CN104780488B - 可调节的超声波指向性扬声器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调节的超声波指向性扬声器，所述超声波指向性扬声器包含：音源、控制模块、超声波发射阵列、复数个开关模块及复数个阻抗模块；所述音源用于输出音频信号；所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，用于接收音源输出的音频信号并发出超声载波；所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

Description

可调节的超声波指向性扬声器及方法

技术领域

本发明涉及超声波领域，尤指一种可调节的超声波指向性扬声器及方法。

背景技术

超声波在日常生活中已有广泛的应用。其应用程度可从医学的应用，探测器，到日常洗涤物品死角的应用。然而，由于超声波的频宽属于人耳的音频范围之外，超声波不会直接对人的听觉效应有所影响。然而，经过对超声波在空气介质的物理效应进一步研究后，超声波有一些特性可兹利用。

请参考图3，图3为超声波指向性扬声路径示意图，当前超声波发射单元在传播超声波时，具体原理可由图3解释说明，图3中换能器即为本发明所提供的超声波发射单元，其中参量阵使得声频波的能量在声波前进方向上不断的得到加强，而由于超声波具有较强的指向性，在传播主轴方向以外其他区域这种叠加加强效应很微弱，以此，两相比较，最终导致声波在主传播轴方向具有了很高的指向性。

在现有技术中，业内技术人员通过使用单一或是少量的换能器，例如约小于等于五个，以非阵列或阵列方式传播，达到小声音封闭空间的效果。这种音箱和普通音箱最大的区别是这种音箱发出的声音带有上述超声波的特性具备声音的指向性，从而实现音频定向传播的目的，极为实用，但是该结构所发出指向性超声波的距离无法调节，在不同运用场景下，无法得到很好的使用；以至于不同环境、不同需求的情况下，用户需要频繁更换不同的换能器结构才能达到需求，由此造成效率、时间和不必要的财产损失。

发明内容

基于上述问题，本发明目的在于提供一种可调节的超声波指向性扬声器，通过该可调节的超声波指向性扬声器能够有效调节超声波指向性扬声器的传输距离，以此使得超声波指向性扬声器更具适应性和操作性。

为达上述目的，本发明具体提供一种可调节的超声波指向性扬声器，所述超声波指向性扬声器具体包含如下：音源、控制模块、超声波发射阵列、复数个开关模块及复数个阻抗模块；所述音源用于输出音频信号；所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，用于接收音源输出的音频信号并发出超声载波；所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述可调节的超声波指向性扬声器还包含一预处理模块，所述预处理模块设置于所述音源输出端，用于将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述超声波发射单元包含一个或多个超声波换能器。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述阻抗模块根据所述超声波换能器数量设置。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述开关模块为跳线。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述可调节的超声波指向性扬声器还包含一总线，所述总线用于将所述音源输出的音频信号输出至所述超声波发射单元。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述音源用于输出音频信号至总线；所述复数个超声波发射单元依次连接在所述总线上；相邻两组所述超声波发射单元之间的总线上设有开关模块。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包括，所述音源用于输出音频信号至总线；所述复数个超声波发射单元依次连接在所述总线上；所述超声波发射单元与总线之间设有开关模块。

本发明还提供一种适用于上述扬声器的可调节的超声波指向性扬声方法，音源通过输出音频信号；所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，将所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，接收音源输出的音频信号并发出超声载波；所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；将所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；将所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

在上述可调节的超声波指向性扬声方法中，优选的包含：所述可调节的超声波指向性扬声方法还包含，将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出至所述超声波发射阵列。

本发明的有益技术效果在于：通过将超声波发射单元进行了分组组合，单独控制不同组的超声波发射单元工作，这样通过增减分组就可以在不失真的情况下调整发射单元的数量从而解决了调整发射距离的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1A-图1B为本发明所提供的可调节的超声波指向性扬声器结果示意图；

