CN206481451U - 一种带均衡的有源无指向性扬声器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字滤波器，所述数字滤波器包括逆均衡器和带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。本实用新型体积小，仅工作在相关标准要求的测试频率范围内；通过对扬声器的空间多点传输函数进行测试，并根据多点传输函数设计一个数字信号滤波系统，该数字信号滤波系统的幅度频率响应在峰谷上与无指向性扬声器系统的空间多点平均的幅度频率响应互逆，达到扬声器系统的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小的目的；可用于建筑声学和电声测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及声学测量用专用声源领域，尤其涉及一种带均衡的有源无指向性扬声器系统。
背景技术
在建筑声学和噪声测试中，无指向性声源扬声器系统作为测试声源，要求其向空间各个方向辐射声音的能力一致(无指向性)，并且要在测试关注的频率范围内有相对平直的频率响应。并且随着低频噪声研究的深入，越来越多的实验人员和研究者希望无指向性声源扬声器系统有更好的低频重放能力(低至44.5Hz)，以满足低频信噪比的要求。
在使用无指向声源扬声器系统的过程中，发现现有无指向性声源扬声器系统不容易满足ISO 10140系列标准、ISO 3382系列标准和国家标准GB/T 19889系列标准对无指向声源扬声器系统的产生的声场频率响应要求：同一个倍频程中的各个1/3倍频程声功率级差在125Hz倍频程中不得大于6dB,在250Hz倍频程中不得大于5dB,在其它中心频率更高的倍频程中不得大于4dB。
目前常用无指向性声源包括12面体声源和逆号角形音箱，对于12面体声源来说存在两个问题：
因为12面体声源其特殊的正12面体形状，若要通过改善箱体结构和更换更高品质的扬声器单元，以平滑12面体声源在其有效频率范围内频率响应曲线的峰谷幅度，难度较大实现且性价比低；
由于12面体扬声器系统是由12个相同的扬声器系统组成，由于扬声器单元的尺寸较小和12面箱体的有效容积较小，在一般在低频范围会有较大的衰减，而导致无法满足低频信噪比的测量要求。
针对上述问题，检索到国内相关专利，但没有一份专利能够完全解决这个问题，相关专利具体如下：
1、专利申请号200910095351.4的无指向性扬声器低频T铁中心倒相音箱，该专利只采用一只扬声器单元，且其声音未经过逆号角形(inverse horn)处理，必然无法实现三维空间的无指向性；
2、专利申请号201010224857.3的用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源及设计方法，但该专利只是采用十二只相同尺寸的扬声器单元，必然会在其谐振频率有较大的峰值，且未采用均衡处理方法，因此不能满足ISO 10140系列标准、ISO 3382系列标准和国家标准GB/T 19889系列对平直频率响应的要求；亦没有采用低频重放能力较强的大尺寸扬声器单元，因此低频重放仍然存在问题。
3、专利申请号201520352719.1的正十二面体全指向扬声器箱，该系统只针对100～8000Hz的频率范围，同样未能解决低频不足的问题。
4、专利申请号200310120729.4的在三维空间的全指向性扬声器系统的实用新型专利中，该专利是提出一个系统，并未提出均衡处理方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一个扬声器系统，以解决上述技术存在的频率响应不平直和低频范围衰减严重等问题。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是：一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字 滤波器，所述数字滤波器包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型无指向性扬声器系统仅工作在相关标准要求的测试频率范围内；
