一种参量阵扬声器基波调制的方法、记录媒体及系统技术方案

本发明专利技术属于声波调制技术领域，特别涉及一种参量阵扬声器基波调制的方法，通过拟合声源振速分布，对应用积分计算声压过程中的扩散项进行一阶近似，并将该声压计算结果代入差频波计算模型，得出了参量阵技术差频声场的全空间模型。本方法可以准确建模差频声场的空间分布，并依据目标点声压来调制基波振幅，规避了使用抛物线近似造成无法准确计算声束偏离轴向20

【技术实现步骤摘要】
一种参量阵扬声器基波调制的方法、记录媒体及系统


[0001]本专利技术属于声波调制
，具体涉及一种参量阵扬声器基波调制的方法。

技术介绍

[0002]为了实现声波在预定位置的投放，声学专家们广泛使用参量阵技术，具体指当声源辐射两束高频基波时，在传播介质的非线性作用下，在空间声场中产生差频声波，并且该差频声波具有较强的方向性。将该技术用于剧院、博物馆等场合时，可产生“声束聚光灯”的作用，即将可听声精准投送到不同区域的听众而不会互相产生干扰，当然也可用于声呐探测技术。
[0003]参量阵技术进一步发展后，给出了该技术的远场近似解，并指出差频声场的大小与发射声波信号包络平方的二阶导数成正比。为了得到与期望一致的差频声波波形，电子科技大学陈敏等人提出了声源输入信号的调制方法，包括N阶近似平方根法、改进的双边带调制法、单边带调制法等，但是上述调制方法均基于上述的远场近似解，该解引入了对基波的指数衰减，与实际情况存在一定差别。为了修正求取远场解中存在的系统误差，部分科学家考虑声波在传播介质中由于热粘滞、散射等因素的影响，提出了KZK方程，该方程引入了抛物线近似，但忽略了声波波动方程中对空间分量的二阶导数，因此仍无法准确描述声波的散射作用，在某些位置仍存在较大误差。部分专家又提出了差频声波的级数展开计算方法，但在推导基波的表达式时，引入了抛物线近似，导致无法准确计算声束偏离轴向20
°
以外的区域，因而在调制过程中仍然存在局限性。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提出了一种参量阵扬声器基波调制的方法，具体包括以下步骤：S1. 利用高斯函数对参量阵扬声器声源表面的振速进行拟合，得到参量阵扬声器表面振速的级数表达式；S2. 将所述级数表达式代入声压计算公式中，通过积分求取扬声器声场中各点的声压，其中对所述积分中的扩散项进行一阶近似处理；S3.计算目标点的理想声压与通过S2步骤实时获得声压的差值，将所述差值代入差频波计算公式得出基波振幅的调整量并通过非线性电子器件进行调制，使得扬声器声场中目标点通过S2步骤实时获得的声压较调整前更接近理想声压，完成一次对参量阵扬声器基波调制。
[0005]优选的，所述级数表达式为：其中u
j
为扬声器表面的振速分布；U
j
为振速幅值；A
n
、B
n
为步骤S1中拟合得到的高斯系数；a为扬声器半径；以扬声器中心为原点，外廓所在平面为XY平面，声波传播轴心线为
Z轴建立直角坐标系，x
s
、y
s
为扬声器表面任意点的坐标值。
[0006]优选的，所述声压的求取公式为：其中P
j
,j=1,2分别对应频率f1、f2基波的声压；；ρ0为传播介质密度，C0为传播介质声速，为波数，为所述扩散项，为扬声器表面任意点（x
s
,y
s
,0）到空间中任意点（x
v
,y
v
,z
v
）的距离，（x
v
,y
v
,z
v
）为空间声场中任意点在所述坐标系的坐标。
[0007]优选的，所述一阶近似处理为：，其中R
v
为空间中声场中任意点到扬声器中心的距离。
[0008]优选的，所述差频波计算公式为：其中，其中，β为无量纲量，表示传播介质的非线性系数；为待求目标点（x,y,z）到空间中任意点(x
v
,y
v
,z
v
)的距离；q(r
v
)为产生差频波虚拟源的源密度函数；。
[0009]优选的，所述源密度函数的计算公式为：其中上标*表示复数共轭，P1(r
v
)、P2(r
v
)分别为两基波根据所述声压的求取公式在点(x
v
,y
v
,z
v
)算得的声压。
