CN108777139A - 一种声音定向传播的闹钟 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声音定向传播的闹钟。本发明声音定向传播的闹钟，包括：闹钟模块，用于产生音频信号；放大模块，用于放大闹钟模块产生的音频信号；处理模块，调制放大的音频信号为超声载波信号；一个或多个超声换能器线性排列，超声换能器用于发射超声载波信号至空气中。本发明的闹钟能够定向发出声音，在特定距离、方向内的人才能听到闹钟发出的闹铃，如此不会打扰到别人，达到了闹铃声可以定向传播的目的，促进了私人空间和集体生活的和谐。
Description
技术领域
本发明涉及电子计时器领域，尤其涉及一种声音定向传播的闹钟。
背景技术
在现今的集体生活中，如果大家的生活习惯差异较大，就会打扰到别人日常作息。尤其是早起的时间不同，当你还没有到起床时间时，别人的闹钟铃声却把你从睡梦中惊醒：以大学生为例，到了大学之后，大家的课表都不相同，当一个同学在闹钟响起后起床准备，这个铃声就会打扰到其他不需要早起的同学。不仅仅是大学的寝室中，在现实生活中、在家庭生活中也很需要这样的闹钟，比如，夫妻之间，一人早起做早餐，而另一人可以不受打扰得多休息一会。而目前我们使用的闹钟，一旦到了设置的时间，在场的所有人都能听见铃声。如果是在早晨宿舍中，或者是图书馆等多人活动的场合，这就会造成很多人的困扰。这个项目的成果避免了人与人之间因闹钟铃声而互相打扰产生矛盾，有利于集体生活更加和谐。
在集体生活中，大家的生活习惯差异较大，就会打扰到别人的生活。尤其是早起的时间不同，当你还想再睡时，别人的闹钟铃声却把你从睡梦中惊醒。这样不同的作息隐藏着潜在危险，可能会引起暴力事件。
本发明旨在发明研究具有声音定向传播功能，因而不会打扰别人，更具人性化的闹钟。本发明的闹钟不仅能使铃声的声音信号不产生失真，且向特定方向传播，只让特定的人听见该铃声，达到闹铃声不会打扰到别人的目的。
鉴于上述现有的闹钟存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的声音定向传播的闹钟，能够改进一般现有的闹钟，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种声音定向传播的闹钟，改进现有的闹铃声向四面八方发散，一个闹铃声能够吵醒所有人的缺陷，本发明的方案采用超声的声频定向传播技术，实现了闹钟的声音向指定方向传播，达到了使闹铃声不会打扰到其他人，为集体生活带来便利，使闹钟更具人性化的目的。
为达到上述技术目的，本发明提出了一种声音定向传播的闹钟，其包括：
闹钟模块，用于产生音频信号；
放大模块，用于放大闹钟模块产生的音频信号；
处理模块，调制放大的音频信号为超声载波信号；
一个或多个超声换能器线性排列，所述超声换能器用于发射所述超声载波信号至空气中。
作为本发明的优选，所述处理模块包括：
模拟数字信号转换器，用于将音频信号通过抽样、量化和编码转换为数字信号；
信号处理模块，用于对所述数字信号进行滤波；
数字模拟信号转换器，用于转化滤波后的数字信号为模拟信号；
信号解调模块，用于放大和解调模拟信号；
超声调制模块，用于调制模拟信号为超声载波信号。
作为本发明的优选，包括：显示屏，用于显示时刻和功率数值。
作为本发明的优选，所述超声换能器为压电超声波换能器。
作为本发明的优选，所述闹钟模块包括：
高频脉冲产生电路，用于产生高频脉冲信号；
分频器，用于分频所述高频脉冲信号；
秒脉冲产生电路，用于处理所述分频器产生的低频，产生秒脉冲信号；
FPGA核心控制电路，用于转换所述秒脉冲信号为控制信号；
闹铃产生电路，用于产生音频信号；
译码显示电路，用于控制所述显示屏显示的内容。
