一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法技术方案

一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法，通过阵列旋转改变球形传声器阵列上各单元的位置，从而等效于使用大量传声器单元进行测量，实现了以较少的传声器单元数量记录较高阶数精确的HOA的信号，降低了系统设计组装复杂度和成本。杂度和成本。杂度和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法


[0001]本专利技术属于声学测量领域，具体涉及一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法。

技术介绍

[0002]空间声信号的记录性能和高阶Ambisonics(Higher OrderAmbisonics,HOA)阶数密切相关，然而HOA阶数N和需要的传声器数量M之间需要满足M≥(N+1)2，因此制造能够测量较高阶数HOA的球形传声器阵列需要在球上安装很多传声器，由于分布密度较高，设计安装非常复杂，成本也较高。目前商用的球形传声器阵列一般仅具有几十个传声器单元，并不能很好地满足较高阶数HOA的空间声测量工作。现有技术中，Eigenmike EM32球形传声器阵列具有32个传声器单元，仅支持4阶HOA。
[0003]中国专利CN109974846A《阵列可变的旋转声学测量装置》公开了一种阵列可变的声学测量装置，利用旋转测试台实现被测物体的空间测量。该公开的目标仅是获取待测声源辐射包络面或某些方向上的声压信号，并不是针对获取空间中某待测区域的HOA信号。并且通过固定传声器阵列、旋转被测声源实现声学测量，需要将被测声源放置在旋转测试台上，然而在实际应用中，被测声源可能无法移动，且由于需要将被测声源放置在旋转测试台上，难以测量多个相距较远的声源的叠加声场。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法，通过阵列旋转改变球形传声器阵列上各单元的位置，从而等效于使用大量传声器单元进行测量，实现了以较少的传声器单元数量记录较高阶数HOA的信号。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案。
[0006]一种可旋转的球形传声器阵列系统，包括可旋转的球形传声器阵列组件和球形传声器阵列控制器组件。所述可旋转的球形传声器阵列组件包括球形传声器阵列和旋转电机；所述球形传声器阵列控制器组件包括测量数据缓存器，电机控制器，传声器单元位置计算器；其中，球形传声器阵列包括一组传声器单元、刚性球形障板、旋转电机、支架；刚性球形障板连接旋转电机的转轴，转轴所在直线穿过球心，旋转电机固定在支架上；一组传声器单元安装在刚性球形障板上，安装方式可以等距或不等距分布安装、沿刚性球形障板经线安装或倾斜安装；
[0007]球形传声器阵列接收测试声信号，并将测量结果传递给测量数据缓存器；电机控制器控制一个或两个正交安装的旋转电机使球形传声器阵列旋转；传声器单元位置计算器计算并输出传声器单元的位置坐标。
[0008]优选地，传声器单元沿刚性球形障板的经线按照等距分布安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0009][0010][0011]式中，M为传声器单元个数。
[0012]优选地，传声器单元对称安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0013][0014][0015]优选地，传声器单元非对称安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0016][0017][0018]优选地，传声器单元螺旋环绕刚性球形障板安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0019][0020][0021]优选地，传声器单元不等距分布安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0022][0023][0024]优选地，传声器单元螺旋环绕刚性球形障板，并以不等距分布安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为
[0025][0026][0027]一种可旋转的球形传声器阵列测量方法，包括以下步骤：
[0028]步骤1，放置球形传声器阵列到信号采集位置；
[0029]步骤2，播放待测信号时，测量数据缓存器记录球形传声器阵列上M个传声器的信号，信号记录完毕后进入步骤3；
[0030]步骤3，球形传声器阵列控制器的电机控制器控制旋转电机使阵列旋转360/K
