CN102082551A - 声参量阵音频重放系统及其调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声参量阵音频重放系统，包括用于传递信号的载波和转换信号的超声换能器阵。其中，所述超声换能器阵设有若干个超声换能器，所述超声换能器设为若干组，每组所述超声换能器具有不同的中心频率且所述中心频率均大于或等于所述载波的频率，或者所述中心频率均小于或等于所述载波的频率。本发明还提供了一种基于本发明的声参量阵音频重放系统的调制方法。与相关技术相比，本发明的声参量阵音频重放系统调制简单、容易实施且能获得低谐波失真超声波。

Description

声参量阵音频重放系统及其调制方法

【技术领域】

本发明涉及一种音频重放系统及其调制方法，尤其涉及一种声参量阵音频重放系统及其调制方法。

【背景技术】

随着科技的进步，声音的数字信号领域越来越普遍，声参量阵音频重放系统成为人们探讨的热门研究课题。相关技术的声参量阵音频重放系统包括采集音频信号的音频采集器、将音频信号调制成超声信号的调制器和将超声信号放大处理成超声波的功率放大器。其中，所述调制器通过双边带调制方法或单边带调制方法将音频信号调制成超声信号后，然而，双边带调制方法会使得音频信号经调制处理后存在较大的谐波失真，而单边带调制方法虽然减小了音频信号的谐波失真，但对所需调制的音频信号有特殊要求，从而增加了调制器处理音频信号的负担，甚至使得相关技术的声参量阵音频重放系统不稳定。

因此，实有必要提出一种新的声参量阵音频重放系统克服上述问题。

【发明内容】

本发明需解决的技术问题是提供一种调制简单、容易实施且能获得低谐波失真的声参量阵音频重放系统。

根据上述的技术问题，设计了一种声参量阵音频重放系统，其目的是这样实现的：一种声参量阵音频重放系统，包括用于传递信号的载波和转换信号的超声换能器阵。其中，所述超声换能器阵设有若干个超声换能器，所述超声换能器设为若干组，每组所述超声换能器具有不同的中心频率且所述中心频率均同时大于或等于载波频率，或者所述中心频率均同时小于或等于载波频率。

优选的，所述超声换能器交错排列，相邻的所述超声换能器的中心频率不相同。

优选的，所述超声换能器设有6组，每组设有24个。

优选的，所述超声换能器设置呈12×12方阵排列。

本发明还提供了一种基于上述声参量阵音频重放系统的调制方法，其特征在于：该调制方法包括如下步骤：

步骤A、提供一载波；

提供一音频采集器；

提供一调制器；

提供一功率放大器；

提供一超声换能器阵，所述超声换能器阵设有若干个超声换能器，所述超声换能器设为若干组，每组所述超声换能器具有不同的特定的中心频率且所述中心频率均大于或等于载波频率，或者所述中心频率均小于或等于载波频率；

步骤B、通过所述音频采集器采集音频信号，将所述音频信号加载到所述载波上传输给所述调制器，所述调制器通过双边带调制方法将所述音频信号转换成具有双边带的高频脉冲信号，所述高频脉冲信号再经所述功率放大器转换成具有双边带的超声信号；

步骤C、所述超声信号输入到所述超声换能器阵，所述超声换能器阵对所述超声信号的双边带进行抑制处理，其包括如下方法：

方法(1)、所述超声信号经所述中心频率均大于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有上边带的第一超声波；

方法(2)、所述超声信号经所述中心频率均小于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有下边带的第二超声波。

与相关技术相比，本发明的声参量阵音频重放系统其调制方法简单，容易实施，且能获得低谐波失真的超声信号。

【附图说明】

图1为本发明一实施例中心频率为40KHz的超声换能器的频率响应曲线图。

图2为本发明一实施例的超声换能器阵的频率响应曲线图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

一种声参量阵音频重放系统，包括用于传递信号的载波和转换信号的超声换能器阵。其中，超声换能器阵设有若干个超声换能器，超声换能器设为若干组，每组超声换能器具有不同的中心频率且所述中心频率均同时大于或等于载波频率，或者所述中心频率均同时小于或等于载波频率。

本实施方式中，具体的，超声换能器设有6组，每组设有24个。超声换能器交错排列，相邻的超声换能器的中心频率不相同。所有超声换能器设置呈12×12方阵排列。当然，超声换能器的数量、分组数及排列方式并不仅限于此，但原理相同。

本发明还提供了一种基于上述声参量阵音频重放系统的调制方法，该调制方法包括如下步骤：

步骤A、提供一载波；

提供一音频采集器，采集音频信号；

提供一调制器；

提供一功率放大器；

提供一超声换能器阵，超声换能器阵设有若干个超声换能器，超声换能器设为若干组，每组超声换能器具有不同的特定的中心频率且中心频率均大于或等于载波频率，或者中心频率均小于或等于载波频率。

步骤B、通过音频采集器采集音频信号，将音频信号加载到载波上传输给调制器，调制器通过双边带调制方法将所述音频信号转换成具有双边带的高频脉冲信号，所述高频脉冲信号再经所述功率放大器转换成具有双边带的超声信号。

