[发明专利]一种环形扬声器阵列指向性声辐射设计方法

权利要求书

1.一种环形扬声器阵列指向性声辐射设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：L个环形扬声器组成L元环形扬声器阵列，且L个环形扬声器位于同一水平面；定义扬声器阵列的每一个扬声器单元均为3D点声源；在环形扬声器阵列设计期望的指向性声压分布；

其中水平面上，主瓣朝向θ＝θ_s方向的对称指向性声压分布写为，

x＝{R,θ}代表水平面上的任意一点，R,θ分别代表柱坐标系下水平面上点x与原点的距离和点x与极轴的夹角；M代表阶数；α_M,m均为实系数，且保证主瓣位于θ＝θ_s方向，α_M,m的取值决定了期望的指向性声压分布；b_M，m和c_M，m表达式为：

步骤2：计算点源组成的环形扬声器阵列产生的声场；

环形扬声器阵列在水平面上点x＝{R,θ}产生的截断至M阶的声压为：

w_l表示第l个扬声器单元的驱动信号，S_l(R,θ,k)代表第l个扬声器单元的驱动信号为单位幅度时在点x＝{R,θ}产生的声压；这里i代表虚数单位，k代表波数，代表环形扬声器阵列的半径，j_n(·)代表n阶球贝塞尔函数，代表第一类n阶球汉克尔函数，P_nm(·)代表关联勒让德函数，

步骤3：对步骤1得到的指向性声压分布和环形扬声器阵列产生的声场进行模态匹配，包括以下子步骤：

子步骤3.1：为了在水平面上实现期望的指向性声辐射，应使得扬声器阵列产生的声场逼近期望的声场：

S_d(R,θ,k)＝S(R,θ,k)

即，在每个模态上实现匹配

令

进一步能够计算得到

因此环形扬声器阵列各个扬声器单元的驱动信号为

代表矩阵的广义逆，其中

w＝[w₁…w_L]^T

β＝[β_-M…β_M]^T

定义扬声器个数L≥2M+1，计算得到驱动信号w后，将w中第l个元素w_l输入给扬声器阵列中第l个扬声器单元，即可实现指向性声辐射。

2.如权利要求1述的一种环形扬声器阵列指向性声辐射设计方法，其特征在于，声场的截断，当满足时，截断误差可忽略。