CN104683907B - 一种定向传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向传输装置，包括一个信号输入模块、一个信号处理模块、两个或两个以上功率放大驱动电路模块、两个或两个以上匹配电路模块以及两个或两个以上超声波换能器阵列模块；信号输入模块与信号处理模块相互连接，每个功率放大驱动电路模块分别与信号处理模块连接，功率放大驱动电路模块、匹配电路模块与超声波换能器阵列模块的数量相同，每个功率放大驱动电路模块与超声波换能器阵列模块之间通过匹配电路模块连接。本发明使用两个或两个以上超声波换能器阵列模块作为超声波发射源，实现了声频信号的定点传播；同时各个超声波换能器阵列模块的相对位置可调整，实现了对声频信号定点区间大小及位置的自由调整。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种定向传输装置的设计。
背景技术
当频率分别为f1，f2的两个波束在非线性介质中传播时，由于受到介质的非线性作用，会发生自解调现象，从而产生原超声波的和频信号以及差频信号。因此，将声音信号调制到超声载波信号上，然后通过超声换能器发射到空气中，根据超声波在空气中具有自解调效应，可以产生具有方向性的可听声波。人们应用这种原理设计制作了声频定向扬声器。
声频定向扬声器又被称作声束扬声器、音频聚光灯、超声频声音系统、指向性声学系统参量扬声器以及参量声学阵列等。使用声频定向扬声器可以输出具有高指向性的声音信号，且传播距离比较远，广泛应用于汽车、飞机、火车、餐厅、游戏室、网吧、会议厅等需要局部声波传播而区域间不产生相互声音干扰的场合。然而，因为声频定向扬声器发出的定向声波具有较远的传播距离，其在有限空间中由于墙壁等固体反射的作用，仍然会对周围环境产生一定的干扰。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中声频定向扬声器发出的定向声波在有限空间中由于反射作用会对周围环境产生干扰的问题，提出了一种定向传输装置。
本发明的技术方案为：一种定向传输装置，包括一个信号输入模块、一个信号处理模块、两个或两个以上功率放大驱动电路模块、两个或两个以上匹配电路模块以及两个或两个以上超声波换能器阵列模块；信号输入模块与信号处理模块相互连接，每个功率放大驱动电路模块分别与信号处理模块连接，功率放大驱动电路模块、匹配电路模块与超声波换能器阵列模块的数量相同，每个功率放大驱动电路模块与超声波换能器阵列模块之间通过匹配电路模块连接；至少两个超声波换能器阵列模块发出的超声波信号在定点区域内发生自解调效应，产生可听声频。
优选地，每个超声波换能器阵列模块由9-400个超声波换能器通过直插或者表贴形式安装在PCB电路板上构成，作为不同频率超声波声频的发射装置。
优选地，超声波换能器的类型为压电式超声波换能器、磁致伸缩式超声波换能器或涡流式超声波换能器。
优选地，超声波换能器的形状为圆形、椭圆形或者任意多边形，超声波换能器阵列模块的阵列排列形状为圆形、椭圆形或者任意多边形。
优选地，信号输入模块包括麦克风输入接口、音频输入接口、存储卡输入接口、按键控制端口和输出端口。与三种输入接口相对应，信号输入模块的信号输入方式包括麦克风输入、数字音频输入和存储卡输入。
优选地，信号处理模块包括输入接口、模-数转换器、数字滤波器、音频解码器、数字调幅器、数-模转换器和输出接口；模-数转换器和音频解码器分别与输入接口连接，数字滤波器与模-数转换器连接，数字调幅器分别与数字滤波器和音频解码器连接，数字调幅器、数-模转换器和输出接口依次连接。
优选地，信号处理模块还包括控制处理核心和人机交互接口；控制处理核心包括ARM芯片和FPGA芯片，人机交互接口包括键盘和指示灯。信号处理模块可以对信号输入模块输入的信号进行处理，同时可以实现对信号输入方式的自动识别，根据不同输入方式采取不同的信号处理方式，实现对输入信号的模-数转换、数字滤波、数字调幅、数-模转换等功能。
本发明的有益效果是：本发明使用两个或两个以上超声波换能器阵列模块作为超声波发射源，实现了声频信号的定点传播；同时各个超声波换能器阵列模块的相对位置可调整，实现了对声频信号定点区间大小及位置的自由调整。
附图说明
图1为本发明实施例的定向传输装置结构框图。
图2为本发明实施例的超声波换能器阵列模块结构示意图。
图3为本发明实施例的信号处理模块结构框图。
