基于时间反转的复杂声场拾声传声器阵列性能研究

探讨时间反转技术在复杂声场传声器阵列拾声中应用的可行性及其机理,给出其一般规律和性能。研究表明:在自由空间中,其拾声性能与频率,阵列形状和半径有关,频率越高,半径越大,拾声效果越好。在普通房间中,在语音频段内,圆弧阵列在预定目标点处的阵列增益性能要比离预定目标点约25 cm远处的位置处大5 dB以上。在普通房间和混响室中的实验验证了上述结论。

数字扬声器系统中失配整形技术的设计与实现

为了改善数字扬声器系统中由扬声器单元之间频响不一致引入的非线性谐波失真,在参考前人研究工作的基础上,给出了基于3 bit△∑调制编码方式的3种DEM(Dynamic Element Matching)失配整形算法的设计和实现方法,并在全消声室内测试了3种算法的谐波抑制能力,同时基于测试结果评价了这些算法的性能。

数字扬声器中三阶动态失配整形技术的实现

为了进一步降低数字扬声器系统中由阵元通道之间的频响差异引入的噪声,在参考前人研究工作的基础上,给出了三阶动态失配整形算法的设计和实现方法,在全消声室内测试了此算法的信噪比性能,并与二阶动态失配整形算法做了比较。实验表明,三阶动态失配整形算法信噪比性能要优于二阶动态失配整形算法。

一种基于向量反馈的新型动态失配整形算法

动态失配整形算法在多比特ΔΣ调制中应用广泛,介绍了一种新型的动态失配整形算法。它通过树状失配整形算法将输入信号分成几段,然后再通过向量反馈失配整形算法最终将信号分成0或1分配给各个通道,从而形成输出信号。仿真结果表明此算法可以在资源耗占量和噪声整形性能之间取得较好的平衡。

关于全数字式扬声器系统的讨论

随着超大规模集成电路制造技术的迅速发展,扬声器系统的设计与制造也逐渐向低功耗、数字化、集成化的方向发展,从而推进了全数字式扬声器系统的理论和实验研究。介绍了全数字扬声器系统的实现原理、基本结构和研究现状,重点对系统的编码、开关控制和数字换能器部分的实现方式进行了分类与比较,并对其实现原理进行了解释说明。

水下大功率电磁式脉冲声源设计与研究

建立了大功率电磁式脉冲换能器的时变振动数学模型,利用有限差分方法得到了该模型的数值解。分析了声源的电磁参数和物理结构对辐射声压大小的影响,确定了最优的参数。设计和制作了电磁式脉冲声源,进行了性能测试。结果表明,电容充电6 kV情况下距离换能器1 m处峰值声压226 dB,中心频率25 kHz,与模型结果(峰值声压225 dB,中心频率24.5 kHz)吻合较好。进而证明了本文提出的时变振动模型可以为设计和优化大功率电磁式脉冲声源提供理论指导。

全数字式扬声器阵列系统的设计与实现

为了改善PWM调制技术存在的非线性失真和过采样速率较低的缺陷,近年来许多学者都致力于研究基于∑-Δ调制技术的全数字式扬声器系统的实现方法。在参考前人研究工作的基础上,给出了基于1 bit和3 bit编码方式的64元全数字式扬声器阵列系统的设计和实现方法,并在全消声室内测试了系统的频响、总谐波失真比和声场分布曲线,同时基于测试结果评价了系统性能。

压电扬声器的后腔设计与实验

鉴于压电扬声器本身频响起伏较大,通过设计带吸声绵的多孔型薄层后腔,对其频响进行了改善,消除了带内较大的起伏。针对后腔封闭、开单孔、开多孔、开多孔但部分孔封闭、加吸声海绵等情况,分别对其频响进行仿真分析,并在全消声室内进行测试实验,基于测试结果,找到了较好的后腔设计方案。