作为本发明的优选，包括调整模块，用于调整所述高频脉冲信号的幅值。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明基于超声的声频定向传播技术，通过放大模块、处理模块与超声将普通的闹铃声，转化为超声载波信号并高指向性的发射到空气中，在空气的非线性效应影响之下，使声音只在一个方向上可以听见；
同时，通过调整模块调整闹钟产生闹铃的功率，进而改变声音的大小，使声音只在特定距离内可以听见，从此达到了闹铃声可以定向传播的目的，促进了私人空间和集体生活的和谐。
附图说明
图1为本发明实施例1工作示意图；
图2为本发明实施例1闹钟模块结构示意图；
图3为本发明实施例1处理模块结构示意图；
图4为本发明的闹钟立体图；
图5为本发明的闹钟操作流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例提供了一种声音定向传播的闹钟，如图1、图2、图3、图4、图5所示，包括：闹钟模块100，放大模块200，处理模块300，超声换能器400，显示屏500具体操作流程如下所示：
闹钟模块100，用于产生音频信号；
所述闹钟模块100具有普通闹钟所具有的显示时间、设定闹钟响铃时刻的功能；
如图2所示，闹钟模块100还包括：高频脉冲产生电路700，分频器800，秒脉冲产生电路900，FPGA核心控制电路1000，闹铃产生电路1100，译码显示电路1200。
高频脉冲产生电路700，用于产生高频脉冲信号；具体用晶振来产生。
分频器800，用于分频所述高频脉冲信号，即对产生的高频进行分频。
秒脉冲产生电路900，用于处理所述分频器产生的低频，产生精准的秒脉冲信号；
FPGA核心控制电路1000，用于转换所述秒脉冲信号为控制信号；即对输入的秒脉冲信号进行处理，输出控制信号。
闹铃产生电路1100，当计数器达到了闹铃的设定值时，会产生闹铃信号，闹铃信号将会传递给处理模块300。
译码显示电路1200，用于控制所述显示屏500显示的内容。作为本方案的优选，由7段或是8段数码管进行显示，会在显示屏500上显示。
其中，显示屏500还用于显示当前时刻和闹钟的功率数值。
放大模块200，用于放大闹钟模块产生的音频信号；
通过简单的把自信号源的微弱电信号进行放大的DDX-2100型数字功放电路，将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。并考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能。
将闹铃产生电路产生的信号经过放大出来传递给处理模块300。
处理模块300，调制放大的音频信号为超声载波信号；主要由控制处理电路，超声调制模块组成。
其中，处理模块200具体包括：模拟数字信号转换器(A/D)1300，信号处理模块1400，数字模拟信号转换器(D/A)1500，信号借调模块1600，超声调制模块1700，如图3所示。
模拟数字信号转换器(A/D)1300，具有将输入的模拟信号进行抽样、量化、编码的作用，用于将音频信号通过抽样、量化和编码转换为数字信号；
信号处理模块1400，用于对所述数字信号进行滤波等处理；
数字模拟信号转换器(D/A)1500，用于把接收到的电信号进行恢复，转化滤波后的数字信号为模拟信号；
信号解调模块1600，用于放大和解调模拟信号，产生合适的模拟声音信号；
超声调制模块1700，用于调制模拟信号为超声载波信号。
一个或多个超声换能器400线性排列，所述超声换能器400用于发射所述超声载波信号至空气中。
本方案中的超声换能器400为压电超声波换能器。
通过超声换能器400，把已调高指向性的超声波解调为具有指向的可听声音信号。
将多个超声换能器400组成线性阵列，用导体连接到功放驱动器上，利用驱动声音信号处理技术、无线传播调幅技术，以及复合声音在空气中非线性传播相互干涉的原理，可以自发地把超声波还原成可听波；