图4为本发明实施例的两个超声波换能器阵列模块的声频定点传播示意图。
图5为本发明实施例的三个超声波换能器阵列模块的星型声频定点传播示意图。
图6为本发明实施例的三个超声波换能器阵列模块的总线型声频定点传播示意图。
附图标记说明：1—超声波换能器阵列模块一、2—超声波换能器阵列模块二、3—超声波换能器阵列模块三、4—定点区域一、5—定点区域二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
本发明提供的定向传输装置包括一个信号输入模块、一个信号处理模块、两个或两个以上功率放大驱动电路模块、两个或两个以上匹配电路模块以及两个或两个以上超声波换能器阵列模块；信号输入模块与信号处理模块相互连接，每个功率放大驱动电路模块分别与信号处理模块连接，功率放大驱动电路模块、匹配电路模块与超声波换能器阵列模块的数量相同，每个功率放大驱动电路模块与超声波换能器阵列模块之间通过匹配电路模块连接；至少两个超声波换能器阵列模块发出的超声波信号在定点区域内发生自解调效应，产生可听声频。
信号输入模块用于对需要进行定向或定点传输的信号进行采集输入；信号处理模块用于将信号输入模块采集到的信号按照声音定向或定点传输的算法进行处理；功率放大驱动电路模块用于接收信号处理模块的输出信号，并对其进行功率放大；匹配电路模块用于对超声波换能器阵列模块进行阻抗匹配。
在本实施例中，如图1所示，定向传输装置包括一个信号输入模块、一个信号处理模块、两个功率放大驱动电路模块、两个匹配电路模块以及两个超声波换能器阵列模块。其中信号输入模块与信号处理模块连接，信号输入模块的输出信号为信号处理模块的输入信号；信号处理模块分别与第一放大驱动电路模块和第二放大驱动电路模块连接，信号处理模块的输出信号分为两路输出，分别为第一放大驱动电路模块和第二放大驱动电路模块的输入信号；第一放大驱动电路模块的输出端与第一匹配电路模块的输入端连接，第二放大驱动电路模块的输出端与第二匹配电路模块的输入端连接；第一超声波换能器阵列模块与第一匹配电路模块的输出端连接，第二超声波换能器阵列模块与第二匹配电路模块的输出端连接。
本发明提供的定向传输装置包括两个或两个以上超声波换能器阵列模块，每个超声波换能器阵列模块由9-400个超声波换能器通过直插或者表贴形式安装在PCB电路板上构成，作为不同频率超声波声频的发射装置，PCB板根据需要切割成相应的形状。单个超声波换能器的类型为压电式超声波换能器、磁致伸缩式超声波换能器或涡流式超声波换能器，形状为圆形、椭圆形或者任意多边形。超声波换能器阵列模块的阵列排列形状为圆形、椭圆形或者任意多边形。
在本实施例中，如图2所示，超声波换能器阵列模块由19个圆形的压电式超声波换能器排列组合成正六边形构成。
本发明提供的定向传输装置包括一个信号输入模块，信号输入模块包括麦克风输入接口、音频输入接口、存储卡输入接口、按键控制端口和输出端口。与三种输入接口相对应，信号输入模块的信号输入方式包括麦克风输入、数字音频输入和存储卡输入三种方式。麦克风输入接口主要用来接收人声信号，并将其转换为电信号，麦克风的类型可以为动圈式、电容式等。音频输入接口采用3.5mmTRS接头，可以实现电脑、手机、MP3等设备音频信号的输入。存储卡输入接口采用SD读卡器，可以读取SD卡中的数字音频信号作为输入信号。信号输入模块的输入方式默认为音频输入方式，可以通过相应的开关来选择输入方式的类型。其中，麦克风输入方式可分别与其它两种输入方式同时作为输入方式，输入的声音信号在时域上进行叠加。
本发明提供的定向传输装置包括一个信号处理模块，信号处理模块包括输入接口、模-数转换器、数字滤波器、音频解码器、数字调幅器、数-模转换器、输出接口、控制处理核心和人机交互接口。控制处理核心包括ARM芯片和FPGA芯片，通过一系列数字信号算法，根据信号输入模块输出的不同信号类型，可以实现对输入信号的模-数转换、数字滤波、音频解码、数字调幅、数-模转换等信号采集、处理与输出功能。人机交互接口包括键盘和指示灯，键盘用于调节设定参数，指示灯用于显示系统状态。
在本实施例中，如图3所示，模-数转换器和音频解码器分别与输入接口连接，数字滤波器与模-数转换器连接，数字调幅器分别与数字滤波器和音频解码器连接，数字调幅器、数-模转换器和输出接口依次连接。输入接口接收来自信号输入模块的信号，如果是模拟信号则输入到模-数转换器，转换后的信号输入到数字滤波器；如果是数字信号，则输入到音频解码器。数字滤波器和音频解码器的输出都直接输入到数字调幅器，经过数字调幅器调幅处理后的信号输入到数-模转换器，然后输出到输出接口。
