传声器空间位置、传声器数量及阵列孔径等多个参数会影响阵列的性能。当给定阵列孔径和传声器数量时,传声器的空间分布将决定波束方向图的主瓣宽度(mainlobewidth,MLW)和最大旁瓣水平(maximumsidelobelevel,MSL),从而直接影响阵列的干扰抑制和邻近声源空间分辨能力。
相对于其他规则阵列构型,杭州爱华仪器多臂螺旋传声器阵列具有较低的低旁瓣水平和较窄的MLW,在声源定位领域广泛使用。然而现有的多臂类传声器阵列大都基于经验或者特定模型来设计,未能充分挖掘多臂螺旋阵列的潜力。
针对单臂螺旋阵列,NordborgA等人对各种传声器阵列构型进行仿真模拟,螺旋形阵列在区分2个邻近声源和抗干扰能力方面要优于其他阵列构型。
DoughertyRP通过将传声器按等弧长布置到对数螺旋线上,减少了阵列间距冗余,从而在较宽频率范围内实现了较低旁瓣设计。
XuPW等人指出在螺旋阵列中心放置更多的传声器可以抑制旁瓣,提升阵列的抗干扰能力。虽然单臂螺旋阵列能够较大程度上克服阵列间距冗余,但存在阵列空间区域利用不足的固有缺陷。
多臂螺旋阵列能够进一步提高麦克风阵列的抑制干扰和邻近声源的分辨能力。UnderbrinkJR提出了常规对数多臂螺旋阵列和Underbrink多臂螺旋阵列,该设计无法保证阵列构型中传声器位置在特定意义下的最优性。传声器阵列的优化设计因此得到了关注和研究。
陈日林等人利用粒子群优化方法,以特定频率下的最大旁瓣级最小化为目标函数,在阿基米德螺旋线上去搜索最优阵型,得到了全局最优解。
随后,庸国祥等人开展麦克风阵列的旁瓣级最小化设计,提高了噪声源定位准确度。ChenX等人通过最大化方向因子来优化阵列几何形状。上述学者只针对单个目标进行阵列优化设计,不能有效兼顾MLW和MSL性能指标。另外,大多数阵列设计工作不能满足工程中宽频噪声的测试需求。