CN109361991A - 一种基于dsp平台的多场景定向音箱系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统及其运行方法，包括蓝牙模块、前置放大器、数字信号处理平台、功率放大器、阻抗匹配网络、超声波换能器阵列、红外感应模块，数字信号处理平台包括依次连接的AD转换器、数字信号处理模块、DA转换器；本发明可用于商务式视频会议，广告、会展、导盲、候机厅、公交站亭、公园或居民小区晨练、广场舞、航道指挥、空中交通治安指挥、反恐等领域，对确定人群进行定向音乐播放、定向信息广播和喊话。本发明还可以用于多声道环绕声家庭影院，超声波调制的音频信号投射到在墙壁或天花板处，在反射面会形成虚拟的声源,产生增强的3D声音效果，而并不需要在墙壁或天花板上真正放置扬声器阵列。

Description

一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及扬声器和音箱系统技术领域，特别是涉及扬声器定向传输的应用。

背景技术

传统扬声器的发展已经相当成熟，能够为使用者带来美妙的听觉感受。由于传统扬声器声音的传播方式是发散式的，扬声器本身无法对声音的传播方向进行有效的控制，因此，不同声源之间会产生相互干扰和噪音污染。

为了解决这个问题，近年来，人们研究出了新型的定向扬声器，能够产生指向性的可听声。常用的声聚焦扬声器能够采用类似手电筒聚光的方法，利用抛物反射面将声音聚焦，在抛物线圆顶内声音音质最清晰，能使各区播放的声音互不干扰。声聚焦扬声器的优点是结构较简单，便于安装维护，且具有一定装饰效果。其缺点是对相邻区域声音的隔离功能有一定局限性，尤其对低频的聚声效果有所逊色，且体积过于庞大。

声频定向扬声器是一种可以使声音沿固定方向传播的新声源技术，其基本原理是利用超声波在空气中的非线性交互作用产生高指向性的可听声，从而使声音信号控制在指定范围内以高指向方式传播。声频定向扬声器可以广泛应用于传统扬声器，无法满足需要的诸多场合，从而保护声音传播的私密性并且能够有效避免噪音污染。

现有技术中，目前使用的音箱系统只有单一的工作模式，使得人们只能在定向扬声器的限定音频区域内才能听到声音，导致声频定向扬声器提拱的音质较差，当用户在不需要考虑对周边环境的影响时，往往更追求对音质的要求，因此无法改变工作模式来提高自身音质，从而无法满足用户要求。不仅如此，目前使用的音响系统在低频段往往具有较高的失真，难以满足用户在不同环境下对听音效果的不同追求。

中国专利文献CN103916729A公开了一种具有多数字信号处理器的有源音箱，包括按照信号流向依次设置的信号输入模块、数字音频处理模块、功放模块、喇叭模块，以及用于对上述一个或多个模块进行控制的音箱控制模块，所述信号输入模块用于接收输入所述音箱的音频信号并传输至所述数字音频处理模块，所述数字音频处理模块包括设置在输入处理模块和多个输出处理模块中的多个音效处理器，所述数字音频处理模块包括按信号流向串联的多个DSP处理器，起始的一个DSP处理器与所述信号输入模块连接，最后的一个DSP处理器与所述功放模块连接，且所述最后一个DSP处理器集成有DAC，所述多个音效处理器按信号流向分配至所述多个DSP处理器中。但是，该专利存在以下缺陷：该专利为了降DAC本底噪声在多数字信号处理器方面做了很多改进，在输入模块，数字音频处理模块，降噪模块，后处理的单元每一个步骤都很繁琐，设计过程复杂。

中国专利文献CN108471571A公开了一种音频功放及音频系统，包括功率放大单元、DSP处理单元、控制单元、模拟音频输入端口、数字音频输入端口及DANTE传输单元；DSP处理单元通过DANTE传输单元与数字音频输入端口相连接，接收数字音频信号；DSP处理单元与模拟音频输入端口相连接，接收模拟音频信号；DSP处理单元包括检测单元和切换单元，检测单元检测数字音频信号和模拟音频信号，切换单元根据检测结果切换输入模拟音频信号或数字音频信号，DSP处理单元处理数字音频信号或模拟音频信号、输出音频信号至功率放大单元放大；控制单元控制DSP处理单元工作。但是，该专利存在以下缺陷：该专利为保证安全需要升级更换整套设备是不可取的，且从成本上要高于普通的音响系统。该专利不能实现音频的定向，不能满足多场景的需要，且没有做便携式安装的处理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统；

