【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及恒定波束设计，更具体地说，它涉及基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法、系统。
技术介绍
1、扬声器阵列波束成形技术利用波的叠加原理，向指定方向发送声音信号，同时衰减其它方向的信号，以达到改变扬声器指向性的目的，这种技术也以作为空间滤波技术为人们所熟知。如果以挡板活塞对扬声器的指向性建模，扬声器的指向性指数可以用下式表示：
2、，其中是一阶第一类贝塞尔函数，是波数，是频率，是音速，是挡板半径，是指定方向与轴向的夹角。
3、另一方面，若假设阵列中每个扬声器是点声源，自由空间中的声场可由下式表示：
4、，其中是指定位置，是指定位置到每个扬声器的距离，是角频率，是每个扬声器的强度，以表示扬声器的功率，是扬声器的相对时延，是扬声器的数量；阵列波束成形产生的指向性：
5、，与扬声器的指向性指数叠加形成新的指向特性，本申请针对波束成形的指向性提出波束设计方法，主要解决以下传统方案存在的不足：
6、1. 由于扬声器的指向性指数相对固定，通过扬声器设计难以达到任意的指向性或者波束控制，不利于大场景中对听众集中区域集中扩声、减少建筑反射、减少建筑声装成本、提高扩声效率等扩声需求，而上述扩声需求在广播、演出、会议等扩声环境中都有广泛实用性和紧迫性；
7、2. 从的表达式可看出，波束成形的目标响应与频率相关，实际上，都是关于频率的函数，与无线网络、雷达阵列等波束成形技术不同，扬声器阵列的波束成形需要在一个较宽的频带内实现，给波束成形的技术优化提出很多困难，宽带的波束
8、3. 传统方法的波束成形难以对波束宽度进行控制的同时达到均匀的扩声和无失真的响应，使用波束优化方法例如在优化问题经常使用到的内点法，在某些频率下仍然缺少可行解，而且不能保证相邻频率的解具有相似性，因此这种方法在波束成形的带宽是不容易估计的，在宽带上解不具有一致性可能会让实际波束成形的效果下降，由于可闻的带宽相对较宽，这种不足会进一步被放大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法、系统，具有恒定波束宽度的特点，在指定方向上具有较均匀的扩声效果，且指定的方向电子可调，增加了调整扬声器指向性的灵活性；同时在指定方向上频率响应相对平直，达到调整指向性后减少失真的目的。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、第一方面，本申请提供了基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，包括以下具体步骤：
4、根据预设的多个等距的扬声器阵列，以及各个扬声器阵列的布置参数，计算得到各个扬声器阵列的波形球面的球面半径；
5、利用各个扬声器阵列的布置参数和球面半径，计算得到每个扬声器阵列与波形球面的连线交点，并根据连线交点和对应扬声器阵列的实际位置，计算得到各个扬声器阵列的相对时延；
6、对于每个扬声器阵列，对扬声器阵列的布置参数中扬声器角度和模拟角度做归一化处理，基于归一化处理的结果利用阶勒让德多项式计算得到扬声器阵列的增益，并根据增益和相对时延造成的相位差，计算扬声器阵列的复增益；
7、根据实际听音距离和各个扬声器阵列的实际位置，并基于各个扬声器阵列的复增益计算对应扬声器阵列的自由空间声场；
8、基于各个扬声器阵列在预置频率点上分别的自由空间声场，利用逆傅里叶变换和预置窗函数建立第一预置长度且为第一目标响应频率的第一冲激响应，并利用第一冲激响应对每个的扬声器阵列进行失真补偿滤波。
9、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
10、进一步，上述方法还包括：对于每个扬声器阵列，
11、利用扬声器阵列的相对时延和预置采样率计算得到延迟点数，截取延迟点数的小数位作为延迟小数点数，并得到延迟小数点数的延迟时间；
12、通过预置第二长度计算延迟小数点数对应的第二冲激响应所需的第一点数，利用预置第二长度的点数、延迟小数点数、第一点数、延迟时间，基于sinc函数和预置窗函数建立第二预置长度且为第二目标响应频率的第二冲激响应，并利用第二冲激响应对对应的扬声器阵列进行时延补偿滤波。
13、进一步，上述各个扬声器阵列的波形球面的球面半径，具体为：
14、；
15、式中， r表示球面半径， d表示对应扬声器阵列的布置参数中的长度，表示对应扬声器阵列的布置参数中的出射角度，表示对应扬声器阵列的布置参数中的模拟角度。
16、进一步，上述计算得到每个扬声器阵列与波形球面的连线交点，具体为：
17、；；
18、式中， x表示连线交点的横坐标， y表示连线交点的纵坐标，表示对应扬声器阵列的布置参数中的出射角度，表示对应扬声器阵列的布置参数中的模拟角度， r表示对应扬声器阵列的球面半径， h表示对应扬声器阵列的布置参数中的高度。
19、进一步，上述根据实际听音距离和各个扬声器阵列的实际位置，并基于各个扬声器阵列的复增益计算对应扬声器阵列的自由空间声场，具体为：
20、a1，利用实际听音距离和扬声器阵列的实际位置计算实际听音位置与扬声器阵列的实际距离，具体为：；式中，表示扬声器阵列 m实际距离， r表示实际听音距离， r表示对应扬声器阵列的球面半径， h表示对应扬声器阵列的布置参数中的高度，表示对应扬声器阵列的布置参数中的出射角度；
21、a2，利用复增益和实际距离计算得到对应扬声器阵列的自由空间声场，具体为：
22、；式中，表示扬声器阵列 m的复增益，表示扬声器阵列第个扬声器的增益，分别表示虚数单位和信号的角频率，表示扬声器阵列 m的相对时延；
23、；式中，表示对应扬声器阵列的自由空间声场，表示扬声器阵列 m的实际距离，表示扬声器阵列 m的复增益，分别表示虚数单位和波数，表示扬声器阵列的单元个数。
24、进一步，上述第一冲激响应具体为：
25、；
26、；
27、式中，表示第一预置长度的第一冲激响应，是逆傅里叶变换点数，表示进行傅里叶变换的中心，表示第一预置长度对应的点数，表示第一预置长度，表示第一目标响应频率的逆傅里叶变换；
28、第一目标响应频率具体为：
29本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述方法还包括：对于每个所述扬声器阵列，
3.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述各个扬声器阵列的波形球面的球面半径，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述计算得到每个扬声器阵列与波形球面的连线交点，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，根据实际听音距离和各个扬声器阵列的实际位置，并基于各个扬声器阵列的复增益计算对应扬声器阵列的自由空间声场，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述第一冲激响应具体为：
7.根据权利要求2所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述第二冲激响应具体为：
8.基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计系统，应用于权利要求1
9.根据权利要求8所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计系统，其特征在于，所述补偿模块中还包括：
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述方法还包括：对于每个所述扬声器阵列，
3.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述各个扬声器阵列的波形球面的球面半径，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，所述计算得到每个扬声器阵列与波形球面的连线交点，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于扬声器阵列的无失真恒定波束设计方法，其特征在于，根据实际听音距离和各个扬声器阵列的实际位置，并基于各个扬声器阵列的复增益计算对应扬声器阵列的自由空...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭奥域，吴阳，杨风宇，钱兵，
申请(专利权)人：四川湖山电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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