步骤C、超声信号输入到超声换能器阵，超声换能器阵对超声信号的双边带进行抑制处理，其包括如下方法：

方法(1)、本实施方式中只保留最终输出的超声信号的上边带，抑制其下边带。

具体的，本实施方式中具体以音频信号带宽为0-5KHz，载波频率为fc＝40KHz为例进行说明。超声换能器阵设有144个超声换能器，超声换能器设为6组。因为带宽为0-5KHz的音频信号经双边带调制方法调制后得到双边带高频脉冲信号的频带为35KHz-45KHz，而所有超声换能器的中心频率范围需覆盖高频脉冲信号的频带范围，所以，本实施方式中将6组超声换能器的中心频率分别设为35KHz、36KHz、37KHz、38KHz、39KHz和40KHz，即每组超声换能器具有中心频率均同时小于或等于载波频率；或者6组超声换能器的中心频率分别设为40KHz、41KHz、42KHz、43KHz、44KHz和45KHz，即每组超声换能器具有中心频率均同时大于或等于载波频率。

根据滤波器的特性可知具有中心频率的超声换能器等效于一个带通滤波器。本实施方式中只保留最终输出的超声信号的上边带，抑制其下边带，即输出频带为40KHz-45KHz的上边带超声波。超声信号经过中心频率均大于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有上边带的第一超声波。超声换能器阵的6组超声换能器的中心频率分别设为40KHz、41KHz、42KHz、43KHz、44KHz和45KHz，此时的超声换能器阵则相当于一个通带覆盖上边带，阻带覆盖下边带的滤波器，且其通带范围为40KHz-45KHz。超声换能器阵将抑制超声信号的下边带，得到只有上边带的超声波，从而减少了上、下边带的谐波互调失真。

方法(2)、本发明当然也可以只保留最终输的超声信号的下边带，抑制其上边带，即输出频带为35KHz-40KHz的下边带超声波。超声信号经中心频率均小于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有下边带的第二超声波。具体的，与(1)原理相同，不同的是超声换能器阵的6组超声换能器的中心频率分别设为35KHz、36KHz、37KHz、38KHz、39KHz和40KHz，此时的超声换能器阵则相当于一个通带覆盖下边带，阻带覆盖上边带的滤波器，且其通带范围为35KHz-40KHz。此时超声换能器阵将抑制超声信号的上边带，得到只有下边带的超声波，从而减少了上、下边带的谐波互调失真。

更优的，超声换能器交错排列，相邻的所述超声换能器的中心频率不相同。这样可以保证超声信号被抑制处理成超声波时在空间上的均匀性，进而

如图1-2所示，从中心频率为40KHz的超声换能器的频率响应曲线图和6组不同中心频率的超声换能器组成的超声换能器阵的频率响应曲线可以得知，本发明对超声换能器的频率响应要求低，并不需要超声换能器具有平直的频率响应曲线。

其实，音频信号和载波的频率也可以设为其它值，但原理都一样。

与相关技术相比，本发明的声参量阵音频重放系统只需对超声换能器做特定选取，无需对信号进行复杂的调制，而且本发明的声参量阵音频重放系统的调制方法简单，容易实施，能获得低谐波失真的超声波。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种声参量阵音频重放系统，包括用于传递信号的载波和转换信号的超声换能器阵，其特征在于：所述超声换能器阵设有若干个超声换能器，所述超声换能器设为若干组，每组所述超声换能器具有不同的中心频率且所述中心频率均同时大于或等于所述载波的频率，或者所述中心频率均同时小于或等于所述载波的频率。

2.根据权利要求1所述的声参量阵音频重放系统，其特征在于：所述超声换能器交错排列，相邻的所述超声换能器的中心频率不相同。

3.根据权利要求2所述的声参量阵音频重放系统，其特征在于：所述超声换能器设有6组，每组设有24个。

4.根据权利要求3所述的声参量阵音频重放系统，其特征在于：所述超声换能器设置呈12×12方阵排列。

5.一种声参量阵音频重放系统的调制方法，其特征在于：该调制方法包括如下步骤：

步骤A、提供一载波；

提供一音频采集器；

提供一调制器；

提供一功率放大器；

提供一超声换能器阵，所述超声换能器阵设有若干个超声换能器，所述超声换能器设为若干组，每组所述超声换能器具有不同的中心频率且所述中心频率均大于或等于载波频率，或者所述中心频率均小于或等于载波频率；

步骤B、通过所述音频采集器采集音频信号，将所述音频信号加载到所述载波上传输给所述调制器，所述调制器通过双边带调制方法将所述音频信号转换成具有双边带的高频脉冲信号，所述高频脉冲信号再经所述功率放大器转换成具有双边带的超声信号；

步骤C、所述超声信号输入到所述超声换能器阵，所述超声换能器阵对所述超声信号的双边带进行抑制处理，其包括如下方法：

方法(1)、所述超声信号经所述中心频率均大于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有上边带的第一超声波；

方法(2)、所述超声信号经所述中心频率均小于或等于载波频率的超声换能器组成的超声换能器阵的抑制处理得到只具有下边带的第二超声波。

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