一种扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法，其中扬声器阵列模块包括N组扬声器子阵列，每组扬声器子阵列包括K个扬声器，K＝4n+1,n＝1,2,…；第j＝1组扬声器子阵列的K个扬声器以等间距D线性排列；其余第j＝2,3,…,N组扬声器子阵列：第j组扬声器子阵列中的n个扬声器以等间距2

【技术实现步骤摘要】
一种扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法
本专利技术属于公共广播
，细分为定向广播技术，具体涉及一种扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法。
技术介绍
所谓定向广播，指的是将多个扬声器排列成为一个线性扬声器阵列，在指定方向上(主瓣方向)产生较强的声压，在其他方向上(旁瓣方向)产生偏弱的声压。扬声器阵列的波阵面，通过在整个音频范围内的耦合，使其以波束的形式在一定的方向上传播。控制阵列中各阵元的输入信号相位和幅值，可使得声波在指定地点或方向发生叠加而在其他位置上发生破坏性干涉，从而实现定向播音。定向广播的技术原理，本质上就是对声场的控制，现有技术方法包括对各扬声器的信号进行延时处理和相位调整两种方法，使得声音集中到某个方向传播。第一种延时处理方法得到的声场音质较好，但是主瓣方向和旁瓣方向的声压对比偏低，也就是说，定向效果偏弱；第二种相位调整方式是一种频域处理方法，由于对信号各频点等量齐观，导致各频点衰减系数不同，最终使得声音失真。
技术实现思路
本专利技术提供一种扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法，可以解决现有技术定向播音中声场不同位置的声音不一致问题，提高播音音质，提升了客户体验感。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种扬声器阵列模块，包括N组扬声器子阵列，每组扬声器子阵列包括K个扬声器，K＝4n+1,n＝1,2,…；第j＝1组扬声器子阵列的K个扬声器以等间距D线性排列，该组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K；其余第j＝2,3,…,N组扬声器子阵列：第j组扬声器子阵列中的n个扬声器以等间距2j-1*D线性排列在第j-1组扬声器的左侧，第j组扬声器子阵列中的另外n个扬声器以等间距2j-1*D线性排列在第j-1组扬声器的右侧，排在第j-1组扬声器的左右两侧的2n个扬声器，与第j-1组扬声器子阵列中编号为奇数的2n+1个扬声器，一起构成间距为2j-1*D的第j组扬声器子阵列，第j组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K。本专利技术还提供一种定向广播装置，包括上述的定向广播装置和若干个滤波器，所述滤波器设置于扬声器与声音信号输入端之间；第j组扬声器子阵列的K个扬声器输入端的滤波器，其滤波区间包括频率区间UN-j+1；其中，所述频率区间Ui,i＝1,2,…,N，由声音信号的频率范围U0划分为N个区间并从小到大依次排序得到，每相邻两个频率区间的中心频率满足fi+1/fi≈2。在更优的定向广播装置技术方案中，若扬声器输入端的滤波器的滤波区间包括频率区间UN，该滤波器设置为高通滤波器。在更优的定向广播装置技术方案中，所述声音信号的频率范围为[200,4000]。在更优的定向广播装置技术方案中，每个扬声器子阵列中对称的2个扬声器共用同一个滤波器。在更优的定向广播装置技术方案中，滤波器与扬声器之间设置有功率放大模块。本专利技术还提供一种恒定束宽的定向播音控制方法，应用于上述任一定向广播装置，所述方法包括：声音信号输入端获取声音信号，分别发送给每个滤波器；每个滤波器根据各自的滤波区间对接收到的声音信号进行滤波，然后将滤波区间段的声音信号发送给对应连接的扬声器进行广播。在更优的定向播音控制方法技术方案中，滤波器与扬声器之间设置有功率放大模块，滤波器在滤波得到滤波区间段的声音信号后，先将滤波区间段的声音信号发送给功率放大模块进行功率放大，然后由功率放大模块将功率放大后的声音信号发送给扬声器进行广播。有益效果本专利技术提供的扬声器阵列模块、定向广播装置和定向播音控制方法，通过设置多组扬声器子阵列，包括每组扬声器子阵列的间距以及负责对应频段的声音信号分配，使得声音信号不同频率区间段的波束图基本保持一致，从而保证声场中声音的一致性，提高播音音质，提升用户体验感。附图说明图1为扬声器阵列示意图；图2为现有技术不同频率下的波束形状；图3为本专利技术实施例的中心频率f0和f1对应的扬声器阵列分布图；图4为本专利技术实施例的扬声器阵列模块分布图；图5为本专利技术实施例的定向广播装置设计图；图6为本专利技术实施例不同中心频率下对应的波束形状。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本专利技术的技术方案作进一步解释说明。本专利技术提供一种扬声器阵列模块，包括N组扬声器子阵列，每组扬声器子阵列包括K个扬声器，K＝4n+1,n＝1,2,…；第j＝1组扬声器子阵列的K个扬声器按照等间距d线性排列，该组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K；其余第j＝2,3,…,N组扬声器子阵列：第j组扬声器子阵列中的n个扬声器以等间距2j-1*d线性排列在第j-1组扬声器的左侧，第j组扬声器子阵列中的另外n个扬声器以等间距2j-1*d线性排列在第j-1组扬声器的右侧，排在第j-1组扬声器的左右两侧的2n个扬声器，与第j-1组扬声器子阵列中编号为奇数的2n+1个扬声器，一起构成间距为2j-1*d的第j组扬声器子阵列，第j组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K。本专利技术还提供一种定向广播装置，包括上述的定向广播装置和若干个滤波器，其中滤波器设置于扬声器与声音信号输入端之间；第j组扬声器子阵列的K个扬声器输入端的滤波器，其滤波区间包括频率区间UN-j+1；其中，所述频率区间Ui,i＝1,2,…,N，由声音信号的频率范围U0划分为N个区间并从小到大依次排序得到，每相邻两个频率区间的中心频率满足fi+1/fi≈2。对于每组扬声器子阵列，由于各扬声器之间等间距线性排列，如图1所示，因此扬声器阵列的指向性函数可表示为：其中，指扬声器阵列中心与声音传播方向的夹角，d是扬声器阵列中各扬声器之间的间距，λ表示声音信号的波长；由上述指向性函数可得，扬声器阵列的波束形状与各扬声器的间距d、信号波长λ、阵列中扬声器的数量n都有关系。图2给出了n＝10，d＝0.05m，输入声音信号频率从400Hz到4000Hz变化时，扬声器阵列波束形状的变化示意图。其中，波束最宽对应的频率为400Hz，最窄的波束对应的频率为4000Hz。从图2可以看出，在扬声器数量n固定时，频率越大(波长λ越小)，波束越窄。这种随频率变化的波束形状导致在声场的不同位置处，各频率的衰减程度不一致，导致声音出现失真。针对该问题，本专利技术提出的扬声器阵列模块，通过合理排布扬声器，使得在不同频段得到相对一致的波束曲线，从而保证声场的一致性。本专利技术的扬声器阵列模块，包括N个扬声器子阵列，每个扬声器子阵列的扬声器数量相同；而且第j＝1,2,3,…,N组扬声器子阵列的间距分别为D,2D,…,2j-1*D,…,2N-1*D，对应的滤波器滤波区间分别包括UN,UN-1,…,UN-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扬声器阵列模块，其特征在于，包括N组扬声器子阵列，每组扬声器子阵列包括K个扬声器，K＝4n+1,n＝1,2,…；/n第j＝1组扬声器子阵列的K个扬声器以等间距D线性排列，该组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K；/n其余第j＝2,3,…,N组扬声器子阵列：第j组扬声器子阵列中的n个扬声器以等间距2

