运用旋转双传声器进行声场空间特性的测量

摘要

室内声学研究的主要目的是为了得到良好的声学效果及优质的听音环境，其研究手段是客观测量和主观评价。本文首先针对目前声场的客观测量方法及主观评价参量的发展现状进行了较为全面的介绍及评述，其中重点介绍了声场空间特性测量的研究现状。主要研究内容是在测量方向脉冲响应的单传声器RRS系统的基础上，针对其存在的局限性，提出了双传声器RRS测量系统。房间对脉冲声源的响应一直是室内声学测量的基础和出发点，随着对声场空间特性研究的发展，单通道无指向性接收系统已不能满足测量的要求，通过各种指向性传声器、声强仪、声场传声器、传声器阵列、人工头以及用旋转单传声器模拟传声器阵列等手段进行室内声学测量的方法相继出现。相比较而言，使用单通道指向性传声器或人工头的测量方法较为简便，但前者精度不足，且不同系统的测量结果之间可比性差；后者得到的是声场经过人头、人耳响应后的计权结果，不能完全反映客观声场本身的特性。传声器阵列测量法可以得到各个方向入射声的声压随时间变化的关系，原则上更适合于用来进行室内声场空间特性的测量，但由于系统存在相位匹配以及多通道信号接收等问题，较少用来进行室内声场的测量。旋转单传声器测量法克服了传声器阵列测量法中相位匹配及多通道信号接收的问题，但系统只能分辨半球面入射的方向脉冲响应，存在很大的局限性。基于上述原因，本文在旋转单传声器测量法的基础上，发展了一种旋转双传声器的方向脉冲响应的测量系统，主要工作如下：首先，根据传声器阵列测量的基本原理，提出了一个由周期性地重复激发的声源配合缓慢旋转的双传声器接收组成的测量系统(简称双传声器RRS)。通过信号处理手段可以得到方向脉冲响应，系统可以分辨空间任意方向入射的脉冲信号，克服了旋转单传声器的局限性，文中详细叙述了系统的测量原理。其次，通过消声室中的测量以及计算机模拟实验详细分析了旋转双传声器系统的测量性能。最后，文中给出了利用旋转双传声器在实际厅堂中的测量结果，并初步分析了厅堂方向脉冲响应的实际应用。本文工作仍处于研究阶段，尚存在许多值得改进和探讨之处。特别是信号处理过程中所采用的波束形成技术仍存在一些问题，需要进一步的研究工作予以解决。关键词：室内声学测量，方向脉冲响应，旋转双传声器系统

目录

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第一章引言

1.1室内声场的研究方法

1.1.1声场客观的测量和音质的主观评价

1.1.2室内声场测量技术的发展

1.1.3厅堂音质主观评价的发展

1.2声场空间特性测量的研究现状

1.2.1声场空间特性的客观测量

1.2.2单传声器RRS系统的介绍

1.3本文的主要研究内容和创新点

第二章旋转双传声器系统的基本原理

2.1测量系统的组成

2.2波束形成原理

2.2.1波束形成技术的介绍

2.2.2改进后的波束形成技术

2.2.3波束形成中的滤波处理

2.3数据处理方法

2.3.1各测点的脉冲响应函数

2.3.2各测点相对声延时的计算

2.3.3利用波束形成技术得到方向脉冲响应

2.4本章小结

第三章旋转双传声器系统的方向分辨率

3.1系统性能分析所采用的方法

3.1.1消声室中的实际测量

3.1.2计算机模拟实验

3.2系统的方向分辨能力

3.2.1描述测量系统方向分辨能力的参量——波束半角宽度

3.2.2系统垂直方向与水平方向的分辨率

3.2.3系统的旋转半径对方向分辨率的影响

3.2.4两传声器高度差对系统方向分辨率的影响

3.3本章小结

第四章系统的误差分析及系统对多脉冲同时入射的分离性能

4.1系统的误差分析

4.1.1由于传声器测点移动所带来的误差

4.1.2远场近似带来的误差

4.2系统对多脉冲同时入射的处理性能

4.2.1两脉冲以相同仰角(θm1=θm2)同时入射

4.2.2两脉冲在同一垂直截面(φm1=φm2)内同时入射

4.3本章小结

第五章旋转双传声器系统的实际应用

5.1测量装置及测试条件

5.2旋转双传声器系统测得的厅堂中方向脉冲响应

5.2.1与单个无指向性传声器测得的脉冲响应相比

5.2.2与旋转单传声器系统相比

5.3方向脉冲响应的应用

5.3.1消声室中模拟声场

5.3.2计算LF等参量

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2存在的问题及进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果