本发明还提供了上述基于DSP平台的多场景定向音箱系统的运行方法；

术语解释：

1、DSP，数字信号处理，英文：Digital Signal Processing，缩写为DSP；

本发明的技术方案为：

一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，包括依次连接的蓝牙模块、前置放大器、数字信号处理平台、功率放大器、阻抗匹配网络、超声波换能器阵列；

所述数字信号处理平台包括依次连接的AD转换器、数字信号处理模块、DA转换器；

音频信号发送到所述前置放大器中，所述前置放大器在保持原声的基础上对音频信号进行放大；各种音源的输出是各不相同的。手机、PAD等便携式设备的音频输出功率只有几十毫瓦，电压几百毫伏；CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV。为了获得较好的音质和较大的音量，可根据不同音源进行信号调节。所述AD转换器完成模拟音频信号的数字化，所述数字信号处理模块完成音频信号的数字信号处理，由所述DA转换器输出；

所述功率放大器作为超声换能器阵列的驱动部件，必须在效率尽可能高的情况下，向所述超声波换能器阵列提供足够大功率的驱动信号以使其能正常振动发出超声波；

所述阻抗匹配网络位于功率放大电路和换能器阵列之间，由于压电式超声换能器为容性负载，利用阻抗匹配电路用于抵消所述超声波换能器阵列的容抗成分，使其成为纯电阻负载，提高所述超声波换能器阵列的输出功率。匹配网络的性能直接影响着功率超声源的产生和效率。

所述蓝牙模块用于实现音箱系统与手机、平板电脑等移动终端的连接。利用该蓝牙模块与手机、平板电脑等配对，就可以无线传输声音或音乐到音箱上播放，享受高品质的震撼效果。

单一频率激励的常规换能器随着输入频率的增高，指向性更加尖锐，但同时旁瓣也增多。适当的增加换能器的数量，选择合适的超声波换能器阵列的间距以及波长，组成的超声波换能器阵列不仅指向性更加尖锐，还能很好的抑制旁瓣，效果更好。

根据本发明优选的，所述定向音箱系统还包括红外感应模块，所述红外感应模块连接所述数字信号处理模块，所述红外感应模块用于感应人是否进入音箱系统覆盖范围内，如果感应到，则红外感应模块被触发，音箱系统开始启动，否则，音箱系统不启动。匹配场景类似于当人进入超市的某一排商品时，会自动播放商品信息，无人时不启动。

本发明采用数字信号处理平台可以有灵活的配置和高性能，可以很好的作为参量处理器的平台。用户可直接对系统进行总体编程和配置实现其需要的功能，而且能反复调试，在修改及升级整个系统时，只需通过电脑调整程序，不需要调整电路板，这样就可将硬件方面的设计转化为软件方面的开发，从而对整个系统进行改进的周期得到了很大的缩短，不仅提高了系统设计的灵活性，而且缩减了成本。

输入的音频信号，经前置放大器放大后，送入AD转换器，模拟音频信号转换成数字音频信号；数字信号处理模块对数字音频信号进行调制处理，并由DA转换器送入功率放大器，驱动超声波换能器阵列发射出超声波。含有音频信号调制的超声波信号在空气中传播时，由于空气的非线性交互作用产生高指向性的可听声，从而使声音信号控制在指定范围内以高指向方式传播。

进一步优选的，数字信号处理包括音频信号的动态范围控制、失真预处理和音频调制；

动态范围控制是指对全频段信号的幅度变动进行不同方式的处理，包括信号压缩、信号限幅、信号扩展以及信号滤噪；DSP动态处理器的传递函数可任意调整，它可以将几种动态处理功能组合为一条功能曲线。由于这种传递函数完全可编程，所以这些功能非常容易实现，即可单独使用，也可以组合起来使用。参量扬声器系统中采用动态范围控制器，一方面可以降低噪音，另一方面也可以使输出声音获得较高的响度以及较低的失真。失真预处理是指减少在非线性声传播时高阶非线性相互作用产生的失真；载波调制是参量扬声器系统实现的关键步骤，音频调制是指完成频谱的线性不失真搬移；这里讲的频谱线性搬移，就是一种振幅调制方案。参量扬声器系统中所用的振幅调制主要有带载波的双边带(DSB)振幅调制、单边带(SSB)振幅调制以及正交振幅调制(QAM)等。不论选择哪种调制方案，目标是在保持可接受的低失真水平时找到最有效的产生音频方式。

