相控扬声器阵列是一种由多个扬声器按照一定的几何阵型排列组成的阵列式扬声系统,通过改变该系统的几何结构参数以及各扬声器阵元的电信号参数可以形成不同特定的声场。本文主要围绕相控扬声器阵列声场理论和相控阵信号处理技术展开研究,为扬声器系统的声场控制提供理论和实践依据。根据声场传播基础理论,本文首先推导出了扬声器阵列的远场声压指向性函数、指向性图以及描述声场特性的指向性参量。在此基础上,讨论了点声源、直线型扬声器阵列、圆弧型扬声器阵列、直线型高低频组合阵列以及普通平面阵和贝塞尔面阵列的不同的声场特性,这些形成的声场将能量集中在主波束上,使辐射距离更远。使用多通道等差延时方法实现了阵列波束偏转,以直线型扬声器阵列的中垂线方向为基准,主波束方向上下偏转10度;使用切比雪夫权系数束控法对直线型扬声器阵列进行旁瓣抑制,在Matlab仿真中,实现对旁瓣的幅度抑制在20dB内,并在实验中对旁瓣实现5dB的声压级衰减;使用高低组合线型阵列法对直线型扬声器阵列展开倍频程恒定束宽的分析,在100~200Hz的一个倍频程内实现主波束宽度的恒定。使用Matlab和Comsol软件分别对简单阵列和复杂面阵列进行了数值有限元仿真分析,研究了阵列阵型、阵元个数、阵元间距、声源频率等因素对相控扬声器阵列指向性的主波瓣宽度、旁瓣和方向的影响。对直线型扬声器阵列、圆弧型扬声器阵列、高低频直线型组合阵列、矩形面阵列以及贝塞尔面阵列的优点和缺点进行了比较,高低频直线阵拥有较小主波束宽度同时可以在一定频带实现恒定束宽,但是旁瓣会增多。贝塞尔面阵虽然性能良好,但是工程实现起来比较复杂。采用Xilinx公司Spartan系列FPGA作为中央处理器,TD7294数字功放作为驱动器,搭建了相控扬声器阵列实验平台。运用多通道的相位延迟方法实现波束偏转,通过改变权系数实现旁瓣抑制,使用线性组合法来控制主波瓣在频带内的恒定,采用FPGA内部延时和加法单元实现高低频阵列的系统响应函数。搭建了扬声器阵列声场测试实验平台,对远场各点声压、指向性进行了实验测试。实验结果表明相控扬声器阵列的声场可以控制,验证了本文所提出的信号处理理论和方法。