基于零点位置的恒定波束宽度形成方法、拾音设备及音响设备技术

本发明专利技术公开了一种基于零点位置的恒定波束宽度形成方法、拾音设备及音响设备。该波束形成方法中，将实际波束图进行

【技术实现步骤摘要】
(k),w
M
(k)]T
，T为转置，目标向量表达式为
[0016]矩阵Φ的表达式为：
[0017][0018]对上述最优问题进行求解获取权重向量为
[0019]优选地，对实际的波束图表达式通过Jacobi
‑
Anger级数展开，获得所述矩阵Φ。
[0020]在一具体且优选的实施例中，实际的波束图表达式为其中j是虚数，k＝ω/c，ω为角频率，c为声速，x
m
为麦克风或扬声器的位置，w
m
(k)为对应麦克风或扬声器的权重；
[0021]通过Jacobi
‑
Anger级数展开可获得波束表达式为J
n
(
·
)为n阶第一类贝塞尔函数；
[0022]对Jacobi
‑
Anger级数展开的波束表达式
±
2N阶截断获得所述矩阵Φ。
[0023]优选地，将所述目标波束表达式写为级数表达式，将所述目标波束表达式按e
jnθ
级数展开的系数构成所述向量
[0024]在一具体且优选的实施例中，所述目标波束表达式为θ为波束方向，n＝1,2,
…
,N，为级数展开系数；
[0025]其中，r为整数索引下标，是组合数，！表示为阶乘；α
r
为中间系数，其表达式为：
[0026]i1,i2…
,i
r
代表r个不同的整数下标，且数值不小于1，不大于r；
[0027]向量的表达式为
[0028]优选地，步骤S1中，M个所述麦克风或扬声器沿一直线依次等间隔布放，所述期望目标方向为和所述直线垂直且穿过所述麦克风阵列或扬声器阵列的中心的方向。
[0029]更优选地，所述零点位置为偏离所述直线的角度，N个零点位置θ
N,1
,θ
N,2
,
…
θ
N,N
满足0≤θ
N,1
＜θ
N,2
＜
…
＜θ
N,N
＜90，n＝1,2,
…
,N。
[0030]根据本专利技术的第二个方面，一种收音设备，包括线性麦克风阵列及拾音处理器，所述线性麦克风阵列包括沿直线依次等间隔布放的多个麦克风，所述拾音处理器用于接收各所述麦克风拾取的声音信号；所述拾音处理器还用于实现所述的波束形成方法，所述拾音
处理器还用于将最终输出的音频信号传输出去。
[0031]根据本专利技术的第三个方面，一种音响设备，包括线性扬声器阵列及音频处理器，所述线性扬声器阵列包括沿直线依次等间隔布放的多个扬声器，所述音频处理器用于实现所述的波束形成方法，所述音频处理器还用于将转换为时域后的信号馈给各扬声器。
[0032]本专利技术采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
[0033]本专利技术的波束形成方法，只需要设置零点位置，通过转换在模式域中进行对比设计，同时额外加入无失真约束，波束图边缘较为平滑，波束宽度在整个频段内无抖动，可以在整个频段内都取得较好的恒定波束宽度，拓展了频率使用范围，能取得较好的宽带拾音效果或声音定向播放效果。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为根据本专利技术实施例的线性麦克风阵列的示意图。
[0036]图2a为传统的零点约束方法的波束图；图2b为传统的最小范数方法的波束图；图2c为不添加额外约束的波束形成方法的波束图；图2d为根据本专利技术实施例的添加无失真约束的方法的波束图。
[0037]图3为传统的零点约束方法、传统的最小范数方法、不添加额外约束的恒定波束宽度形成方法及本专利技术实施例的方法的指向性指数对比曲线图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
[0039]本实施例提供一种基于零点位置的恒定波束宽度形成方法，本实施例以线性麦克风阵列为例来对该波束形成方法进行详细描述。参照图1所示，该线性麦克风阵列包括多个麦克风101，具体为M个，即麦克风101的数量为奇数。该多个麦克风101沿直线100间隔依次布放，优选为等间隔设置。期望目标方向200为和直线100垂直的方向，且期望目标方向200穿过麦克风阵列的中心。