已调的超声波通过发射端口发射到空气中，由于空气的非线性效应和超声波的高指向性，超声波会发生相互作用和自解调，进而产生频率为原超声波频率之和和频率之差的新波，若超声波选取合适,那么差频声波则可落在可听声域。
即解调后的信号可以落在人耳可听范围内，被使用者接收到。
当使用者处于超声换能器的发射端口的直线上，该使用者即能听见闹钟发出的声音，如此设置，实现了实现闹钟的声音可以定向传播。
作为本实施例的优选方案，还包括调整模块，用于调整所述高频脉冲信号的幅值；
通过改变电脉冲的大小，使传递到蜂鸣器的电信号大小发生变化，通过功放模块之后可以使发出的声音大小可以调节。
超声波的功率可根据闹钟和人耳之间的距离进行调节，通过改变闹钟的功率达到使声音的大小符合使用者所需要的程度；
通过调整模块调节控制整个闹钟的功率，设定闹钟的基本参数的功能，如功率、响铃时间等。
闹钟基本时间设定由按键1900来实现设置，闹铃声音大小可以由旋钮1800来进行设置。用户根据自己和闹钟的距离调整功率，通过旋钮1800或按键1900改变产生的电信号的幅值的来实现。
将上述所有模块整合达到了常见的闹钟样式，如图4所示，闹钟是一个体积较小的物件，所以要把以上的电路元件做的小，并与普通的闹钟进行组合，使闹钟具有基本的显示时间和声音定向传播的功能。
当对所述闹钟进行操作时，如图5所示的操作流程，首先打开闹钟，进行功率的调整；根据平时人耳和闹钟的距离以及方向，适当地调整闹钟的功率，达到声音可以叫醒人的效果为佳；
设定闹钟基本参数，如日期，时间，闹铃时间，闹铃日期等；
按下确认键，完成闹钟的设定。
综上所述，本发明基于超声的声频定向传播技术，通过放大模块、处理模块与超声将普通的闹铃声，转化为超声载波信号并高指向性的发射到空气中，在空气的非线性效应影响之下，使声音只在一个方向上可以听见；
同时，通过调整模块调整闹钟产生闹铃的功率，进而改变声音的大小，使声音只在特定距离内可以听见，从此达到了闹铃声可以定向传播的目的，促进了私人空间和集体生活的和谐。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种声音定向传播的闹钟，其特征在于，包括：
闹钟模块，用于产生音频信号；
放大模块，用于放大闹钟模块产生的音频信号；
处理模块，调制放大的音频信号为超声载波信号；
超声换能器线性排列，所述超声换能器用于发射所述超声载波信号。
2.根据权利要求1所述的声音定向传播的闹钟，其特征在于，所述处理模块包括：
模拟数字信号转换器，用于将音频信号通过抽样、量化和编码转换为数字信号；
信号处理模块，用于对所述数字信号进行滤波；
数字模拟信号转换器，用于转化滤波后的数字信号为模拟信号；
信号解调模块，用于放大和解调模拟信号；
超声调制模块，用于调制模拟信号为超声载波信号。
3.根据权利要求1所述的声音定向传播的闹钟，其特征在于，包括：显示屏，用于显示时刻和功率数值。
4.根据权利要求1所述的声音定向传播的闹钟，其特征在于，所述超声换能器为压电超声波换能器。
5.根据权利要求3所述的声音定向传播的闹钟，其特征在于，所述闹钟模块包括：
高频脉冲产生电路，用于产生高频脉冲信号；
分频器，用于分频所述高频脉冲信号；
秒脉冲产生电路，用于处理所述分频器产生的低频，产生秒脉冲信号；
FPGA核心控制电路，用于转换所述秒脉冲信号为控制信号；
闹铃产生电路，用于产生音频信号；
译码显示电路，用于控制所述显示屏显示的内容。
6.根据权利要求5所述的声音定向传播的闹钟，其特征在于，包括调整模块，用于调整所述高频脉冲信号的幅值。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181109 |