根据本发明优选的，所述超声波换能器阵列包括多个超声波换能器，多个超声波换能器均匀排列设置在所述印刷电路板上，多个超声波换能器在所述印刷电路板上形成圆形、椭圆形、矩形或正多边形；这样的对称排列方式会使得辐射面积增大，辐射声压增大，指向性更好，也能传播更远的距离。超声波换能器阵列是由多个超声波换能器按一定规律排列而成，定向音响的指向性不仅与单个超声波换能器的指向性有关，而且与超声波换能器的阵列排列有关。超声波换能器是一种能量转换器件，其核心是压电晶体，能够完成超声波与电信号之间的相互转换。当通过引脚给压电晶片施加超声频率的交流电压时，压电晶片产生机械振动向外辐射超声波。

进一步优选的，每个超声波换能器的两个电极并联焊接在印刷电路板上。

进一步优选的，所述超声波换能器为压电式超声换能器，所述压电式超声换能器为容性负载，通过在所述功率放大器与所述超声波换能器阵列之间串联电感实现阻抗匹配，该电感与所述超声波换能器阵列的等效电容相匹配，该电感的电感值L为：C是指所述超声波换能器阵列的等效电容值；f_o是指压电式超声换能器的工作频率。

进一步优选的，每个所述超声波换能器相互之间相位相同，且在同一个发射频率下具有实质相同的动态阻抗误差，采用两方向相同且频率相近的原频波，例如45KHz和40KHz的声波，在空气中产生5KHz的差频波，其指向性更加尖锐，且能很好的抑制旁瓣。换能器一般为圆形且发射频率在20～60KHz。发射频率为20～60KHz。一般形状为圆形；

进一步优选的，所述功率放大器为D类功率放大器。与一般的线性AB类功率放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。D类数字功放是场效应管处于开关工作状态的一种放大模式，其驱动方式为方波驱动。采用方波驱动可以使场效应管尽可能快地改变工作状态，减少其处于线性放大区的时间，从而减少热损耗，提高效率。在理想情况下，场效应管因为没有饱和压降而不耗电，其效率为100％，实际上场效应管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能，其效率也在95％以上。

进一步优选的，所述蓝牙模块的型号为CC2450。CC2450为一个超低功耗的系统单晶片，整合了包含微控制器，主机端及应用程序在一个元件上。而且可以实现与手机平板的蓝牙功能连接，更方便操作和使用。

进一步优选的，电红外感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形。双元(A元和B元)位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离不同，差别越大，感应越灵敏。当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元几乎检测不到红外光谱距离的变化，感应不灵敏或不工作。安装红外感应模块时应使探头双元的方向与人体活动多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。

上述基于DSP平台的多场景定向音箱系统的运行过程，包括：

音频信号由所述蓝牙模块接入或直接输入，经过所述前置放大器将音频信号放大，在所述数字信号处理平台依次进行AD转换、经过所述数字信号处理模块降噪处理、进行DA转换，所述红外感应模块根据具体应用场景确定是否添加，在经过FPGA执行信号预处理和调制模块，超声波信号被音频信号调制，经所述功率放大器放大，所述超声波换能器阵列将被调制放大的信号辐射到空气中，实现音频在空气中的定向传输。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用DSP模块可以有灵活的配置和高性能，可以很好的作为参量处理器的平台。用户可直接对系统进行总体编程和配置实现其需要的功能，而且能反复调试，在修改及升级整个系统时，只需通过电脑调整程序，不需要调整电路板，这样就可将硬件方面的设计转化为软件方面的开发，从而对整个系统进行改进的周期得到了很大的缩短，不仅提高了系统设计的灵活性而且缩减了成本。

2、本发明不仅能优化失真，能动态调节带宽，适应性良好。使得声音再现更加就有3D环绕的效果，应用范围更加广泛，集成的多种模块可以用于各种不同场景。

3、本发明可用于商务式视频会议、广告、会展、导盲、候机厅、公交站亭、公园或居民小区晨练、广场舞、航道指挥、空中交通治安指挥、反恐等领域，对确定人群进行定向音乐播放、定向信息广播和喊话。本发明还可以用于多声道环绕声家庭影院，超声波调制的音频信号投射到在墙壁或天花板处，在反射面会形成虚拟的声源,产生增强的3D声音效果，而并不需要在墙壁或天花板上真正放置扬声器阵列。

