[发明专利]宽辐射角五声源扬声器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及扬声器阵列的设置方法和装置，采用分配不同声源强度和相位的方法来实现五声源扬声器阵列指向性的优化，使其在工作频率范围内都具有宽辐射角，以提高辐射声场的均匀程度。

背景技术

很多场合需要较高的声压级，由于单个声源(如扬声器单元)辐射声能有限，难以达到足够高的声压级，人们很自然地想到使用多个声源，在几十年前甚至出现了由数百个扬声器构成的“声墙”式扬声器阵列。但遗憾的是，数量众多的扬声器所辐射的声波会产生干涉现象，且数量越多，越难以控制。后来人们发现“声柱”(sound column)式扬声器阵列很实用。声柱是由多个相同的扬声器单元按一定结构作线状竖直排列(如直线排列、也有曲线排列)的扬声器系统。声柱一般是竖直使用的，故在水平方向有较宽的辐射角，在垂直方向有较窄的辐射角。声柱可以产生更高的声压级，但也存在无法回避的缺陷。这是因为多扬声器之间的干涉会产生指向性图，而这种指向性图是频率的函数。在高频时，这种指向性图的主瓣变窄并会产生旁瓣，且旁瓣的位置对于频率变化非常敏感，因此使得声场分布极不均匀。另外，竖直吊挂的声柱有时安装不便且不够美观。这些必须要解决的实际问题，令声柱的应用受到局限。

为了克服频率变化导致的声场不均匀，人们提出了一些解决方法：

Keele，Jr.，D.B.，“Effective Performance of Bessel Arrays”，J.A.E.S.，Volume 38Number 10pp.723-748；October 1990.利用Bessel函数的性质，为阵列中各点源分配不同的声源强度，源强正比于特定Bessel函数，从而展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度。

Jiang Chao，Shen Yong，“An Omni-directivity Sound Source Array，”Mo.P2.11，The 18thInternational Congress On Acoustics，Kyoto，Japan，April 2004.(全指向性声源阵列)，按照sinc函数规律调整源强，不仅展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度，还改善了相位特性。

沈勇，江超，徐小兵等，利用二次剩余序列设置扬声器阵列的方法及装置，专利号ZL200410044849.5，将二次剩余序列用于优化扬声器阵列的指向性，为各个扬声器单元设置不同的信号延时，从而展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度。

上述方法均是通过调整源强展宽辐射角、提高扬声器阵列辐射声场均匀程度，但存在设计复杂、使用成本高等不足。

发明内容

本发明的目的是：采用分配不同声源强度和相位的方法来优化扬声器阵列指向性，提供一种设计方法相对简单，辐射角明显展宽、指向性均匀性得到明显改进的设置五声源扬声器阵列的方法及装置，尤其提供了横向直线排列或弧线排列的五个声源(如扬声器单元、号筒扬声器、扬声器箱等)扬声器阵列。

本发明的目的是这样实现的：宽辐射角五声源扬声器阵列，通过调整阵列中各个声源的幅度和相位来实现扬声器阵列指向性的优化，实现宽辐射角的五声源扬声器阵列；各个声源可以分别馈给不同幅度、正相或反相的信号；扬声器阵列中依次排列的声源分别为“x1、x2、x3、x4、x5”，其中：每个声源的声压幅度的比例系数为：x1＝0.4，x2＝-0.9，x3＝1.0，x4＝0.9，x5为0.36为基准或x5为0.44为基准。其中声压幅度的比例系数具有一定的容差：x1±20％，x2±10％，x4±10％，x5则小于±0.04，x3单元声压幅度的比例系数等于1，是一个相对基准。

本发明利用分配不同声源强度和相位的方法，通过调整阵列中部分声源强度和正反相位来实现扬声器阵列指向性的优化。有的声源相位与阵列中其它声源反相，各个声源分配正相或反相的、并且强度各不相同的信号。

本发明所述的五声源扬声器阵列一般指直线排列或近似直线的较少弧度弧线排列的五个声源(如扬声器单元、号筒扬声器、扬声器箱等)，也可以涉及曲线排列的扬声器阵列。

本发明特别适用于将扬声器阵列水平放置的“声梁”(sound girder，sound crossbeam)式横向布置使用。此时，本发明的声梁在水平方向和垂直方向均有较宽的辐射角，易于获得均匀的辐射声场。声梁安装方便且美观，实用性强。