CN103402156A - 声学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声学系统，所述声学系统设有可听音频应用模块、可听声段音频信号混音器、超声段处理模块、超声信号发射器组、加法器、数模转换器、功放模块、扬声器、麦克风、麦克风信号放大模块、模数转换器、以及可听音频滤波器组。本发明的声学系统的扬声器不但可播放音频文件，还可以作为超声段处理模块的发射单元。

Description

声学系统
【技术领域】
本发明涉及一种声学系统，具体指一种可同时发出超声信号和可听音频信号的声学系统。 
【背景技术】
随着个人电子产品的不断发展，人与电子设备交互的方式也在不断变化，从一开始的键盘输入，到触摸输入，现在又出现了新的非接触式的手势识别或手指定位的人际交互模式。 
与本发明相关声学系统是采用独立的超声换能器单元，通过多个超声换能器单元来发射超声信号，然后用麦克风接收回波信号来做手势识别。而此种结构的声学系统需要采用其它的音频器件来实现音频信号的输出，此种结构所用器件数比较多，并且占用空间。 
因此，有必要提供一种新的声学系统来解决上述问题。 
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种扬声器不但可播放音频文件还可以作为超声段处理模块的发射单元的声学系统。 
本发明的技术方案如下：一种声学系统，所述声学系统设有： 
可听音频应用模块，用于发出音频信号； 
可听声段音频信号混音器，用于接收所述可听音频应用模块发出的音频信号混音后输出； 
超声段处理模块及超声信号发射器组，所述超声段处理模块用于控制所述超声信号发射器组发出超声信号； 
加法器，用于将所述可听声段音频信号混音器发出的音频信号以及所述超声信号发射器组发出的超声信号进行相加； 
数模转换器，用于将相加后的音频信号和超声信号转换为模拟音频信 号和模拟超声信号； 
功放模块，用于将模拟音频信号和模拟超声信号进行放大； 
扬声器，用于将放大后的模拟音频信号和模拟超声信号输出； 
麦克风，用于接收所述扬声器发出的模拟音频信号和模拟超声信号以及由所述超声段处理模块反射后的超声频移信号； 
麦克风信号放大模块，用于将麦克风接收到的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号进行放大并输出； 
模数转换器，用于将所述麦克风信号放大模块输出的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号转换为数字音频信号、数字超声信号以及数字超声频移信号并输出至所述超声段处理模块；以及 
可听音频滤波器组，用于接收所述模数转换器的输出信号，并将数字超声信号与数字超声频移信号过滤，提取数字音频信号输出至所述可听音频应用模块。 
优选的，所述超声段处理模块为超声手势识别模块，所述超声手势识别模块用于接收所述模数转换器的输出信号并进行手势识别。 
优选的，所述超声信号发射器组发出的超声信号为18kHz以上的单频信号。 
优选的，所述超声段处理模块设有超声段滤波器组和超声脉冲定位模块，所述超声段滤波器组用于将数字音频信号过滤，提取所述数字超声信号和数字超声频移信号；所述超声脉冲定位模块用于接收所述数字超声信号和数字超声频移信号并进行手指定位。 
优选的，所述超声信号发射器组发出的超声信号为40KHz以上的单频脉冲信号。 
优选的，所述超声信号发射器组发出的超声信号为20-60kHz的线性调频信号。 
本发明的有益效果在于：由于所述声学系统中的扬声器不但用来播放音频信号还用来作为超声段处理模块的发射单元，由此减少了器件的数量，节省了产品的空间。 
【附图说明】
图1为本发明声学系统的一实施方式的系统框图； 
图2为本发明声学系统的另一实施方式的系统框图。 
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。 
如图1所示，为本发明的声学系统的一实施方式的系统框图，所述声学系统具有手势识别的功能，其包括： 
可听音频应用模块，用于发出音频信号，音频信号一般低于18kHz； 
可听声段音频信号混音器，用于接收所述可听音频应用模块发出的音频信号混音后输出； 
超声段处理模块10及超声信号发射器组，所述超声段处理模块10用于控制所述超声信号发射器组发出超声信号，所述超声信号发射器组为连续波发生器，并且发出的超声信号为18kHz以上的单频信号； 
加法器，用于将所述可听声段音频信号混音器发出的音频信号以及所述超声信号发射器组发出的超声信号进行相加； 
数模转换器，用于将相加后的音频信号和超声信号转换为模拟音频信号和模拟超声信号； 
功放模块，用于将模拟超声信号和模拟超声信号进行放大； 
扬声器，用于将放大后的模拟音频信号和模拟超声信号输出； 
麦克风，用于接收所述扬声器发出的模拟音频信号和模拟超声信号以及由所述超声段处理模块反射后的超声频移信号； 