4、本发明采用数字信号处理平台，通过AD转换器、DSP模块、DA转换器。完成模拟音频信号的数字化，由DSP模块完成音频信号的数字信号处理功能，最后由DA转换器输出。DSP模块包括音频信号的动态范围控制、失真预处理和调制功能。也可以有效抑制噪声，再经过音频信号调制方法创新性的使用了均方根调制方法，音频加载到超声波的高频信号上，信号在空气中经解调能够得到高指向性的放大的信号，过程相对简单，效果好。还额外增加了定向的功能，可满足多种场景的使用，实用性更高。

5、本发明既可以输入模拟信号，又可以蓝牙连接输入数字信号，操作简单也能保证系统的稳定和安全性。若是紧急情况出现，普通的音箱系统出现故障也可以拿来安装使用用来应急。创新性的额外增加了音频定向传输，多场景切换，节能处理，便携安装的功能。

附图说明

图1为所述阻抗匹配网络的结构框图；

图2为数字信号处理平台的结构框图；

图3为音频信号调制方法示意图；

图4为超声波换能器阵列的等效电路和阻抗匹配方法示意图；

图5(a)为多个超声波换能器呈正方形排列的超声波换能器阵列的示意图；

图5(b)为多个超声波换能器呈矩形排列的超声波换能器阵列的示意图；

图5(c)为多个超声波换能器呈正六边形排列的超声波换能器阵列的示意图；

图6为端射式虚拟声源阵列示意图；

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，如图1所示，包括依次连接的蓝牙模块、前置放大器、数字信号处理平台、功率放大器、阻抗匹配网络、超声波换能器阵列；

数字信号处理平台包括依次连接的AD转换器、数字信号处理模块、DA转换器；

如图2所示，数字信号处理包括音频信号的动态范围控制、失真预处理和音频调制；

动态范围控制是指对全频段信号的幅度变动进行不同方式的处理，包括信号压缩、信号限幅、信号扩展以及信号滤噪；DSP动态处理器的传递函数可任意调整，它可以将几种动态处理功能组合为一条功能曲线。由于这种传递函数完全可编程，所以这些功能非常容易实现，即可单独使用，也可以组合起来使用。参量扬声器系统中采用动态范围控制器，一方面可以降低噪音，另一方面也可以使输出声音获得较高的响度以及较低的失真。失真预处理是指减少在非线性声传播时高阶非线性相互作用产生的失真；载波调制是参量扬声器系统实现的关键步骤，音频调制是指完成频谱的线性不失真搬移；这里讲的频谱线性搬移，就是一种振幅调制方案。参量扬声器系统中所用的振幅调制主要有带载波的双边带(DSB)振幅调制、单边带(SSB)振幅调制以及正交振幅调制(QAM)等。不论选择哪种调制方案，目标是在保持可接受的低失真水平时找到最有效的产生音频方式。

音频信号发送到前置放大器中，前置放大器在保持原声的基础上对音频信号进行放大；各种音源的输出是各不相同的。手机、PAD等便携式设备的音频输出功率只有几十毫瓦，电压几百毫伏；CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV。为了获得较好的音质和较大的音量，可根据不同音源进行信号调节。AD转换器完成模拟音频信号的数字化，数字信号处理模块完成音频信号的数字信号处理，由DA转换器输出；

功率放大器作为超声换能器阵列的驱动部件，必须在效率尽可能高的情况下，向超声波换能器阵列提供足够大功率的驱动信号以使其能正常振动发出超声波；

阻抗匹配网络位于功率放大电路和换能器阵列之间，由于压电式超声换能器为容性负载，利用阻抗匹配电路用于抵消所述超声波换能器阵列的容抗成分，使其成为纯电阻负载，提高超声波换能器阵列的输出功率。匹配网络的性能直接影响着功率超声源的产生和效率。

