一種基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)，涉及參量揚聲器領(lǐng)域，特別涉及到參量聲源實現(xiàn)定向、定距發(fā)聲的處理方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)發(fā)聲揚聲器已經(jīng)得到了很廣泛的應(yīng)用，比如，常規(guī)音響、手機揚聲器、電視音響、耳機、會場音響等都屬于目前常用的發(fā)聲裝置，它們大都是基于動圈式原理的發(fā)聲裝置。此類揚聲器根據(jù)具體應(yīng)用場合的需求往往會在系統(tǒng)內(nèi)部做均衡、濾波、放大、混響、多聲道、壓縮與限幅等處理，這樣就可獲得需要的音響效果。但基于常規(guī)聲學(xué)理論的聲學(xué)裝置也有一個共性，那就是發(fā)出的聲音不可控，它發(fā)出的聲音是向周圍空間全向傳播的。在很多應(yīng)用場合只希望在一個空間內(nèi)的特定區(qū)域可以聽到聲音，而其他區(qū)域保持安靜，很顯然現(xiàn)在的傳統(tǒng)揚聲器技術(shù)和當前的聲學(xué)裝置都還不能有效的滿足這種需要。
[0003]要控制聲音的傳播方向，目前常用的方法有三種，第一種是在傳統(tǒng)發(fā)聲設(shè)備外圍加一個聚音罩，這種技術(shù)的實現(xiàn)是基于物理反射原理，效果較差；第二種是增大傳統(tǒng)揚聲器的尺寸，因為聲音能否定向傳播與聲源的尺寸有直接的關(guān)系，當聲信號的波長與聲源尺寸比較接近時，聲波可表現(xiàn)出較好的方向性，可聽聲頻率在20Hz~20kHz之間，其波長在17mm~17m之間，很顯然通過設(shè)計一個巨大的揚聲器來實現(xiàn)定向傳播聲音的方法是不切實際的；第三種方法就是參量陣技術(shù)，把聲音信號調(diào)制在超聲信號上，然后通過超聲換能器件發(fā)出，這樣的方法可以實現(xiàn)聲音的定向傳播，可參考由H.0.Berktay和D.J.Leahy發(fā)表的論文《Farfield performance of parametric transmitters》，但是這種方法只可以定向傳播，聲音能量比較集中的參量聲波束傳播距離比較遠，因此它并不能完全實現(xiàn)聲音的空間定距傳播。
[0004]本專利公開的一種基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)聲音的強定向傳播，還可以有效控制聲音的傳播距離，這種技術(shù)在私密聲信號保護、防止聲音污染、聲音特效方面的應(yīng)用是有利的。在本專利的一個實施例中已經(jīng)很好的應(yīng)用了該技術(shù)。本專利所述的基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理技術(shù)、換能器陣列布局設(shè)計以及主動解調(diào)模組設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種使用自沉默技術(shù)可定距傳播聲音的定向聲學(xué)裝置和方法，它使聽眾只可在定向聲學(xué)設(shè)備的近場才可聽到聲音，這種技術(shù)可以解決定向揚聲器因聲音暴露而產(chǎn)生的聲頻敏感信息泄露以及噪音污染等問題，還可讓聽眾獲得一種奇妙的聽覺體驗。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是針對定向聲學(xué)設(shè)備在近場范圍內(nèi)聲音失真的問題，提供一種可促進其在近場自解調(diào)的主動式解調(diào)裝置，實現(xiàn)參量聲源可在近場發(fā)出高辨識度可聽聲的目的。
[0007]為實現(xiàn)發(fā)明中所述技術(shù)，基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，系統(tǒng)包括聲參量陣列，自沉默控制模塊，對沖式發(fā)聲面板，主動解調(diào)裝置。
