CN101111096A - 组合式声频定向超声波扬声器系统 - Google Patents

Abstract

组合式声频定向超声波扬声器系统，属于电子技术领域，特别涉及扬声器技术领域。组合式声频定向超声波扬声器，是将多个声频定向超声波扬声器组合成一个扬声器系统，每一个扬声器都可以独立工作。所有的扬声器组合在一起，可以同时朝同一个方向发声，产生的可听声的声压更大，指向性更强，传输的距离更远。也可将每一个扬声器安放在空间的不同位置，向不同的方向发射高指向性的可听声。本发明特别适合用于要求产生具有高指向性且传输距离远的声音的地方。

Description

组合式声频定向超声波扬声器系统

技术领域

组合式声频定向超声波扬声器系统，属于电子技术领域，特别涉及扬声器领域。

背景技术

组合式声频定向超声波扬声器是一种在诸如空气之类的介质中直接产生超声频率的声发射装置，它是由多个能够单独工作的参量声频定向超声波扬声器按照一定的组合方式组合而成。

传统的扬声器直接向空气中辐射可听声，而参量声频定向超声波扬声器的发声机理与传统的扬声器完全不同，它向空气中发射在前处理中调制后的超声波，超声波在空气中非线性交互作用自解调，从而产生低频可听声，并高指向地传播给收听者。其工作原理如下所述：f1、f2是在前处理中对音频信号经过调制后的两列具有不同频率(f1、f2)的有限振幅超声波，经过超声波扬声器将其辐射到空气中并且沿着同一方向传播时，两基波的非线性交互作用可以产生两个不同的分量，即两频率之差(f1-f2)和两频率之和(f1+f2)，并产生谐波；进入空气中后，由于高次谐波振幅小，衰减速率与频率成正比，使得高次谐波比差频分量衰减的快，在传输的过程中，高频分量逐渐衰减掉了，只有差频分量的低频可听声信号存在，形成可听声。

单个参量声频定向超声波扬声器由于它的发声面积及功率的限制，因此其产生的可听声的声压比较小，传播的距离比较近。为了得到高指向性、高声压输出，单个参量声频定向超声波扬声器难以满足要求，但将多个可以单独工作的声频定向超声波扬声器组合在一起工作就能够很好的满足要求。

发明内容

组合式声频定向超声波扬声器系统，是将若干个声频定向超声波扬声器按照串联或者并联的方式排列组合在一起。音频信号经过数字信号处理器(DSP)处理以后，通过超声波功率放大器来驱动声频定向超声波扬声器。相比现有的单个声频定向超声波扬声器，组合式声频定向超声波扬声器系统能够克服单个声频定向扬声器声压小，失真大，指向性差等缺点。可以根据不同的场合，变更扬声器的组合方式及扬声器的数目，可以产生具有高指向性，大声压的声音。或者将扬声器分别布置在不同的位置，例如，在每一个火车卧铺上方，或是在餐厅的每一张餐桌上方布置一个声频定向超声波扬声器。这样可以同时在不同的位置产生具有高指向性的声音。或者通过扬声器放置在不同位置，输入不同超声信号，扬声器指向某一点或某一方向，产生多种音效。

本发明的详细技术方案：

组合式声频定向超声波扬声器系统，包括数字信号处理系统，超声波功率放大器和扬声器组。所述的组合式声频定向超声波扬声器系统其特征在于，音频信号经过数字信号处理之后，通过超声波放大器放大，驱动后级的扬声器组，扬声器组的个数可以根据需要的不同，变化组合。各个扬声器之间可以采用串联方式、并联方式，或者是采用串并联混合的方式。

上述组合式声频定向超声波扬声器系统，其特征在于，所有的扬声器可以由一个功放来驱动，也可以采用单个功放驱动单个扬声器的方式，或者是一个功放驱动几个扬声器，整个系统采用多个功放驱动的方式。

上述组合式声频定向超声波扬声器系统，其特征在于，所有的扬声器可以分布在同一平面，或者分布在多个不同平面内。

上述组合式声频定向超声波扬声器系统，其特征在于，所有的扬声器可以组合布置在一个平面，同时向同一个方向发出具有高指向性的声音，或者将每个扬声器分别安放在不同的空间范围内，向不同的方向产生高指向性的声音。

