[发明专利]一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于声学测量领域，具体涉及一种可旋转的球形传声器阵列系统及测量方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明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。

本发明采用如下的技术方案。

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；

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。

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

式中，M为传声器单元个数。

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

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

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

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