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声频定向扬声器信号处理系统设计与测试

作　者: 王莹
导　师: 徐利梅
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 声频定向扬声器 数字信号处理 双边带调制 单边带调制 指向性
分类号: TN643
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 4次
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内容摘要


声频定向扬声器是一种新型声音装置,它基于空气介质中超声的非线性交互作用产生高指向性可听声。本文主旨为搭建声频定向扬声器中实时完成调制算法的数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)软硬件平台,并通过本文搭建的测试平台确定最优算法,获得具有低失真度、高指向性的可听声。本文选用ADSP-Blackfin533数字信号处理芯片搭建了实时信号处理的软硬件平台,基于PC机搭建测试声压级(Sound Pressure Level,SPL)、总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)及指向性的测试平台,在系统参数设定方法、调制算法等方面作了创新性研究。主要内容为:1.分析国内外声频定向相关技术的研究现状,简要说明空气中超声的非线性交互作用和参量声学阵理论,为提出调制算法奠定理论基础;2.根据声频定向扬声器整体结构要求设计数字信号处理模块,根据DSP的接口特点设计信号采集单元、信号输出单元、存储单元、电源单元、复位电路等,根据高速电路板信号完整性、电磁兼容等要求完成高速印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)设计;3.数字间隔脉冲调制技术有效地解决了后级功率放大器对其输入信号低开关频率的要求,对调制后输出信号时域波形、频域波形进行测试分析,高次谐波成分减少,效率提高;4.系统地建立了确定调制算法中载波频率、调制系数等参数的方法,限定了最大输出声压,并给定最佳测试距离;5.分析对比截断双边带、平方根截断双边带、近似平方根、单边带调制四种算法,比较SPL、THD等测试结果确定最优调制算法。经测试,前三种算法中近似平方根算法谐波失真最小,理论分析单边带调制的谐波失真最小。通过实验测试,证实了本课题研发的声频定向扬声器具有极强的指向性:-3dB指向性锐角约为3°,-15dB指向性锐角约为30°。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内外研究历史及现状  11-13
  1.3 论文内容  13-14
第二章 声频定向的理论基础  14-24
  2.1 平面换能器的指向性  14-16
  2.2 有限振幅声波的非线性交互作用  16-20
  2.3 参量声学阵理论  20-23
    2.3.1 线源参量阵  20-22
    2.3.2 宽带参量阵  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 数字信号处理系统硬件设计  24-43
  3.1 扬声器硬件结构  24-25
  3.2 数字信号处理模块  25-39
    3.2.1 Blackfin533 简介  26-27
    3.2.2 信号采集单元  27-30
      3.2.2.1 低通滤波器  27-29
      3.2.2.2 模数转换单元  29-30
    3.2.3 信号输出单元  30-32
      3.2.3.1 数模转换单元  30-31
      3.2.3.2 带通滤波器  31-32
    3.2.4 存储单元  32-35
    3.2.5 电源单元  35-37
    3.2.6 复位电路  37-38
    3.2.7 高速布线  38-39
  3.3 功率放大器概述  39-40
  3.4 超声换能器概述  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 数字信号处理系统软件配置  43-51
  4.1 总体框架  43-44
  4.2 初始化配置  44-48
    4.2.1 初始化模数转换器  44-45
    4.2.2 初始化数模转换器  45-47
    4.2.3 定时器中断初始化  47-48
  4.3 数字间隔调制技术  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 信号处理算法分析及测试  51-68
  5.1 系统参数选择  51-57
    5.1.1 声压级限制  51-53
    5.1.2 谐振频率选择  53-55
    5.1.3 调制系数选择  55-56
    5.1.4 测试平台搭建  56-57
  5.2 截断双边带调制  57-61
    5.2.1 频谱分析  57-59
    5.2.2 双边带调制谐波分析  59-60
    5.2.3 编程实现  60-61
  5.3 平方根截断双边带调制  61-62
  5.4 近似平方根调制  62-63
  5.5 单边带调制  63-65
  5.6 算法测试对比  65-67
  5.7 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 论文总结  68-69
  6.2 工作展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
攻硕期间取得的研究成果  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电子元件、组件 > 电声器件 > 扬声器
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