[0008]聲參量陣模塊是音頻信號依次通過預(yù)處理、PWM調(diào)制、負載匹配、功率放大、直至經(jīng)過后級的參量陣列面板發(fā)出具有指向性的可聽聲。
[0009]自沉默處理系統(tǒng)，在數(shù)字音頻信號進行調(diào)制之前，把單路輸入的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為相同的兩通道信號，第一通道信號通過兩級希爾伯特變換后進行PWM調(diào)制，兩級希爾伯特變換可完成信號的180°的相移；第二通道的信號經(jīng)過一個可調(diào)增益模塊，可調(diào)增益模塊可以控制相位互反的兩通道信號的幅度差，幅度差值是決定聲音傳播距離的主要因素；為保持與第一通道信號同步進行調(diào)制，這里對第二通道的音頻信息進行延時處理；前級信號處理完成后把兩通道的聲頻信號調(diào)制到超聲載波上。
[0010]如專利所述的經(jīng)過調(diào)制的兩路信號要分別與后級進行負載匹配，因為負載是呈容性的，所以為了得到最佳的功率輸出，就需要用感性器件抵消負載容抗。負載匹配后的兩路信號通過D類功率放大單元進行功率放大。
[0011]對沖式發(fā)聲面板，面板上布局的換能器件的特性是完全一致的，根據(jù)發(fā)聲面板上布局的換能器件的電氣連接特性不同而把它分為兩類；第一類換能器件是通過連接線接在第一通道信號輸出端上，第二類換能器件是通過連接線接在第二通道信號輸出端上；兩類換能器件在基板上均勻布局，均勻布局的兩類換能器件所發(fā)出的相位相反的聲波束在傳播的過程中可以有效的進行抵消，聲波束抵消的程度可通過聲自沉默模塊中的增益控制模塊進行控制。
[0012]主動聲解調(diào)模塊，其實是一個復(fù)雜的聲反射腔體。發(fā)聲面板所發(fā)出的已調(diào)超聲波束在傳播的過程中經(jīng)非線性交互作用解調(diào)出可聽聲，在發(fā)聲面板近場范圍的自解調(diào)過程不充分，所以可聽聲失真較嚴重。為了使聽眾可在發(fā)聲面板近場聽到清晰的聲音信號，專利提供了一種主動聲解調(diào)模塊，它是通過聲反射原理使已調(diào)超聲在一個聲反射腔體內(nèi)傳播足夠的距離從而促進聲音的自解調(diào)，其實這是用空間反射換取了聲波束的傳播距離的過程。
[0013]本發(fā)明首次提出可實現(xiàn)定距傳播的定向揚聲器，并公開了一種針對參量聲源的主動聲解調(diào)方法，這樣就解決了傳統(tǒng)定向聲學(xué)設(shè)備的遠場聲音暴露和近場聲音失真的問題。由本專利所述的基于主動解調(diào)的自沉默聲學(xué)系統(tǒng)解決了參量聲源的兩個關(guān)鍵問題，這使其可更有效的應(yīng)用在防聲音干擾、敏感信息保護、聲音特效、室內(nèi)主動降噪方面。
【附圖說明】
[0014]圖1是基于主動解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是自沉默控制模塊工作流程圖。
[0016]圖3是對沖式發(fā)聲面板換能器陣列布局第一個實施例的示意圖。
[0017]圖4是對沖式發(fā)聲面板換能器陣列布局第二個實施例的示意圖。
[0018]圖5是對沖式發(fā)聲面板換能器陣列布局第三個實施例的示意圖。
[0019]圖6是主動聲解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖7是主動聲解調(diào)模塊的分解圖。
[0021]圖8是主動聲解調(diào)模塊截面工作示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明旨在設(shè)計一個具有定距傳播特性的定向聲學(xué)設(shè)備，并結(jié)合附圖對實施例進行了詳細說明，所述實施例只是為了說明該技術(shù)方案，專利包括范圍并不由此受到限制。
[0023]圖1示出了基于主動聲解調(diào)的自沉默定向聲學(xué)系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖。首先是聲源I進入?yún)⒘筷嚶晫W(xué)系統(tǒng)2，聲源I為整個