小尺度扬声器阵列的声聚焦鲁棒性研究

发布时间：2017-11-26 12:05

  本文关键词：小尺度扬声器阵列的声聚焦鲁棒性研究

  更多相关文章： 扬声器阵列 声聚焦 鲁棒性 头散射

【摘要】：随着便携式通讯设备的快速发展,其音频系统的声聚焦特性受到了广泛的关注。基于扬声器阵列的声聚焦系统得到了国内外众多研究者的关注,而受到尺寸的限制,便携式通讯设备上的声回放系统只能采用小尺度扬声器阵列来实现,因此,在有限的尺寸条件下实现扬声器阵列的声聚焦具有重要的现实意义。声对比度控制法通过最大化亮区与暗区的声能量密度比值将声能量集中在亮区,这种算法在小尺度扬声器阵列声聚焦系统的实现上有着较好的应用前景。在小尺度扬声器阵列的实际应用中,系统的鲁棒性是十分值得关注的问题,已有研究者对扬声器传递函数随机扰动以及扬声器不一致性等因素进行分析。考虑到小阵列的使用者一般距离阵列较近,听音者的散射对系统实际声聚焦性能的影响不可忽略,本文重点针对这一问题开展工作,建立了小尺度线性扬声器阵列模型,将声能量聚焦于阵列端射方向的亮区,利用理想的自由场点源模型对延时求和算法、声对比度控制法和鲁棒型声对比度控制法三种算法下的声聚焦进行了仿真分析与实验验证,并重点对声聚焦系统对听音者人头散射的鲁棒性进行了分析。本文首先建立了一个5单元紧凑扬声器阵列模型,通过仿真验证了小尺度扬声器阵列的声聚焦特性,分析了扬声器传递函数随机扰动对阵列声聚焦性能的影响,并重点分析了听音者散射对阵列声聚焦性能的影响。散射分析建立在单刚性球散射模型(一个听音者的影响)和双刚性球散射模型(两个听音者的影响)的基础上。结果表明,采用延时求和算法,阵列对于随机扰动、单刚性球和双刚性球散射具备较强的鲁棒性,能够得到一定的高频和宽带指向性,但是低频指向性较差；采用声对比度控制法能够获得更好的指向性,对于单刚性球和双刚性球散射具备较强的鲁棒性,但是低频和宽带性能容易受到随机扰动的影响,难以在实际系统中得到应用；而采用鲁棒型声对比度控制法,不但能够得到较好的声聚焦效果,而且对于随机扰动、单刚性球和双刚性球散射均具备较强的鲁棒性,这意味着阵列能够在听音者周围实现较好的声聚焦效果,具备更强的实用性。进一步,本文通过实验对系统性能进行了验证。实验结果表明,采用延时求和算法,能够得到一定的高频和宽带指向性,但是低频指向性较差；采用声对比度控制法,由于此时阵列的鲁棒性较差,得到的单频和宽带实验声聚焦结果均不理想；采用鲁棒型声对比度控制法,能够得到较好的单频和宽带声聚焦结果,具有较好的鲁棒性,在实际系统中更容易得到应用。实验结果与仿真结果具有较好的一致性。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN643

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本文编号：1229715