°
，从而使球形传声器阵列上M个传声器移动到新的位置，传声器单元位置计算器计算各传声器单元的新位置，电机旋转完毕后进入步骤4；
[0031]步骤4，重复步骤2
‑
3测量K次，获取K组测量信号，每组信号中包含球面上M个点处传声器测量的信号；
[0032]步骤5，步骤4完成后，测量数据缓存器已经记录了K*M个点处传声器测量的信号，即为球传声器阵列的输出信号，同时传声器单元位置计算器输出K*M个点的坐标；
[0033]步骤6，通过离散化矩阵模拟刚性球外声场以及最小二乘法，基于步骤5得到的球传声器阵列的输出信号，计算得出HOA信号。
[0034]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术提出了若干种传声器单元布置方案，并利用电机控制阵列旋转，复合使用了少量传声器单元测量了球体表面多点的声压信号。
[0035]1、相比于目前现有的传声器阵列，本专利技术所述球形传声器阵列使用了更少的传声器单元，降低了系统设计组装复杂度和成本。
[0036]2、通过阵列旋转重复测量，本专利技术提出方法可以支持较大阶数的Ambisonics测量，实现更精确的空间声信号记录。
附图说明
[0037]图1是可旋转的球形传声器阵列系统示意图；
[0038]图2是可旋转的球形传声器阵列示意图；
[0039]图3是沿经线等距安装传声器单元的安装方案三视图；
[0040]图4是沿经线圈对称安装传声器单元的安装方案三视图；
[0041]图5是沿经线圈非对称安装传声器单元的安装方案三视图；
[0042]图6是倾斜安装传声器单元的安装方案三视图；
[0043]图7是螺旋环绕刚性球形障板安装传声器单元的安装方案三视图；
[0044]图8是沿经线不等距安装传声器单元的安装方案三视图；
[0045]图9是螺旋环绕刚性球形障板不等距安装传声器单元的安装方案三视图；
[0046]图10是球传声器阵列旋转示意图；
[0047]图11是双电机旋转球传声器阵列示意图。
具体实施方式
[0048]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0049]一种可旋转的球形传声器阵列系统，如图1所示，由可旋转的球形传声器阵列和球形传声器阵列控制器构成。所述可旋转的球形传声器阵列包括球形传声器阵列和旋转电机；所述球形传声器阵列控制器包括测量数据缓存器，电机控制器，传声器单元位置计算器。
[0050]球形传声器阵列接收测试声信号，并将测量结果传递给测量数据缓存器；球形传声器阵列控制器的电机控制器控制旋转电机使阵列旋转；传声器单元位置计算器计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可旋转的球形传声器阵列系统，其特征在于：包括可旋转的球形传声器阵列组件和球形传声器阵列控制器组件。所述可旋转的球形传声器阵列组件包括球形传声器阵列和旋转电机；所述球形传声器阵列控制器组件包括测量数据缓存器，电机控制器，传声器单元位置计算器；其中，球形传声器阵列包括一组传声器单元、刚性球形障板、旋转电机、支架；刚性球形障板连接旋转电机的转轴，转轴所在直线穿过球心，旋转电机固定在支架上；一组传声器单元安装在刚性球形障板上，安装方式可以等距或不等距分布安装、沿刚性球形障板经线安装或倾斜安装；球形传声器阵列接收测试声信号，并将测量结果传递给测量数据缓存器；电机控制器控制一个旋转电机或两个正交安装的旋转电机使球形传声器阵列旋转；传声器单元位置计算器计算并输出传声器单元的位置坐标。2.根据权利要求1所述的一种可旋转的球形传声器阵列系统，其特征在于：传声器单元沿刚性球形障板的经线按照等距分布安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为为式中，M为传声器单元个数。3.根据权利要求1所述的一种可旋转的球形传声器阵列系统，其特征在于：传声器单元对称安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为为式中，M为传声器单元个数。4.根据权利要求1所述的一种可旋转的球形传声器阵列系统，其特征在于：传声器单元非对称安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为为式中，M为传声器单元个数。5.根据权利要求1所述的一种可旋转的球形传声器阵列系统，其特征在于：传声器单元螺旋环绕刚性球形障板安装，第i个传声器单元的天顶角θ
i
和方位角为为式中，M为传声器单元个数。
6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈勇，高昊，刘紫赟，程嘉正，廖文俊，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：