所有类型扬声器的数量和位置优化后，获得的多类型扬声器阵列即为最优多类型扬声器阵列。
由此，步骤四还包括以下步骤：
步骤4-4：判断已布置并构成阵列的共计Nob个各类扬声器在所需优化频段[FL,FH]内是否满足
Figure BDA0002988431450000112
若满足则完成多类型扬声器阵列的布置，其中，a为所需优化频段内的频点号。
具体实施例
图5、图6和图7是本发明实施例中的实测数据。本发明在潜在布置位置放置4个车门扬声器、8个头枕扬声器、10个中高频扬声器和2中重低音扬声器构成的多类型扬声器阵列，图5为单频信号的相对控制增量(fa＝350Hz)，相对控制力增量的阈值为EG＝21dB，对该频程而言，前11个扬声器所构成扬声器阵列的控制力已经达到了极限，后13个扬声器没有存在的必要。图6为3种多类型扬声器阵列在控制频段50Hz～1500Hz内的相对最小控制增量，从图中可以看出，24个扬声器阵列和16个扬声器阵列在整个优化频段的控制力已经达到极限，而10个扬声器阵列在[500,1500]范围内并没有达到极限。当多类型扬声器阵列的最小相对控制增量足够小时，在继续增加扬声器并不会带来控制力明显增强，因此24个扬声器阵列比16个扬声器阵列多了8个扬声器，但是分区域声场控制效果基本相同。当多类型扬声器阵列的控制力不足时，就导致分区域声场控制效果变差，因此虽然10个扬声器阵列比11个扬声器阵列少了6个扬声器，但是分区域声场控制效果不佳。图7为车内多类型扬声器阵列最优的布置方式，其中包括每个座椅上两个头枕扬声器、4个车门扬声器、2个重低音扬声器和2中高音扬声器。
本发明的方案实现了车内多类型扬声器阵列的最优布置，为实现车内分区域声场控制奠定基础。本发明主要实现了以下技术问题：
(1)成功的解决车内多类型扬声器阵列空间布置问题，确定了各类型扬声器的数量和位置；
(2)对多类型扬声器阵列的控制力进行量化，保证扬声器阵列对分区域控制力的最大化。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，应用于车内分区域声场控制系统中，其特征在于：所述多类型扬声器阵列的优化布置方法包括以下步骤：
步骤一：确定所述车内分区域声场控制系统的电声传递函数；
步骤二：依据各类扬声器的频响特性和所需优化频段确定各类所述扬声器对应的优化频段；
步骤三：利用所述电声传递函数，基于各类所述扬声器在其不同潜在布置位置的控制力增量，对各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序；
步骤四：基于各类所述扬声器对应的优化频段，按照各类所述扬声器的潜在布置位置的优先级排序依次布置所述扬声器，直至已布置的所述扬声器构成的阵列的相对控制增量在所述所需优化频段内满足需求。
2.根据权利要求1所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：
步骤1-1：在车内控制区中第k类所述扬声器的潜在布置位置布置第k类所述扬声器；
步骤1-2：分别获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置分别到所述车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure FDA0002988431440000011
步骤1-3：分别获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置分别到所述车内控制区的暗区中各个控制点的电声传递函数，进而获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure FDA0002988431440000012
步骤1-4：确定所述车内分区域声场控制系统的电声传递函数为
Figure FDA0002988431440000013
3.根据权利要求2所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤1-2中，依次给各个第k类所述扬声器白噪声激励信号
Figure FDA0002988431440000014
当所述白噪声激励信号为
Figure FDA0002988431440000015
时，在所述车内控制区的明区中的M个控制点的输出信号分别为
Figure FDA0002988431440000016
则第k类所述扬声器从其第v个潜在布置位置到所述车内控制区的明区中第m个控制点之间的电声传递函数为
Figure FDA0002988431440000017
其中，
Figure FDA0002988431440000018
为所述白噪声激励信号
Figure FDA0002988431440000019
和所述车内控制区的明区中第m个控制点的输出信号
Figure FDA00029884314400000110
的互功率谱，
Figure FDA00029884314400000111
为所述白噪声激励信号
Figure FDA00029884314400000112
的自功率谱，依此方法获得第k类所述扬声器从其各个潜在布置位置到所述车内控制区的明区中各个控制点的电声传递函数，则第k类所述扬声器与所述车内控制区的明区共计M个控制点之间的电声传递函数
Figure FDA0002988431440000021
