南京大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 59 ›› Issue (6): 1059–1068.doi: 10.13232/j.cnki.jnju.2023.06.015

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基于模态控制法的平板扬声器指向性控制算法研究

卫文港, 程嘉正, 冯雪磊, 沈勇()   

  1. 近代声学教育部重点实验室，南京大学物理学院，南京，210023
  • 收稿日期:2023-09-05 出版日期:2023-11-30 发布日期:2023-12-06
  • 通讯作者: 沈勇 E-mail:yshen@nju.edu.cn

Research on directivity control algorithm of flat⁃panel loudspeakers based on modal control method

Wengang Wei, Jiazheng Cheng, Xuelei Feng, Yong Shen()   

  1. Key Laboratory of Modern Acoustics，Ministry of Education，School of Physics，Nanjing University，Nanjing，210023，China
  • Received:2023-09-05 Online:2023-11-30 Published:2023-12-06
  • Contact: Yong Shen E-mail:yshen@nju.edu.cn

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摘要：

平板扬声器使用激励器驱动薄板产生弯曲振动从而辐射声波，已在手机、电视机等设备中得到应用.模态控制法在平板扬声器的振动控制领域已有较为深入的研究，但尚未发现将其应用于平板扬声器指向性控制的研究先例.结合屏幕发声技术与空间声重放理论，创新性引入模态控制法实现平板扬声器指向性声场控制，首次推导出从动圈式激励器驱动电压到平板扬声器模态激励的频域传递函数公式.结合数值仿真，采用模态控制法对平板扬声器声辐射特性进行指向性控制.结果表明，使用模态控制法控制波束主瓣轴向和覆盖角的效果显著，指向性控制是实现定向发声的关键.

关键词: 平板扬声器, 指向性控制, 模态控制法, 算法

Abstract:

Flat?panel loudspeakers，which use an exciter to drive a thin plate to produce bending vibration and radiate sound waves，have been used in mobile phones，TV sets and other devices. The modal control method has been studied deeply in the field of vibration control of flat?panel loudspeakers，but no precedents have been found to apply it to the directional control of flat?panel loudspeakers. Here，the modal control method is innovatively introduced to realize the directional sound field control of the flat?panel loudspeaker，and the frequency transfer function formula of the driven voltage of the driven coil actuator to the modal excitation of the flat?panel loudspeaker is derived for the first time. Based on numerical simulation，this paper uses modal control method to control the acoustic radiation characteristics of the lat?panel loudspeaker. The results show that the modal control method can control the beam main lobe axis direction and coverage angle effectively. Directivity control is the key to realize directional sound production.

Key words: flat?panel loudspeaker, directivity control, modal control method, algorithm

中图分类号: 

  • O42

图1

激励器等效电路图"

图2

薄板仿真示意图"

图3

不同波束主瓣轴向等值线图，波束主瓣轴向：(a) 0°；(b) 30°；(c) 60°(a) 0°， (b) 30°， (c) 60°"

图4

不同覆盖角等值线图，覆盖角: (a) 20°；(b) 80°；(c) 140°"

图5

不同模态数量时计算结果，模态数量：(a) 6；(b) 24；(c) 200"

图6

不同模态数量的性能指标：(a)声对比度；(b)匹配误差；(c)阵列效率"

图7

不同激励器数量计算结果，激励器数量:(a) 2；(b) 4；(c) 6；(d) 8；(e) 10"

图8

不同激励器数量的性能指标：(a)声对比度；(b)匹配误差；(c)阵列效率"

图9

激励器位置误差：(a) 无误差；(b) 10-6 m；(c) 10-5 m；(d) 10-4 m；(e) 10-3 m；(f) 10-2 m"

图10

激励器位置不同误差的性能指标：(a)声对比度；(b)匹配误差；(c)阵列效率(b) matching error，(c) array efficiency"

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