图2为本发明所提供的可调节的超声波指向性扬声方法流程示意图；

图3为本发明所提供的超声波指向性扬声路径示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

现有技术中的超声波指向性扬声器通过图3的原理实现了声音定向传输的目的，基于该超声波定向传输的原理，如何控制参量阵的有效长度即为本发明调节超声波指向性传输距离的重点。鉴于，所述参量阵的有效长度是跟换能器输出的能量级相关的，因此，本发明通过采用控制换能器输出能量级，从而使得该参量阵的有效长度得到控制。

为达上述目的，本发明提供一种可调节的超声波指向性扬声器，所述超声波指向性扬声器包含：音源、控制模块、超声波发射阵列、复数个开关模块及复数个阻抗模块；所述音源用于输出音频信号；所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，用于接收音源输出的音频信号并发出超声载波；所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

上述可调节的超声波指向性扬声器具体请参考图1A-图1B所示，图1A为本发明提供的一种可调节的超声波指向性扬声器的结构示意图，具体包含音源101、控制模块102、超声波发射阵列104、总线、复数个开关模块K1至K(N-1)及复数个阻抗模块1031、1032至103n；所述音源101用于输出音频信号至所述总线；所述超声波发射阵列104包含复数个超声波发射单元1041、1042至104n，所述复数个超声波发射单元1041、1042至104n依次连接在所述总线上，用于接收音源101输出的音频信号并发出超声载波；相邻两组所述超声波发射单元(如1041与1042)之间的总线上设有开关模块K1；所述复数个阻抗模块1031、1032至103n分别与所述复数个超声波发射单元1041、1042至104n对应连接；所述控制模块分别与复数个开关模块K1至K(N-1)相连，用于控制所述开关模块K1至K(N-1)断开或导通。其中N为大于1的整数。

以此在上述示意图的基础上，用户需要进行短距离传输时，控制部分超声波发射单元开启传输声波，如截止开关模块K1的音频输出，此刻所开启的超声波发射单元1041构成一个超声波发射阵列，该换能器输出能量级较小，导致参量阵的有效长度较短，从而实现短距离传输。同时，用户需要增大传输距离时，则可将部分未开启的超声波发射单元开启，如开启K1关闭K1，此刻因为超声波发射单元的增加，导致换能器输出的能量级增加，从而参量阵的有效长度变长，实现较长距离的声波指向性传输。

在上述实施例中，开关K1与K(N-1)仅为解释说明，实际工作中，用户仅需根据需要传输的音频距离，关闭对应开关模块即可，如需将音频传输至10m距离，此时，开关模块K(N-1)对应10m音频距离，用户只需通过控制模块关闭开关模块K(N-1)即可实现超声波指向性音频传播到10m的需求。

图1B为本发明提供的另一种可调节的超声波指向性扬声器的结构示意图，具体包含音源101、控制模块102、超声波发射阵列104、总线、复数个开关模块K1至KN及复数个阻抗模块1031、1032至103n；所述音源101用于输出音频信号至所述总线；所述超声波发射阵列104包含复数个超声波发射单元1041、1042至104n，所述复数个超声波发射单元1041、1042至104n依次连接在所述总线上，用于接收音源101输出的音频信号并发出超声载波；所述超声波发射单元1041、1042至104n与总线之间设有开关模块K1至KN；所述复数个阻抗模块1031、1032至103n分别与所述复数个超声波发射单元1041、1042至104n对应连接；所述控制模块分别与复数个开关模块K1至KN相连，用于控制所述开关模块K1至KN断开或导通。其中N为大于1的整数。

以此在上述示意图的基础上，用户需要进行短距离传输时，控制部分超声波发射单元开启传输声波，如导通开关模块K1的音频输出，此刻所开启的超声波发射单元1041构成一个超声波发射阵列，该换能器输出能量级较小，导致参量阵的有效长度较短，从而实现短距离传输。同时，用户需要增大传输距离时，则可将部分未开启的超声波发射单元开启，如开启K1至KN，此刻因为超声波发射单元的增加，导致换能器输出的能量级增加，从而参量阵的有效长度变长，实现较长距离的声波指向性传输。