所述步骤1-3中，与所述步骤1-2同理获得第k类所述扬声器与所述车内控制区的暗区共计N个控制点之间的电声传递函数
Figure FDA0002988431440000022
4.根据权利要求1所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤二包括以下步骤：
步骤2-1：依据各类所述扬声器的频响范围与所述所需优化频段初步确定各类所述扬声器的初步优化频段：记所述所需优化频段为[FL,FH]，记第k类所述扬声器的频响范围为
Figure FDA0002988431440000023
则第k类所述扬声器的初步优化频段
Figure FDA0002988431440000024
为：
Figure FDA0002988431440000025
步骤2-2：在所述所需优化频段[FL,FH]内对各类所述扬声器的初步优化频段进行调整，得到各类所述扬声器的最终优化频段，使各类所述扬声器的最终优化频段在所述所需优化频段[FL,FH]内无重叠。
5.根据权利要求1所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤三包括以下步骤：
步骤3-1：对于第k类所述扬声器，依据在其第j+1个潜在布置位置布置所述扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器所带来的控制力增量由大到小，对第k类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序，并依此方法获得各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序；
步骤3-2：对于第k类所述扬声器，基于其潜在布置位置的优先级排序获得其各个所述潜在布置位置在所述所需优化频段内各频点的控制力增量，并据此计算第k类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和，依次方法获得各类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和；
步骤3-3：依据各类所述扬声器在各个所述潜在布置位置的控制力增量和由大到小，对各类所述扬声器的潜在布置位置进行优先级排序。
6.根据权利要求5所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤3-1中，(M+N)维线性空间中包括两个互补的子空间，分别为子空间Cj和子空间C(M+N)-j，其中所述子空间Cj为在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器的作用空间，所述子空间C(M+N)-j为所述子空间Cj的法向空间，选择虚拟扬声器音量最大的位置作为第j+1个潜在布置位置uj+1，在第j+1个潜在布置位置uj+1布置的所述扬声器的电声传递函数
Figure FDA0002988431440000031
在所述子空间Cj中的投影部分为
Figure FDA0002988431440000032
在所述子空间C(M+N)-j中的投影部分为
Figure FDA0002988431440000033
则在第j+1个潜在布置位置布置所述扬声器相对在前j个潜在布置位置已布置的所述扬声器所带来的控制力增量为
Figure FDA0002988431440000034
7.根据权利要求5所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤3-2中，第k类所述扬声器在任意一个所述潜在布置位置的控制力增量和为其在该所述潜在布置位置时在所述所需优化频段内各频点的控制力增量之和。
8.根据权利要求1所述的一种多类型扬声器阵列的优化布置方法，其特征在于：所述步骤四包括以下步骤：
步骤4-1：依次布置所述扬声器，分别获得各个所述扬声器的控制力增量；
步骤4-2：计算待布置的第j个所述扬声器的相对控制增量为
Figure FDA0002988431440000035
其中，
Figure FDA0002988431440000036
为待布置的第j个所述扬声器的控制力增量，
Figure FDA0002988431440000037
为第一个所述扬声器的控制力增量；
步骤4-3：判断待布置的第j个所述扬声器的相对控制增量为
Figure FDA0002988431440000038
的大小，若
Figure FDA0002988431440000039
则需要布置第j个所述扬声器，若
Figure FDA00029884314400000310
则无需布置第j个所述扬声器，其中EG为设置的相对控制增量阈值；
步骤4-4：判断已布置并构成阵列的共计Nob个各类所述扬声器在所述所需优化频段内是否满足
Figure FDA00029884314400000311
若满足则完成多类型扬声器阵列的布置，其中，a为所述所需优化频段内的频点号。
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车内分区域声场控制及加速声品质研究;廖祥凝;《中国博士学位论文全文库——工程科技II辑》;20190215;全文 *

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