【技术特征摘要】
1.一种扬声器阵列模块，其特征在于，包括N组扬声器子阵列，每组扬声器子阵列包括K个扬声器，K＝4n+1,n＝1,2,…；
第j＝1组扬声器子阵列的K个扬声器以等间距D线性排列，该组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K；
其余第j＝2,3,…,N组扬声器子阵列：第j组扬声器子阵列中的n个扬声器以等间距2j-1*D线性排列在第j-1组扬声器的左侧，第j组扬声器子阵列中的另外n个扬声器以等间距2j-1*D线性排列在第j-1组扬声器的右侧，排在第j-1组扬声器的左右两侧的2n个扬声器，与第j-1组扬声器子阵列中编号为奇数的2n+1个扬声器，一起构成间距为2j-1*D的第j组扬声器子阵列，第j组扬声器子阵列中的K个扬声器按顺序编号为j_1,j_2,…,j_K。


2.一种定向广播装置，其特征在于，包括权利要求1所述的定向广播装置和若干个滤波器，所述滤波器设置于扬声器与声音信号输入端之间；第j组扬声器子阵列的K个扬声器输入端的滤波器，其滤波区间包括频率区间UN-j+1；
其中，所述频率区间Ui,i＝1,2,…,N，由声音信号的频率范围U0划分为N个区间并从小到大依次排序得到，每相邻两个频率区间的中心频率满足fi+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志强，刘波，霍亚，
申请(专利权)人：世邦通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43