[发明专利]用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电声技术领域，具体来讲是用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源及设计方法。

背景技术

头相关传输函数(Head-related Transfer Function，HRTF)是自由场条件下点声源到双耳的声学传输函数，在双耳听觉的研究和虚拟环绕声的应用方面都有重要的意义。当声源到头中心的距离大于1.0m时，称为远场HRTF；而距离小于1.0m时，称为近场HRTF。实验测量是获取HRTF最有效的方法。但理想的点声源是不存在的，测量中只能用一些物理特性相近的声源近似代替。实际使用的声源应近似是无指向特性、具有足够宽的幅频响应特性、足够小的声源尺度(使得声源多重散射对HRTF测量的影响可以忽略)、足够大的辐射声压级(以满足测量信噪比的要求)。上述各项要求是相互制约的，当声源尺寸增大时，低频响应可改善(从而获得更宽的幅频响应特性)，并且辐射声压级也可以提高，但同时声源的高频指向性和多重散射特性也将变得明显。对于远场HRTF测量，声源指向性和多重散射特性的影响相对较小，因而声源尺度可以做得相对较大，使得其他参数满足测量要求。但对于近场HRTF测量，由于声源指向性和多重散射的影响变得明显，其声源解决方案也变得困难。

现有的用于近场HRTF测量的小型声源，如探管声源、电火花声源等，其尺寸都比较小，声源指向性和多重散射基本上满足要求。但其在1kHz以下的低频特性不理想，因而在此频率范围的测量结果存在大的误差。事实上，对于近场HRTF，其400Hz以下的低频误差是可以通过理论计算近似修正的，但400Hz～1kHz的特性仍需要通过实验测量得到。因而测量声源的低频下限必须达到400Hz以下，然而上述现有的小型声源达不到这个要求。

在建筑声学测量中，经常采用正十二面体声源作为无指向性声源，并且国际上已有很多这类的市场化产品。但这些声源的尺寸都很大，多重散射明显；且其频率响应范围一般在125Hz～8kHz之间，高频特性较差，因而是不适用于近场HRTF测量的。

受上述正十二面体声源的启发，Nishino提出一种用于近场HRTF测量的小型正十二面体声源，其等效直径为0.038m，但4kHz附近的声源指向性差异已达到8dB的量级，1kHz以下的低频特性较差，不能满足近场HRTF的指向性误差要求。

发明内容

本发明的首要目的在于克服了现有技术的不足，提供了一种用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源，本发明可减弱声源表面棱角和平面结构对声波的衍射作用，减小声源的多重散射，改善声源辐射声波的频响特性和高频的无指向特性，使测量数据更加准确。

本发明的另一目的是提供一种用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源的设计方法。

本发明的首要目的通过以下技术方案来实现：用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源，包括球形金属外壳与十二个扬声器单元；十二个扬声器单元均匀分布固定在球形金属外壳上，且每三个扬声器单元位于球形金属外壳的同一纬度面上；每四个扬声器单元采用串联连接，三组串联后的扬声器单元之间采用并联连接。

所述球形金属外壳的表面设有十二个用于固定扬声器单元的圆孔。

所述球形金属外壳内填充吸声海绵。

本发明的另一目的通过以下技术方案来实现：用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源的设计方法，包括以下步骤：

步骤1)、设定声源的等效半径b₀；

步骤2)、对十二个扬声器单元的中心位置进行定标，将各个扬声器单元的中心位置分别布置于球形金属外壳的四个不同纬度面，每个纬度面均匀布置三个扬声器单元；

步骤3)、计算声源的辐射声压，进而计算声源的指向特性；

步骤4)、根据十二个扬声器单元的纸盆直径、底座直径和厚度，计算球形正十二面体的外接圆半径。

在所述的球形正十二面体声源的设计方法中，步骤1)所述的声源等效半径b₀在0.05m的范围内。

相对于现有技术，本发明的优点及有益效果是：

1、与传统的正十二面体声源多面体外形设计相比，所提出的外形为球形十二面体声源可减弱声源表面棱角和平面结构对声波的衍射作用，减小声源的多重散射；可改善声源的频率响应特性，在350Hz～20kHz的频段满足测量要求；可改善声源辐射声波的高频的无指向特性，在350kHz～8kHz的频率范围内近似实现无指向特性(指向因素在约±3dB的范围内)，满足近场HRTF的指向性误差要求。