麦克风信号放大模块，用于将麦克风接收到的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号进行放大并输出； 
模数转换器，用于将所述麦克风信号放大模块输出的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号转换为数字音频信号、数字超声信号以及数字超声频移信号并输出至所述超声段处理模块；以及 
可听音频滤波器组，用于接收所述模数转换器的输出信号，并将数字超声信号与数字超声频移信号过滤，即滤掉18kHz以上的信号，提取数字 音频信号输出至所述可听音频应用模块。 
其中，所述超声段处理模块10为超声手势识别模块，超声手势识别实现的原理在于：因为不同的手势会产生不同的多普勒效应，从而产生独特的频率偏移，从这种偏移中提取不同的特征值，就可以识别出各种手势。具体的，由扬声器发出的一部分超声信号不经过手势控测区域反射就被麦克风接收，还有一部分超声信号经过手势探测区别反射回来被麦克风接收，即超声频移信号，超声手势识别模块将接收到的超声信号和超声频移信用进行处理得到二值化的频移曲线，根据所述频移曲线得出手势的状态序列，将手势的状态序列与模板序列作比较，确定手势并输出指令。 
由此，扬声器可同时发出超声信号及音频信号，超声信号可用于手势识别，而音频信号则可以用来播放音乐或其它音频文件，此种结构的声学系统减少了器件的数量，节省了产品的空间。 
另外，麦克风还可以接收外部的声音，最后由扬声器发出。 
参照图2所示，为本发明的声学系统的另一实施方式的系统框图，与上一实施方式不同之处在于： 
所述声学系统的扬声器发出的超声信号可以用于手指定位，所述超声信号发射器组为脉冲波发生器，并且发出的超声信号为40kHz以上的单频信号或者是20-60kHz的线性调频信号； 
另外，所述超声段处理模块10＇设有超声段滤波器组和超声脉冲定位模块，由于脉冲波发生器发出的超声信号的输出功率比较小，麦克风接收到的超声信号和超声频移信号的能量也比较小，因此超声段滤波器组将输入信号中的相应的频带做滤波以提高信噪比，如果超声信号为40kHz以上的单频信号，则超声段滤波器组就为35-45kHz的带通滤波器；如果超声信号为20-60kHz的线性调频信号，则超声段滤波器组就为18kHz以上的高通滤波器； 
超声脉冲定位模块通过接收到的超声信号和超声频移信号计算得出手指的坐标，从而实现手指定位。 
在上述两个实施方式中，麦克风以及扬声器可以为多组，对应的模数 转换器、加法器以及模数转换器也为多组，并且每组信号都是独立传输的。 
本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种声学系统，其特征在于，所述声学系统设有：
可听音频应用模块，用于发出音频信号；
可听声段音频信号混音器，用于接收所述可听音频应用模块发出的音频信号混音后输出；
超声段处理模块及超声信号发射器组，所述超声段处理模块用于控制所述超声信号发射器组发出超声信号；
加法器，用于将所述可听声段音频信号混音器发出的音频信号以及所述超声信号发射器组发出的超声信号进行相加；
数模转换器，用于将相加后的音频信号和超声信号转换为模拟音频信号和模拟超声信号；
功放模块，用于将模拟音频信号和模拟超声信号进行放大；
扬声器，用于将放大后的模拟音频信号和模拟超声信号输出；
麦克风，用于接收所述扬声器发出的模拟音频信号和模拟超声信号以及由所述超声段处理模块反射后的超声频移信号；
麦克风信号放大模块，用于将麦克风接收到的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号进行放大并输出；
模数转换器，用于将所述麦克风信号放大模块输出的模拟音频信号、模拟超声信号以及超声频移信号转换为数字音频信号、数字超声信号以及数字超声频移信号并输出至所述超声段处理模块；以及
可听音频滤波器组，用于接收所述模数转换器的输出信号，并将数字超声信号与数字超声频移信号过滤，提取数字音频信号输出至所述可听音频应用模块。
2.根据权利要求1所述的声学系统，其特征在于：所述超声段处理模块为超声手势识别模块，所述超声手势识别模块用于接收所述模数转换器的输出信号并进行手势识别。
3.根据权利要求2所述的声学系统，其特征在于：所述超声信号发射器组发出的超声信号为18kHz以上的单频信号。
4.根据权利要求1所述的声学系统，其特征在于：所述超声段处理模块设有超声段滤波器组和超声脉冲定位模块，所述超声段滤波器组用于将数字音频信号过滤，提取所述数字超声信号和数字超声频移信号；所述超声脉冲定位模块用于接收所述数字超声信号和数字超声频移信号并进行手指定位。
5.根据权利要求4所述的声学系统，其特征在于：所述超声信号发射器组发出的超声信号为40KHz以上的单频脉冲信号。
6.根据权利要求4所述的声学系统，其特征在于：所述超声信号发射器组发出的超声信号为20-60kHz的线性调频信号。
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