蓝牙模块用于实现音箱系统与手机、平板电脑等移动终端的连接。利用该蓝牙模块与手机、平板电脑等配对，就可以无线传输声音或音乐到音箱上播放，享受高品质的震撼效果。

单一频率激励的常规换能器随着输入频率的增高，指向性更加尖锐，但同时旁瓣也增多。适当的增加换能器的数量，选择合适的超声波换能器阵列的间距以及波长，组成的超声波换能器阵列不仅指向性更加尖锐，还能很好的抑制旁瓣，效果更好。

本发明采用数字信号处理平台可以有灵活的配置和高性能，可以很好的作为参量处理器的平台。用户可直接对系统进行总体编程和配置实现其需要的功能，而且能反复调试，在修改及升级整个系统时，只需通过电脑调整程序，不需要调整电路板，这样就可将硬件方面的设计转化为软件方面的开发，从而对整个系统进行改进的周期得到了很大的缩短，不仅提高了系统设计的灵活性，而且缩减了成本。

输入的音频信号，经前置放大器放大后，送入AD转换器，模拟音频信号转换成数字音频信号；数字信号处理模块对数字音频信号进行调制处理，并由DA转换器送入功率放大器，驱动超声波换能器阵列发射出超声波。含有音频信号调制的超声波信号在空气中传播时，由于空气的非线性交互作用产生高指向性的可听声，从而使声音信号控制在指定范围内以高指向方式传播。

实施例2

根据实施例1所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其区别在于：

定向音箱系统还包括红外感应模块，红外感应模块连接数字信号处理模块，红外感应模块用于感应人是否进入音箱系统覆盖范围内，如果感应到，则红外感应模块被触发，音箱系统开始启动，否则，音箱系统不启动。匹配场景类似于当人进入超市的某一排商品时，会自动播放商品信息，无人时不启动。

超声波换能器阵列包括多个超声波换能器，多个超声波换能器均匀排列设置在印刷电路板上，多个超声波换能器在印刷电路板上形成圆形、椭圆形、矩形或正多边形；如图5(a)、图5(b)、图5(c)，图5(a)为多个超声波换能器呈正方形排列的超声波换能器阵列的示意图；图5(b)为多个超声波换能器呈矩形排列的超声波换能器阵列的示意图；图5(c)为多个超声波换能器呈正六边形排列的超声波换能器阵列的示意图；

这样的对称排列方式会使得辐射面积增大，辐射声压增大，指向性更好，也能传播更远的距离。超声波换能器阵列是由多个超声波换能器按一定规律排列而成，定向音响的指向性不仅与单个超声波换能器的指向性有关，而且与超声波换能器的阵列排列有关。超声波换能器是一种能量转换器件，其核心是压电晶体，能够完成超声波与电信号之间的相互转换。当通过引脚给压电晶片施加超声频率的交流电压时，压电晶片产生机械振动向外辐射超声波。

每个超声波换能器的两个电极并联焊接在印刷电路板上。

如图4所示，超声波换能器为压电式超声换能器，压电式超声换能器为容性负载，通过在功率放大器与超声波换能器阵列之间串联电感实现阻抗匹配，该电感与超声波换能器阵列的等效电容相匹配，该电感的电感值L为：C是指超声波换能器阵列的等效电容值；f_o是指压电式超声换能器的工作频率。该匹配网络可以通过谐振方式将功率放大后的输入信号高效地加载到容性负载上，提高驱动容性负载的能力。每个超声波换能器的等效电容大约为2000～3000pF，所以对于52个超声波换能器组成的阵列，其等效电容大约为0.1～0.15μF，当换能器的谐振频率为40KHz时，匹配电感大约为60～160μH。实验证明，利用匹配网络可使高超声波换能器的输出功率提高20％以上。

每个超声波换能器相互之间相位相同，且在同一个发射频率下具有实质相同的动态阻抗误差，采用两方向相同且频率相近的原频波，例如45KHz和40KHz的声波，在空气中产生5KHz的差频波，其指向性更加尖锐，且能很好的抑制旁瓣。换能器一般为圆形且发射频率在20～60KHz。发射频率为20～60KHz。一般形状为圆形；

功率放大器为D类功率放大器。与一般的线性AB类功率放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。D类数字功放是场效应管处于开关工作状态的一种放大模式，其驱动方式为方波驱动。采用方波驱动可以使场效应管尽可能快地改变工作状态，减少其处于线性放大区的时间，从而减少热损耗，提高效率。在理想情况下，场效应管因为没有饱和压降而不耗电，其效率为100％，实际上场效应管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能，其效率也在95％以上。