本发明提供的定向传输装置可通过对各个超声波换能器阵列模块相对位置的调整，实现对声频信号定点区间大小及位置的自由调整。图4为两个超声波换能器阵列模块的声频定点传播示意图。超声波换能器阵列模块一1与超声波换能器阵列模块二2分别位于不同位置，两者发射面中心间的的距离为L，中心指向方向的夹角为θ。超声波换能器阵列模块一1和超声波换能器阵列模块二2分别发射不同频率的超声信号，在定点区域一4内发生自解调效应，产生可听声频。通过调整两个超声波换能器阵列模块的位置，即可改变定点区域一4的位置；通过调整L和θ的大小，即可改变定点区域一4的大小，其中定点区域一4的大小与L的大小成正比，与θ的大小同样成正比。
图5为本发明实施例的三个超声波换能器阵列模块的星型声频定点传播示意图。超声波换能器阵列模块一1、超声波换能器阵列模块二2与超声波换能器阵列模块三3分别位于不同位置，超声波换能器阵列模块一1与超声波换能器阵列模块二2发射面中心间的的距离为L1，中心指向方向的夹角为θ1；超声波换能器阵列模块一1与超声波换能器阵列模块三3发射面中心间的的距离为L2，中心指向方向的夹角为θ2。三个超声波换能器阵列模块分别发射不同频率的超声信号，便可在定点区域一4内发生自解调效应，产生可听声频。通过调整三个超声波换能器阵列模块的位置，即可改变定点区域一4的位置；通过调整L1、L2以及θ1、θ2的大小，即可改变定点区域一4的大小，其中定点区域一4的大小与L1、L2的大小成正比，与θ1、θ2的大小同样成正比。
图6为本发明实施例的三个超声波换能器阵列模块的总线型声频定点传播示意图。超声波换能器阵列模块一1、超声波换能器阵列模块二2与超声波换能器阵列模块三3分别位于不同位置，其中超声波换能器阵列模块二2与超声波换能器阵列模块三3发射超声信号的方向相互平行。超声波换能器阵列模块一1与超声波换能器阵列模块二2发射面中心间的的距离为L1，中心指向方向的夹角为θ；超声波换能器阵列模块一1与超声波换能器阵列模块三3发射面中心间的的距离为L2，中心指向方向的夹角同样为θ。三个超声波换能器阵列模块分别发射不同频率的超声信号，由于超声波换能器阵列模块二2与超声波换能器阵列模块三3发射超声信号的方向相互平行，因此二者发射的超声信号并不会发生自解调效应。超声波换能器阵列模块一1发射的超声信号分别与超声波换能器阵列模块二2和超声波换能器阵列模块三3发射超声信号发生自解调效应，在定点区域一4和定点区域二5内产生可听声频。通过调整三个超声波换能器阵列模块的位置，即可改变定点区域一4和定点区域二5的位置；通过调整L1、L2以及θ的大小，即可改变定点区域一4和定点区域二5的大小，其中定点区域一4的大小与L1、θ的大小成正比，定点区域二5的大小与L2、θ的大小成正比。
上述自解调效应是指当频率不同的多个超声波束在非线性介质中传播时，由于受到介质的非线性作用，从而产生原超声波的和频信号以及差频信号的现象。
上述定点区域是指多个超声波束发生自解调效应的区域。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种定向传输装置，其特征在于：包括一个信号输入模块、一个信号处理模块、两个或两个以上功率放大驱动电路模块、两个或两个以上匹配电路模块以及两个或两个以上超声波换能器阵列模块；所述信号输入模块与信号处理模块相互连接；所述每个功率放大驱动电路模块分别与信号处理模块连接；所述功率放大驱动电路模块、匹配电路模块与超声波换能器阵列模块的数量相同；所述每个功率放大驱动电路模块与超声波换能器阵列模块之间通过匹配电路模块连接；
所述信号输入模块用于对需要进行定向或定点传输的信号进行采集输入；
所述信号处理模块用于将所述信号输入模块采集到的信号按照声音定向或定点传输的算法进行处理；
所述功率放大驱动电路模块用于接收所述信号处理模块的输出信号，并对其进行功率放大；
所述匹配电路模块用于对所述超声波换能器阵列模块进行阻抗匹配；
至少两个所述超声波换能器阵列模块发出的超声波信号在定点区域内发生自解调效应，产生可听声频。
2.根据权利要求1所述的定向传输装置，其特征在于：所述每个超声波换能器阵列模块由9-400个超声波换能器通过直插或者表贴形式安装在PCB电路板上构成。
