CN104703095A - 一种对讲机扬声系统 - Google Patents

Abstract

一种对讲机扬声系统，它主要是由自沉默声频定向控制模块、对冲式参量阵列模块及功能模块构成。本发明利用参量声学装置的声波定向传播特性，并结合采用相位控制、增益控制及延时控制技术实现了扬声器定距传播声音的功能，这就确保了对讲机通讯时的敏感声频信息不易泄露、且不会对周围环境产生噪声干扰。

Description

一种对讲机扬声系统

技术领域

本专利涉及电声技术，尤其涉及一种可在手持对讲机上实现定向、定距传播声音的自沉默定向扬声系统。

背景技术

对讲机发展历史可以追溯到上个世纪30年代，早期战场上所使用的无线通讯台就是现如今所用的手持对讲机的前身。现如今，移动通信应用市场快速发展，移动手机的大量使用代表了公众移动通信的快速发展，对讲机的广泛使用说明了专业移动通信巨大的市场潜力。从技术上来讲，对讲机可以分为模拟对讲机和数字对讲机。数字对讲机以其系统集成功能强大、频率利用率高、功耗小、加密功能强大等优点已逐步取代了模拟对讲机的使用。

不管是模拟对讲机还是数字对讲机，其主要功能都是为了进行语音通信，因此进行语音输入的MIC、语音输出的扬声器是两个关键部件。传统扬声器技术经过长期的发展，在灵敏度、保真度等方面的技术都已经非常成熟，但是当前对讲机上所使用扬声器的技术都是基于常规动圈式技术，其发出声音的传播方向是全向的。当对讲机之间进行通信时，从对讲机扬声器传出的声音也可传到周边，这不仅会对周边造成一定程度的噪声干扰，而且会造成通信时敏感声频信息的暴漏，这在很多工作应用场景中是不允许出现的。使用对讲机时佩戴耳机可以解决上述问题，但佩戴耳机也有一些固有的缺点，首先长期佩戴耳机会使耳朵有不舒适感；佩戴耳机的人常常不容易听到外界的声音；另外作为配件，耳机使用起来不是十分便利。

基于对讲机扬声系统目前所具有的这些特点，本专利公开了一种对讲机自沉默定向扬声系统，这种采用了参量阵声学技术的扬声设备在工作时不仅可以发出高清晰的定向声波束，而且可以通过自沉默技术控制定向声波束的传播距离，这不仅可解决因对讲机声音全向传播所导致的声音污染、敏感信息泄露等问题，还可以为使用者提供一种全新的听觉体验。

发明内容

本发明的目的是为对讲机提供一种可定向、定距传播声波束的自沉默定向扬声系统，旨在解决对讲机传统扬声设备工作时因声音暴漏所导致的声音污染、敏感信息泄露等问题。

本发明的另一目的是为其它消费类电子产品上的扬声装置提供一种可定向、定距传播声波束的技术方案。

这种对讲机扬声系统的技术方案主要包括：

模数转换模块，用于将对讲机接受链路接收到的模拟声频信号进行采样并转换成数字声频信号，这是因为后级的自沉默定向控制系统是数字系统。

自沉默声频定向控制模块，包括增益控制模块、延时模块及延时控制模块、信号相移模块以及相移控制模块、信号调制模块；自沉默声频定向控制模块首先将对讲机接收并转换的数字声频信号转换为两个声通道数字信号；通过两级希尔伯特变换，相移控制模块可以控制一个声通道上的数字信号相位移动180°，同时延时控制模块调节另一个声通道的信号的传输延时，这是为了同步前一声通道由于相移运算所导致的时间延时；当两个声通道的相位反向时，增益控制模块用于调节两个声道信号的幅度差，旨在控制声波传播距离；当两通道都没进行相移处理时，就不需要进行延时控制；信号调制是通过将接受到的数字音频加载到超声载波上，用于驱动后级的参量扬声器阵列发出定向的声波束。

功放模块及负载匹配模块，采用D类功放提高后级电路的驱动电压，用于提高后级负载的输出功率；负载匹配电路中使用感性元器件抵消负载所呈现的容抗，并且采用电感与电容的组合对调制波进行低通滤波，以滤除不需要的高频噪声，并减少因高频所产生的容性负载过流和杂音问题。

对冲式发声面板，特性完全一致的换能器件按一定规则设计布局在基板上；换能器件按其电气连接不同分为两类，第一类换能器件的电极连接在前级一个声通道的输出端上，另一类换能器电极连接在前级另一个声通道的输出端上；当相位控制模块使两个声通道信号的相位相反时，即相位差为180°，这时对冲式发声面板上两类换能器件发出的声波束经过非线性交互作用所解调出的可听声相位是互为反向的，可听声进行叠加传播的过程也伴随声频抵消过程，这样定向声波束在传播一定距离后声音就会消失，这就实现了声波束的定向、定距传播，声波束的传播距离可通过自沉默声频定向控制模块的增益控制模块进行调节；当相位控制模块使两个声通道信号的相位相同时，即相位差为0°，这时对冲式发声面板发出的定向声波束没有定距传播特性。

扬声系统功能模块，扬声系统功能模块可通过设定选择只具有定向传播特性，也可设定选择为兼具定向、定距传播特性；扬声系统可设定接受信息时的提醒方式为响铃、震动、灯光或它们的组合，这是因为专利所述自沉默定向扬声系统声音传播不是全向的，所以就需要设计辅助提醒装置。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的模拟对讲机接收链路功能模块的流程框图。