[0010]本专利技术专利具有如下优点：通过对声源振速分布进行拟合并对应用积分计算声压过程中的扩散项进行一阶近似，得出了参量阵技术差频声场的全空间模型。特别是当扬声器辐射声波具有全向性时，本方法可以准确建模差频声场的空间分布，规避了
技术介绍
中使用抛物线近似造成无法准确计算声束偏离轴向20
°
以外的区域声场的局限性，而在最初的参数计算中利用高斯函数对参量阵扬声器声源表面的振速进行拟合既有效地匹配了声源特性，同时降低了微积分计算的阶数，节省了计算资源，提升了调制效率。
[0011]本专利技术的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，当执行指令时，将致使处理电路执行上述的参量阵扬声器基波调制的方法。
[0012]本专利技术的又一方案在于提供一种参量阵扬声器基波调制的系统，包括处理电路及与其电性耦接的存储器，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行上述参量阵扬声器基波调制的方法。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中参量阵扬声器基波调制的方法实施流程示意图。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]一种参量阵扬声器基波调制的方法的实施例具体如下：1. 刚性圆形活塞扬声器发出的声波存在频率f1、f2的两个基波，声源处输入信号可表达为式（1）：其中u为活塞振速，单位为m/s； t为时间，单位为s；U1、U2分别对应角频率的振速幅值，单位为m/s。为时谐因子。
[0016]2. 以扬声器中心为原点，外廓所在平面为XY平面，声波传播轴心线为Z轴建立直角坐标系，x
s
、y
s
为扬声器表面任意点的坐标值。活塞圆心位于点(0,0,0)，则空间中任意一点（x
v
,y
v
,z
v
）的声压可用式(2)求得：
ꢀꢀꢀꢀ
(2)P
j
,j=1,2分别对应频率f1、f2基波的声压；；ρ0为传播介质密度，C0为传播介质声速，为波数，为所述扩散项，为扬声器表面任意点（x
s
,y
s
,0）到空间中任意点（x
v
,y
v
,z
v
）的距离，（x
v
,y
v
,z
v
）为空间声场中任意点在所述坐标系的坐标。
[0017]3. 在求解式（2）时，一般将式（2）中的扩散项作共轴近似，如式（3）：
ꢀꢀꢀ
(3)但共轴近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参量阵扬声器基波调制的方法，其特征在于包括以下步骤：S1. 利用高斯函数对参量阵扬声器声源表面的振速进行拟合，得到参量阵扬声器表面振速的级数表达式；S2. 将所述级数表达式代入声压计算公式中，通过积分求取扬声器声场中各点的声压，其中对所述积分中的扩散项进行一阶近似处理；S3.计算目标点的理想声压与通过S2步骤实时获得声压的差值，将所述差值代入差频波计算公式得出基波振幅的调整量并通过非线性电子器件进行调制，使得扬声器声场中目标点通过S2步骤实时获得的声压较调整前更接近理想声压，完成一次对参量阵扬声器基波调制。2.权利要求1所述的一种参量阵扬声器基波调制的方法，其特征在于，所述级数表达式为：，其中u
j
为扬声器表面的振速分布； U
j
为振速幅值；A
n
、B
n 为步骤S1中拟合得到的高斯系数；a为扬声器半径；以扬声器中心为原点，外廓所在平面为XY平面，声波传播轴心线为Z轴建立直角坐标系，x
s
、y
s
为扬声器表面任意点的坐标值。3.根据权利要求2所述的一种参量阵扬声器基波调制的方法，其特征在于，所述声压的求取公式为：，其中P
j
,j=1,2分别对应频率f1、f2基波的声压；；ρ0为传播介质密度，C0为传播介质声速，为波数，为所述扩散项，为扬声器表面任意点（x
s
,y
s
,0）到空间中任意点（x
v
,y
v
,z
v
）的距离，（x
v
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，赵治华，陆智淼，张磊，孟进，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：