附图说明

图1组合式声频定向超声波扬声器系统总的结构框图

图2组合式声频定向超声波扬声器组内单个参量扬声器之间采用的连接方式一

图3组合式声频定向超声波扬声器组内单个参量扬声器之间采用并联的连接方式二

图4组合式声频定向超声波扬声器采用的功放驱动方式之一

图5组合式声频定向超声波扬声器采用的功放驱动方式之二

图6组合式声频定向超声波扬声器采用组合方式的一种实施例

图7组合式声频定向超声波扬声器采用的组合方式另一种实施例

具体实施方式

图1为本发明的总的结构框图，总体上有三部分组成，DSP系统1，超声波功率放大器2和组合式声频定向超声波扬声器3。DSP系统1对音频信号经过特定的算法处理，将音频信号调制到超声波的频段范围。然后输入到功率放大器2，功率放大器2实现对信号滤波放大并且跟后级的组合式声频定向超声波扬声器进行阻抗匹配，组合式声频定向超声波扬声器将经功率放大后的信号辐射到空气中。

图2为组合式声频定向超声波扬声器3的一种实施例，它由多个可以单独工作的扬声器4串联组合而成，所采用的单个扬声器4的个数根据声压，指向性和传输距离的要求不同而变化。采用的单个扬声器4的个数越多，辐射面积越大，产生的超声波声压越大，指向性越好，传输距离也将越远。最后经过空气解调出的可听声的声压也就越大。

图3为组合式声频定向超声波扬声器3的另一种实施例，如图中所示，它是由多个单个超声波扬声器5采用并联的方式组合而成，其中的超声波的扬声器5的个数由声压、指向性和传输距离决定。

图4为功率放大器的一种结构形式，采用单独一个功率放大器6来驱动组合式声频定向超声波扬声器7中的所有的扬声器。

图5中所示的功率放大器8有多个功率放大单元9组成，每一个功率放大单元9驱动组合式声频定向超声波扬声器中的若干个扬声器。功率放大器8中的功率放大单元9的数量根据扬声器的数目的变化而变化。

图6所示，单个超声波扬声器10组合排列在同一个平面内，组合成为一个大的声频定向超声波扬声器，所有的超声波扬声器10指向同一个方向，向同一个方向辐射超声波。其所采用的单个超声波扬声器10的个数由声压，指向性和传输距离等一些具体参数决定。

图7所示，单个超声波扬声器11组合排列在两个平面板内，同一个平面板内的所有的单个超声波扬声器11指向同一个方向。两个平面板之间有一个夹角θ，θ角的范围在0°～180°之间。改变θ角的大小，可以改变扬声器的指向性角，θ角越小，对应的扬声器的指向性角也越小，反之亦然。单个超声波扬声器11的个数由声压，指向性和传输距离等参数决定，所采用的单个超声波扬声器11的个数越多，组合式声频定向超声波扬声器12辐射出的可听声声压越大，指向性越强，传输距离越远。

Claims (10)

1.组合式声频定向超声波扬声器系统，包括：

一个或者多个DSP信号处理装置，一个或者多个功率放大装置和由多个单个声频定向超声波扬声器构成的组合式声频定向超声波扬声器。

2.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述的声频定向超声波扬声器的排列方式，可以组合排列在同一平面内，或者在空间不同位置立体排布。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述排列平面，可以为方形平面，圆形平面，椭圆形平面或者正多边形平面。

4.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，单个声频定向超声波扬声器可以是方形的，圆形的，椭圆形的或者是任意正多边形的。

5.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述的声频定向超声波扬声器组合的个数在2个至500个之间。

6.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，单个声频定向超声波扬声器的谐振频率在20K～500K之间。

7.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述的单个声频定向超声波扬声器之间采用并联，串联或者串并联的方式连接在一起。

8.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所有的声频定向超声波扬声器可以共同由一个功率放大器驱动，或者每个声频定向超声波扬声器由单个功率放大器单独驱动，或者是每2～100个声频定向超声波扬声器由一个功放驱动。

9.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述的声频定向超声波扬声器可以组合在一起，向同一个方向发射高指向性的声音，或者每一个扬声器单独布置在空间的不同位置，向不同的方向发射高指向性的声音。

10.根据权利要求1所述的组合式声频定向超声波扬声器，其特征在于，所述的单个声频定向超声波扬声器可以加载相同或不同的超声信号。

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