扬声器阵列定向声源的声波聚束研究与主动控制应用

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本文总体思路是基于阵列天线理论以及相控阵技术,从基础理论、数值仿真、实验对比等几个方面对线阵列、面阵列扬声器组的声波定向传播技术展开研究。并将扬声器阵列相控声束偏转技术应用于主动噪声控制领域,进行矢量声的主动控制实验,从而实现全空间的有源降噪,具有重要的实际意义。
  本文引入阵列天线理论并对其方向图的波瓣特性进行分析(包括主瓣最大指向、不出现栅瓣的条件、零点位置、副瓣位置等)。介绍了声源振动引起的辐射声场变化规律以及声波干涉叠加原理。综合阵列天线理论与点声源声波辐射声场理论,分别讨论了线性、平面、柱面扬声器阵列指向性的形成、阵元延迟对波束指向角的影响以及影响阵列指向性的因素。利用Matlab软件仿真分析输入信号波长?、阵元个数n、阵元间距d以及输入信号的延时?t等因素对指向性图的波瓣宽度、旁瓣情况以及主瓣指向的影响。搭建了一系列线阵列、平面阵列指向性及波束偏转实验系统,与仿真结果进行对比验证。并基于Fx-LMS控制算法,结合主动噪声控制系统(ANC)和Labview软件的数据采集系统,进行了基于扬声器阵列的矢量声控制实验,实现了全空间声场的主动噪声控制。
  基于大量的数值仿真与实验研究结果表明:一方面,利用扬声器组阵,在一定条件下可以获得强指向性的声束。并且通过控制阵元信号的延时,可以使波束在空间内沿预设的方向定向传播。另一方面,将基于扬声器阵列的定向声源应用于噪声主动控制领域,实现了对斜入射情况下的初始声源的三维主动控制,可以实现特殊环境、特殊应用下的全空间矢量声场的有源降噪,在空间声场预报、主动控制策略、系统收敛方式等方面有较大创新。
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