基于IIR模型扬声器系统空间响应均衡算法研究

由于扬声器系统在房间内向空间辐射声波时,其空间不同位置点处的幅度响应差异较大,因此需要对系统的空间响应进行均衡处理。目前,已有的基于共极点模型的传统均衡算法存在着改变均衡频点之外其他频带的幅度响应特性,针对这一缺陷,提出了基于IIR模型的均衡算法,并通过仿真和测量实验对比了基于共极点模型和基于IIR模型算法的响应均衡效果。实验结果表明,基于IIR模型的均衡方法能够实现空间多个位置点的幅度响应均衡,且不会影响均衡频点之外其他频带的幅度响应特性。

面向目标的定向声辐射技术及其应用研究

面向目标的定向声辐射是指利用声源特性和阵列信号处理技术,将声波传送至目标方向或区域的声场控制方法。本文介绍了定向声辐射技术的原理和进展,重点阐述了普通扬声器阵列和参量阵扬声器这两种声源形式的理论、算法和应用研究。其中,针对扬声器阵列,主要分析了基于声能量对比度控制的声聚焦技术;针对参量阵扬声器,综述了利用非线性效应产生高指向性可听声的计算方法、信号预处理和应用等进展。面向目标的定向声辐射技术的研究对实现智能声场控制有着重要意义。

数字化阵列通道均衡和波束形成算法

数字化阵列所采用的失配整形方法,仅能校正少量的通道偏差,并且对相位偏差的校正能力非常弱;另外,数字化阵列所采用的通道延时方法,仅适用于自由场内的单波束导向控制。针对传统的通道校正和波束导向方法所存在的缺陷和不足,提出了一种基于数据抽取选择的数字化阵列通道均衡和波束形成方法,有效解决了通道之间较大频响偏差的校正,并且能够解决复杂混响环境下的阵列多波束的导向控制。经仿真实验,证实了所提出均衡和波束形成算法的有效性。

基于最小二乘法的均匀扩声技术研究

针对目前室外及超大型室内空间的扩声应用中声场分布不均匀的问题,本文提出了一种基于最小二乘法声场重建方法的扩声技术。该技术通过对目标声场的逼近来计算线性扬声器阵列各通道的输入参数,实现扩声区域内声压级的均匀分布,同时约束非扩声区域的声能量以获得较好指向性。本文通过仿真研究算法各参数的改变对控制结果的影响,探讨不同扩声区域和目标所对应参数的选取方法。仿真和实验比较了该算法以及未经控制的声场、相移法波束控制的效果,证明该方法可以获得更好的声场均匀度。

基于误差分布的鲁棒性差分波束形成设计

差分波束形成算法由于具有小尺寸、高指向性、宽带恒定束宽等优点受到了广泛关注。传统的基于零点约束的差分波束形成算法在工程上实现简单,但受限于白噪声增益放大特性,在低频处鲁棒性性能较弱。针对此问题,提出了一种基于误差概率密度函数零点能量最小化的差分波束形成算法,通过引入导向矢量误差分布的先验信息,对零点能量的期望值进行最优化。仿真结果表明,在低频处改进算法的白噪声增益性能明显改善,进一步提升抗干扰性能,并且在波束方向的频响更平坦。

一种基于信噪比乘积更新的广义旁瓣抵消器

广义旁瓣抵消器由于实现结构简单在麦克风阵列算法中得到了广泛的应用。但是传统的广义旁瓣抵消器算法对导向矢量失配误差比较敏感,容易产生目标方向信号的自抵消现象。针对此问题,本文提出了一种改进算法,通过固定波束形成和自适应阻塞矩阵输出的信噪比乘积控制多输入抵消器的更新,降低目标方向信号的自抵消影响,提升语音质量。在8.5 m×8.0 m×3.0 m的普通会议室中,通过模拟不同方向的目标人声和噪声源,对算法进行了实验验证。实验结果表明,相比于传统算法,改进算法具有一定的鲁棒性,且选择阈值简单,可以在降噪量和语音质量方面都能得到提升。