[0040]该波束形成方法通过对转换为频域后的麦克风阵列拾取的声音信号和对应麦克风通道的权重相乘，叠加后再转换为时域，获得麦克风阵列最终输出的声音信号。各麦克风通道的权重的向量具体通过下述的方法获得。在其他一些实施例中，该波束形成算法应用于扬声器阵列的声音投放上，具体为将播放音源转换为频域，并和扬声器阵列的各个通道对应的权重相乘后转换为时域，馈给各扬声器进行播放。各扬声器通道的权重的向量也可通过下述的方法获得。
[0041](1)参照图1所示，以线性麦克风阵列的端射方向(即直线100)为0度方向，期望目标方向200恒为90度方向，各零点位置300偏离麦克风阵列的期望目标方向200，具体是指偏
离直线100的角度。根据实际需求，确定N个零点位置θ
N,1
,θ
N,2
,
…
θ
N,N
，n为整数索引下标，具体地n＝1,2,
…
,N。零点位置需满足0≤θ
N,1
＜θ
N,2
＜
…
＜θ
N,N
＜90。麦克风个数和零点位置的个数需满足条件M≥2N+1。
[0042](2)根据零点位置转换为目标波束表达式其中j是虚数，n为整数索引下标，为级数展开系数，r为整数索引下标，是组合数，！表示为阶乘，α
r
为中间系数，其表达式为：
[0043]i1,i2…
,i
r
代表r个不同的整数下标，且数值不小于1，不大于r。
[0044]根据下式获得向量根据下式获得向量
[0045](3)实际的波束图表达式为其中k＝ω/c，ω为角频率，c为声速，x
m
为麦克风位置，w
m
(k)为对应麦克风的权重，m是整数下标，通过Jacobi
‑
Anger级数展开可获得波束表达式为J
n
(@)为n阶第一类贝塞尔函数。
[0046](4)将实际波束图Β(k,θ)进行
±
2N阶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于零点位置的恒定波束宽度形成方法，包括如下步骤：S1、设置N个零点位置，各所述零点位置偏离麦克风阵列或扬声器阵列的期望目标方向，其中麦克风阵列中麦克风或扬声器阵列中扬声器的数量为M，并满足条件M≥2N+1；S2、根据所述N个零点位置转换目标波束表达式；S3、根据所述麦克风阵列或扬声器阵列实际的波束图表达式获得权重向量；S4、将所述麦克风阵列拾取的声音信号转换为频域，各麦克风通道的频域声音信号和对应的权重相乘，叠加后转换为时域，获得最终输出的声音信号；或，将播放音源转换为频域，并和扬声器阵列的各个通道对应的权重相乘后转换为时域信号，馈给各扬声器进行播放；其特征在于，步骤S3中，将实际波束图进行
±
2N阶截断后和目标波束进行对比，并添加无失真约束，对权重范数进行最小化，其最优问题为：无失真约束，对权重范数进行最小化，其最优问题为：其中H为共轭转置，权重向量w表达式为：w＝[w
‑
M
(k),w
‑
(M
‑
1)
(k),
…
,w0(k),
…
,w
M
‑1(k),w
M
(k)]
T
，T为转置，目标向量表达式为矩阵Φ的表达式为：对上述最优问题进行求解获取权重向量为2.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，对实际的波束图表达式通过Jacobi
‑
Anger级数展开，获得所述矩阵Φ。3.根据权利要求2所述的波束形成方法，其特征在于，实际的波束图表达式为其中j是虚数，k＝ω/c，ω为角频率，c为声速，x
m
为麦克风或扬声器的位置，w
m
(k)为对应麦克风或扬声器的权重；通过Jacobi
‑
Anger级数展开可获得波束表达式为J
n
(
·
)为n阶第一类贝塞尔函数；对Jacobi
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡野锋，叶超，马登永，沐永生，
申请(专利权)人：中科上声苏州电子有限公司，
类型：发明
国别省市：