摘 要

定向声源可以发出比较强的指向性声波，可以增强某一个方向上的声压级，在实现定向扬声的同时可以有效缓解噪声污染等问题。本文在理论上对扬声器阵列的指向性进行了系统分析，并设计了相关的阵列扬声器系统，之后进行了仿真和扬声器阵列定向扬声实验。

首先，对课题研究的背景，阵列式扬声器的发展现状进行了简单的介绍.然后分析了声波叠加产生指向性的原因，利用阵列天线原理对点声源线阵列指向性进行了分析，推导出了指向性函数公式并且对影响线阵列指向性的原因进行了详细分析，对线阵列的扬声器延时时间对于主波瓣方向角变化的影响。然后基于Matlab进行了相关实验仿真，基于LabVIEW进行了相应的硬件实验，对实验理论进行了验证。

本文的研究结果可以证明，采用线阵列及其扩展阵列，再控制阵列中各个扬声器音源延迟相位，间距，声源频率等变量的情况下可以获得具有指向性的扬声效果。即可以实现在某一个平面或者三维空间内可以实现对扬声效果指向的控制。

关键词：声波， 扬声器阵列， 声音指向性， 线阵列

Abstract

Directional sound source can emit relatively strong directional sound wave. It also can enhance the sound pressure level in a certain direction. It can emit relatively strong directional sound wave and effectively alleviate noise pollution. The paper based on the theory of directional loudspeaker array system analysis and design related array speaker system, followed by simulation and experiment about directional speaker of speaker array.

First of all, the paper introduces the development of the speaker array and the background of the research. Then it analyzes the reason of directivity caused by sonic superposition uses an array antenna principle to analyze point source line array directivity, deduced directivity function and formula of directivity line array of factors affecting a detailed analysis of the delay line array loudspeakers for the main lobe orientation angle of the impact of changes, and then based on Matlab simulation experiments carried out, based on LabVIEW accordingly hardware experiments, experimental theory was verified.

The Results of this study shows that by the use of line array and its extension array and the control of the array in the phase delay of each speaker sound source, spacing, variable frequency sound source，the array can obtain directivity speaker effect. It can be achieved within a certain sonic plane or three-dimensional to control the speaker pointed effect.

Key words：Sonic ， Loudspeaker Array ，Sound directivity，Line Array

目 录

摘要 I

Abstract .....II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2研究的目的及意义 2

1.3国内外研究现状 3

1.4研究内容及方法 4

1.4.1研究方法 4

1.4.2研究内容 4

第2章 扬声器阵列声波叠加的理论研究 5

2.1声波叠加的定义及产生指向性的原因 5

2.1.1什么是声波叠加 5

2.1.2声波叠加产生指向性的原因 6

2.2 线声源扬声器系统的理论 8

2.3 基于影响扬声器阵列指向性的因素分析 12

2.4线阵列延时分析 15

2.5 矩阵式扬声器的指向性 16

第3章 系统仿真及软硬件设计 18

3.1 方案分析与确定 18

3.2仿真实验与仿真结果 19

3.3 软件部分设计 22

3.3.1 LabVIEW软件的介绍 22

3.3.2 软件前面板设计 23

3.3.3 软件后台程序设计 24

3.4 硬件部分设计 26

3.4.1 功率放大器部分 26

3.4.2 3×3扬声器部分接法 27

3.5仿真及实验调试结果 28

第4章 总结及后续工作 29

4.1论文总结 29

4.2 存在不足及后续工作 30

4.3 经济效益与成本估算 30

参考文献 31

致谢 33

1. 绪论

1.1课题研究背景

指向性声源可以发出很强的指向声波，相比照其他位置在某一点处达到声压最大，实现声音定向传播功能，声音的定向传播是指声音以窄带声束的方式实现定向传播，也就是我们讲的声梁和声柱。使得只有被声梁、声柱覆盖到的某个方向的人才能听得到声音或者是在该处声音最大。

所谓阵列，就是由多个阵源按照固定的几何（平面及空间）排列方式组合出来的系统，而把这些阵源换做是点扬声器或者是线扬声器，这个阵列就可以被称为声阵列。而声阵列中声源排列方式是不一样的，根据它排列的方式，声阵列可以分为线阵列，面阵列，体阵列等等不同的形式。单独的线型声阵列是多个扬声器（点、线扬声器）的中心位于一条直线上，各个阵元的灵敏度，功率都是相同的，间隔也是均匀的。而线阵列的声源又可以分为点声源和线声源。

根据H·F·Olson的研究，对线声源的定义如下文所示：由一组排列成直线（或者说接近于直线），间隔是紧密的，均匀的，振动幅度，各个单元灵敏度都是相同的；振幅以及相位也是相同的单元，并且具备某种特殊指向特性的系统^[14]。

在该定义中，有两个要点^[14]：（1）是规定了线阵列的构成，是由均匀的，振幅和相位相同的单元。（2）指出了采用线阵列的目的，是为了使声音传播时具有指向性，特别是使垂直方向传播时具有指向性。