(2)本实用新型通过对无指向性扬声器系统的空间多点传输函数进行测试，设计一个数字信号滤波系统，该数字信号滤波系统的幅度频率响应在峰谷上与无指向性扬声器系统的空间多点平均的幅度频率响应互逆，达到扬声器系统的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小的目的；可用于建筑声学和电声测试。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，包括音频信号接口1，音频信号接口1连接有数字滤波器2，所述数字滤波器2包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器201和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器202，数字滤波器2连接 有功率放大器3，功率放大器3连接至扬声器4，所述扬声器4包括逆号角形音箱401和低频音箱402。
相对于12面体扬声器系统的无指向性声源，采用逆号角形音箱可以尽量减小扬声器系统的体积，有助于本实用新型方案实现空间各方位均匀重放的无指向性。
本系统对逆号角形音箱增加了低频音箱，有助于提升低频范围的能量强度。
为使本实用新型的扬声器系统频率响应较为平滑，相邻频段的幅度变化较为平缓均衡，且有较强的低频重放能力，以满足相关测试标准的要求。需要先确定扬声器系统的逆均衡传输函数，通过得到逆均衡传输函数设置数字滤波器，具体步骤如下：
(1)由一个逆号角形音箱、一个低频音箱以及对应功率放大器组成可重放较宽频率的有源扬声器系统；
(2)采用最大长度序列法(MLS)或者正弦扫频法(SS)在空间多点测量由(1)组成的扬声器系统的传输函数，该传输函数可用H1(z)、H2(z)……Hn(z)表示，其中n为在空间360度范围均匀取的点数，空间多点测量是为了对扬声器系统传输函数在空间不同方向进行采样，保证均衡的对象是扬声器系统在整个空间而非只是某个方向的声学响应；
(3)采用最小二乘拟合法或高斯权函数等平滑方法对H1(z)、H2(z)……Hn(z)在(44.5Hz～8979.7Hz)进行1/m Oct平滑(m一般3、6、12或48)，平滑后得到一组空间多点的平滑传输函数为G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)；
(4)在该组平滑传输函数中设一相对电平为0dB，该相对电平一般低于G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)、……Gn(z1，z2……zm)在 44.5Hz～8979.7Hz频率范围内的最小值，以确保G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)、……Gn(z1，z2……zm)在44.5Hz～8979.7Hz频率范围内的幅值在对数尺寸皆为正数，即其dB值皆为正值；
(5)对平滑传输函数G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)进行几何平均得到均衡算法的目标传输函数G(z)＝G(z1，z2……zm)，即由G1(z1，z2……zm)、G2(z1，z2……zm)……Gn(z1，z2……zm)分别在不同系统频率z1，z2……zm上相乘的结果开n次方根；
(6)对几何平均后的目标传输函数G(z1，z2……zm)进行线性预测编码(LPC)计算得到其逆均衡传输函数Inv_G(z)，并由Inv_G(z)设置逆均衡器，该传输函数与1/G(z)的幅度频率响应基本相同；采用线性预测编码(LPC)进行逆均衡传输函数有助于保证整个系统的稳定性；该逆均衡滤波器可使得无指向性声源扬声器系统在重放声音的频率范围较为平直，可在不损坏扬声器单元和功率放大器的前提下提升声音重放功率。
(7)设置带通滤波器的上、下截止频率为无指向性声源扬声器系统的工作频率范围上下限(44.5～8979.7Hz)，该带通滤波器有助于无指向性声源扬声器系统只重放工作频率范围的声音信号，可在一定程度上提高无指向性声源扬声器系统的重放功率；
(8)将逆均衡器Inv_G(z)和带通滤波器组成一数字滤波器，该数字滤波器可采用有限长单位冲激响应滤波器(FIR滤波器)亦可采用递归滤波器(IIR滤波器)的技术实现；
(9)数字滤波器连接在音频信号接口与功率放大器之间，从而达到扬声器系统的发出的声信号的幅度频率响应较为平直，相邻频段幅度变化较小且能重放较强的低频范围信号的均衡目的。
所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
Claims (1)
1.一种带均衡的有源无指向性扬声器系统，其特征在于，包括音频信号接口，音频信号接口连接有数字滤波器，所述数字滤波器包括采用空间多点传输函数进行几何平均的逆传输函数设置的逆均衡器和上、下频率分别为8879.7Hz和44.5Hz的带通滤波器，数字滤波器连接有功率放大器，功率放大器连接至扬声器，所述扬声器包括逆号角形音箱和低频音箱。
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