通过上述实施例，本领域相关技术人员当可知，在超声波指向性扬声器中将所述超声波发射阵列104可当作一个整体的换能器，音频信号经过功率放大器处理后输出电信号至该换能器，换能器将所述电信号转换为声波输出，以此，实现定向传播；此时在该过程中参量阵的有效距离是由上述超声波发射阵列决定的，无法调控；当遇到需要调节声波传输距离时，只有更换对应的超声波指向性扬声器才能达到需求的传输距离。有较于该技术，在本发明中，通过将超声波发射阵列采用分层控制，即对超声波发射阵列104中的复数个超声波发射单元1041、1042至104n进行分别控制。

在上述实施例中，开关K1与KN仅为解释说明，实际工作中，用户仅需根据需要传输的音频距离，关闭对应开关模块即可，如需将音频传输至10m距离，此时，开关模块K1-K5对应10m音频距离，用户只需通过控制模块关闭开关模块K6-KN即可实现超声波指向性音频传播到10m的需求。

因此，在本发明中用户仅需根据控制模块开关模块的开启或关闭，即可控制超声波发射单元的输出距离，因为不同数量的超声波发射单元输出的音频信号传播距离不同；以此，不同位置的开关模块分别控制不同组的超声波发射单元即可实现控制上述超声波发生阵列的传播距离，从而实现在不同运用场景下，用户可较为方便的调节超声波指向性扬声器，减少当前不同场景下需要频繁更换不同的超声波指向性扬声器的繁琐操作。

上述控制模块在实际工作中，可为一跳线，用于当控制模块102输出控制指令时，根据该控制指令断开该位置的总线输出，或接通该位置的总线输入即可，本领域技术人员当可知，该跳线结构也可用其他电子开关的方式代替，本实施例在此并不做限制。

在上述实施例中，本领域相关技术人员当可了解，所述的复数个超声波发射单元中的组可包含一个超声波换能器也可包含多个超声波换能器，以此，本发明中所提供的超声波发射阵列中可分为任意组超声波发射单元的，任意一组超声波发射单元中又可包含任意数量的超声波换能器，用户可根据实际需要设定个性化的超声波指向性扬声器，以适应各种环境下的不同需求。

在上述实施例中，所述阻抗模块根据其对应的超声波发射单元内超声波换能器数量设置，以此，使得所述超声波发射单元在接收到音频信号后能够与对应的所述阻抗模块完成音频输出。

在上述可调节的超声波指向性扬声器中，优选的还包含一预处理模块，所述预处理模块设置于所述音源输出端，用于将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出至所述总线；其中所述保证补偿处理包含保真处理，放大处理等，本领域相关技术人员也可在此使用其他预处理手段，本发明在此并不做过多限制。

在上述实施例中，所述超声波发射单元中的超声波换能器用于将电信号转换为声波输出，具体可参考图3所示，图3为本发明所提供的超声波指向性扬声路径示意图，超声波换能器将电信号转变为超声波后，该超声波按固定路径传输，当所述超声波传播到一特定距离后，经过空气自解调作用，能量递减到人耳可获取的频率，此刻用户可在该位址获取音源输出的音频信息。在本发明中，不同位置的开关模块通过其导通或截止使得复数个上述超声波换能器可有选择的开启或关闭，实现超声波发射阵列输出能量级的调节，从而控制参量阵的有效长度，调节超声波指向性扬声器输出音频的传播距离。

本发明还提供一种适用于上述扬声器的可调节的超声波指向性扬声方法，具体请参考图2所示，所述超声波指向性扬声方法包含：S201音源通过输出音频信号；S202所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，将所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，接收音源输出的音频信号并发出超声载波；S203所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；S204将所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；S205将所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

通过上述实施例，用户仅需根据控制模块控制对应开关模块的开启或关闭，即可控制超声波发射单元的输出，又因为不同数量的超声波发射单元输出的音频信号传播距离不同；以此，通过分别控制不同组的超声波发射单元即可实现控制上述超声波发生阵列的传播距离，从而实现在不同运用场景下，用户可较为方便的调节超声波指向性扬声器，减少当前不同场景下需要频繁更换不同的超声波指向性扬声器的繁琐操作。