3.根据权利要求2所述的定向传输装置，其特征在于：所述超声波换能器的类型为压电式超声波换能器、磁致伸缩式超声波换能器或涡流式超声波换能器。
4.根据权利要求1-3任一所述的定向传输装置，其特征在于：所述超声波换能器的形状为圆形、椭圆形或者任意多边形；所述超声波换能器阵列模块的阵列排列形状为圆形、椭圆形或者任意多边形。
5.根据权利要求1所述的定向传输装置，其特征在于：所述信号输入模块包括麦克风输入接口、音频输入接口、存储卡输入接口、按键控制端口和输出端口。
6.根据权利要求1所述的定向传输装置，其特征在于：所述信号处理模块包括输入接口、模-数转换器、数字滤波器、音频解码器、数字调幅器、数-模转换器和输出接口；所述模-数转换器和音频解码器分别与输入接口连接；所述数字滤波器与模-数转换器连接；所述数字调幅器分别与数字滤波器和音频解码器连接；所述数字调幅器、数-模转换器和输出接口依次连接。
7.根据权利要求1、6任一所述的定向传输装置，其特征在于：所述信号处理模块还包括控制处理核心和人机交互接口；所述控制处理核心包括ARM芯片和FPGA芯片；所述人机交互接口包括键盘和指示灯。
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Families Citing this family (11)
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| CN106166540A (zh) * | 2016-07-21 | 2016-11-30 | 绵阳昊天信息技术有限公司 | 超声波声频定向传输系统 |
| CN107708041A (zh) * | 2017-09-02 | 2018-02-16 | 上海朗宴智能科技有限公司 | 一种超指向性扬声器 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2688005Y (zh) * | 2003-08-19 | 2005-03-23 | 中国电子科技集团公司第三研究所 | 一种声音定向传播装置 |
| CN101447189A (zh) * | 2009-01-12 | 2009-06-03 | 马孝东 | 一种语音干扰方法 |
| CN102377503A (zh) * | 2010-08-11 | 2012-03-14 | 安方高科信息安全技术(北京)有限公司 | 一种防激光窃听的方法及装置 |
Family Cites Families (1)
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| US20040125922A1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-07-01 | Specht Jeffrey L. | Communications device with sound masking system |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2688005Y (zh) * | 2003-08-19 | 2005-03-23 | 中国电子科技集团公司第三研究所 | 一种声音定向传播装置 |
| CN101447189A (zh) * | 2009-01-12 | 2009-06-03 | 马孝东 | 一种语音干扰方法 |
| CN102377503A (zh) * | 2010-08-11 | 2012-03-14 | 安方高科信息安全技术(北京)有限公司 | 一种防激光窃听的方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Investigation of Directional Audio System Based on Ultrasonic Modulation;Deke Li,Dagui Huang;《IEEE》;20101007;全文 * |
| 声频定向系统理论与关键技术研究;陈敏;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）信息科技辑》;20091130;全文 * |
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