图2为本发明中实施例中自沉默声频定向系统的流程框图。

图3为本发明第二个实施例中的数字对讲机接收链路功能模块的流程框图。

图4为本发明第三个实施例中的数字对讲机接收链路功能模块的流程框图。

图5为本发明实施例中对冲式发声面板的换能阵列的布局设计示意图。

具体实施方式

 以下结合具体的实施例及说明书附图来解释专利内容及技术方案，但应该理解，实施例只是为详细解释本发明专利，专利并不能因此而受到限制，相关领域人员在此基础所做的任何改进和应用都应属于本专利保护范围。

图1示出了模拟对讲机接受链路功能模块的流程框图。无线电信号首先通过天线进入信号接收模块1，并依次进入输入回路，高频放大、混频、中频放大、解调鉴波、低频放大、A/D转换，此时得到对讲机通信时的数字声频信号。数字声频信号进入自沉默声频定向系统2，图2示出了数字声频信号首先进入自沉默声频定向控制模块3，接着一路数字信号转为A、B两路声通道。其中声频信号相移模块9在相移控制模块调节下可使声频信号实现0°或180°的相移，当移相为180°时，A通道的延时模块7在延时控制模块调节下进行延时运算，以同步B通道声频信号由于希尔伯特运算而导致的时间消耗，增益控制模块6可控制两声通道幅度差；当B通道的声频信号移相为0°时，A通道的延时模块不做相应的延时处理。当声通道的声频信号完成相移、延时及增益控制后，两个声通道的数字信号分别通过调制模块8及调制模块10并被加载到超声频进行调制。两路已调超声分别进入后级电路4，功放模块可提高后级负载的驱动电压，负载匹配是通过呈感性的元器件抵消呈容抗的负载，低通滤波用来滤除已调波中的高频噪声，目的是减少因高频已调波而导致的容性负载与前级电路不匹配现象。对冲式发生面板5上的超声换能器件分别通过不同的电极接在前级两个声通道的输出端。图5是发声面板声换能器件在基板上布局设计示意图，图5（A）和图5（B）中的换能器件18和换能器件19表示其电气连接分别是两个不同的声通道的输出端，当两声道发出相位相反的声信号时，这种布局利于互为反向的声波束在传播的过程中进行充分接触并抵消，加以增益控制模块6的调节，高辨识度的定向声波束在对冲式方式下传播特定距离后就会大幅减弱，这样就就实现了定向声波束的定距传播。

图3示出了第二个实施例中的数字对讲机接收链路功能模块的流程框图，与第一个实施例相似，接收链路功能模块需要对接收到的信号进行的放大、混频、解调等操作，不同与模拟对讲机的是，其接收链路解调出的声频信号进入对讲机基带芯片15进行处理，其中通讯相关的数字信号处理模块16完成声频信号的解码、均衡等处理并得到数字声频信号17，后级的流程与图2所示流程相同。

图4示出了第三个实施例中的数字对讲机接受链路功能模块的流程框图，与第二个实施例基本类似，不同点是自沉默声频定向控制模块的相关信号处理没有在对讲机中的基带芯片内完成，而是使用了独立的处理芯片。

Claims (7)

1.一种对讲机扬声系统，包括：

模数转换模块，用于将对讲机接收链路所得收到的模拟声频信号转换成数字信号；

自沉默声频定向控制模块，用于实现对数字声频信号的相位、延时及增益进行控制；

功放及负载匹配模块，用于提高对讲机扬声系统的有效输出功率；

对冲式发声面板，用于发出定向的声波束，发声面板上换能器件阵列通过电极分别连接在前级两个声通道上，通过发出相位相反的定向声波束实现声频的定距传播功能；

扬声系统功能模块，用于选择对讲机扬声系统工作模式，也具有信息通讯时的响铃、震动及闪光提示功能。

2.根据权利要求1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，所述的模数转换是为了将对讲机接收链路所收到的模拟声频信号转换为数字信号，自沉默声频定向控制系统中所涉及的信号处理都是基于数字信号的。

3.根据权利要求1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，此模块包括：相移模块及相移控制模块、增益控制模块、延时模块及延时控制模块；首先它是通过数字信号处理技术把一路数字声频信号转为两个声通道；相移模块及相移控制模块可处理两通道信号相位为互反或相同；增益模块可调节两声通道信号的幅度差；延时模块可对通道内的信号进行延时。

4.根据权利要求1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，所述的功放模块是为了提高系统负载的有效输出功率；所述的负载匹配是将在电路设计中所呈感性的器件抵消负载所呈现的容抗成分，旨在减弱系统工作时因频率过高而导致的有效功率过小现象。

5.根据权利要去1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，所述的对冲式发声面板的基板上规则的布局有换能器阵列，所有换能器件特性一致，换能器通过电极分别连接到前级两个声通道的输出端，换能器件依其与前级声通道的电气连接不同分为两类；两个声通道上的相位相反、幅度不同的声频信号通过换能器阵列发出，此时对冲式发声面板发出的定向声波束就可进行定距传播。

6.根据权利要求1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，所述的扬声系统功能模块可通过设定选择扬声系统只具有定向效果，也可以选择扬声系统兼具定向、定距传播声音的特性。

7.根据权利要求1所述的对讲机扬声系统，其特征在于，所述的扬声系统功能模块可设定接受到信号的提醒方式为响铃、震动或闪光。