在上述可调节的超声波指向性扬声方法中，优选的包含：将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出至所述超声波发射阵列和/或根据所述音源输出的音频信号调节所述超声波发射阵列输出。

在上述可调节的超声波指向性扬声方法使用在图1A所提供的超声波指向性扬声器中，当所述开关模块断开时，所述开关模块输入侧超声波发射单元运行，发出超声载波，所述开关模块输出侧超声波发射单元停止；当所述开关模块导通时，所述开关模块输入侧与输出侧两端的超声波发射单元运行，发出超声载波。具体请参考图1A所示，用户仅需根据需要传输的音频距离，关闭对应开关模块即可，如需将音频传输至10m距离，此时，开关模块K1对应10m音频距离，此刻，关闭开关模块K1，开关模块K1左侧邻近的超声波发射单元1031正常通过总线获得音源输出的音频文件，而超声波发射单元因为总线上开关模块K1的关闭也就是截止，使得音源输出的音频文件无法通过总线传输至超声波发射单元1032及其后的1033至103n，以此导致K1右侧的所以超声波发射单元停止输出音频文件，从而控制所述音频传输距离为超声波发射单元1031所对应的10m距离；相应的用户当需要让上述音频距离传输更远时，只需让开关模块K1回复导通即可，基于此，用户需要上述音频文件传输多远仅需通过控制模块关闭开关模块K(N-1)即可实现超声波指向性音频传播到需求的距离。

在上述实施例中，所描述的“10m”、开关模块K1和超声波发射单元1031至103n仅为举例说明该超声波指向性扬声器如何在实际工作中进行距离调节，因此，本领域相关技术人员当可知，其中超声波发射单元1031和关闭K1的组合并非一定为10m的传输距离设定，用户可根据在超声波发射单元中设置不同超声波换能器实现不同距离的设定，本发明在上述实施例中并未作限制。

本发明通过将超声波发射单元进行了分组组合，单独控制不同组的超声波发射单元工作，这样通过增减分组就可以在不失真的情况下调整发射单元的数量从而解决了调整发射距离的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述超声波指向性扬声器包含：音源、控制模块、超声波发射阵列、复数个开关模块及复数个阻抗模块；

所述音源用于输出音频信号；

所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，用于接收音源输出的音频信号并发出超声载波；

所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；

所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；

所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通；

所述超声波发射单元包含一个或多个超声波换能器；所述可调节的超声波指向性扬声器还包含一预处理模块，所述预处理模块设置于所述音源输出端，用于将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出。

2.根据权利要求1所述的可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述阻抗模块根据所述超声波换能器数量设置。

3.根据权利要求1所述的可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述开关模块为跳线。

4.根据权利要求1所述的可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述可调节的超声波指向性扬声器还包含一总线，所述总线用于将所述音源输出的音频信号输出至所述超声波发射单元。

5.根据权利要求4所述的可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块包含：

所述音源用于输出音频信号至总线；

所述复数个超声波发射单元依次连接在所述总线上；

相邻两组所述超声波发射单元之间的总线上设有开关模块。

6.根据权利要求4所述的可调节的超声波指向性扬声器，其特征在于，所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块包含：

所述音源用于输出音频信号至总线；

所述复数个超声波发射单元依次连接在所述总线上；

所述超声波发射单元与总线之间设有开关模块。

7.一种适用于权利要求1的可调节的超声波指向性扬声器的方法，其特征在于，所述超声波指向性扬声方法包含：

音源通过输出音频信号；

所述超声波发射阵列包含复数个超声波发射单元，将所述复数个超声波发射单元分别与所述音源相连，接收音源输出的音频信号并发出超声载波；

所述音源和所述超声波发射单元之间连接有所述开关模块；

将所述复数个阻抗模块分别与所述复数个超声波发射单元对应连接；

将所述控制模块分别与复数个开关模块相连，用于控制所述开关模块断开或导通。

8.根据权利要求7所述的可调节的超声波指向性扬声器的方法，其特征在于，所述可调节的超声波指向性扬声方法还包含，将所述音源输出的音频信号保真补偿处理后输出至所述超声波发射阵列。