蓝牙模块的型号为CC2450。CC2450为一个超低功耗的系统单晶片，整合了包含微控制器，主机端及应用程序在一个元件上。而且可以实现与手机平板的蓝牙功能连接，更方便操作和使用。

电红外感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形。双元(A元和B元)位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离不同，差别越大，感应越灵敏。当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元几乎检测不到红外光谱距离的变化，感应不灵敏或不工作。安装红外感应模块时应使探头双元的方向与人体活动多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。

图3音频信号调制方法框图。传统的调制方式为双边带调制，调制系数大时总失真也大，包括互调失真和二次谐波失真，不是信号调制方法的首选。为了避免这种情况，这里采用的是均方根调制方法。G(t)为输入的音频信号，m为调制系数，P(t)为输出信号。

图6为端射式虚拟声源阵列示意图。超声波换能器向空气中发出声频调制的超声波，超声波在其传播方向上不断通过非线性交互作用解调出声频信号，这些不断解调出来的声频波叠加起来，形成一个端射式虚拟声源阵列，这个虚拟声源阵即所谓的参量阵，参量阵使得声波的能量在传播方向上不断得到加强，而由于超声波具有较强的指向性，在传播主轴方向以外这种叠加加强效应弱，这最终导致声频波在主传播轴方向具有了很高的指向性。

实施例3

实施例2所述的基于DSP平台的多场景定向音箱系统的运行过程，包括：

音频信号由所述蓝牙模块接入或直接输入，经过所述前置放大器将音频信号放大，在所述数字信号处理平台依次进行AD转换、经过所述数字信号处理模块降噪处理、进行DA转换，所述红外感应模块根据具体应用场景确定是否添加，在经过FPGA执行信号预处理和调制模块，超声波信号被音频信号调制，经所述功率放大器放大，所述超声波换能器阵列将被调制放大的信号辐射到空气中，实现音频在空气中的定向传输。

Claims (10)

1.一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，包括依次连接的蓝牙模块、前置放大器、数字信号处理平台、功率放大器、阻抗匹配网络、超声波换能器阵列；

所述数字信号处理平台包括依次连接的AD转换器、数字信号处理模块、DA转换器；

音频信号发送到所述前置放大器中，所述前置放大器对音频信号进行放大；所述AD转换器完成模拟音频信号的数字化，所述数字信号处理模块完成音频信号的数字信号处理，由所述DA转换器输出；

所述功率放大器向所述超声波换能器阵列提供驱动信号以使其正常振动发出超声波；

所述阻抗匹配网络用于抵消所述超声波换能器阵列的容抗成分，使其成为纯电阻负载，提高所述超声波换能器阵列的输出功率；

所述蓝牙模块用于实现音箱系统与移动终端的连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，所述定向音箱系统还包括红外感应模块，所述红外感应模块连接所述数字信号处理模块，所述红外感应模块用于感应人是否进入音箱系统覆盖范围内，如果感应到，则所述红外感应模块被触发，音箱系统开始启动，否则，音箱系统不启动。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，数字信号处理包括音频信号的动态范围控制、失真预处理和音频调制；

动态范围控制是指对全频段信号的幅度变动进行不同方式的处理，包括信号压缩、信号限幅、信号扩展以及信号滤噪；失真预处理是指减少在非线性声传播时高阶非线性相互作用产生的失真；音频调制是指完成频谱的线性不失真搬移。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，所述超声波换能器阵列包括多个超声波换能器，多个超声波换能器均匀排列设置在所述印刷电路板上，多个超声波换能器在所述印刷电路板上形成圆形、椭圆形、矩形或正多边形。

5.根据权利要求4所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，每个超声波换能器的两个电极并联焊接在印刷电路板上。

6.根据权利要求4所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，所述超声波换能器为压电式超声换能器，所述压电式超声换能器为容性负载，通过在所述功率放大器与所述超声波换能器阵列之间串联电感实现阻抗匹配，该电感与所述超声波换能器阵列的等效电容相匹配，该电感的电感值L为：C是指所述超声波换能器阵列的等效电容值；f_o是指压电式超声换能器的工作频率。

7.根据权利要求4所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，每个所述超声波换能器相互之间相位相同，且在同一个发射频率下具有实质相同的动态阻抗误差，发射频率为20～60KHz。

8.根据权利要求1所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，所述功率放大器为D类功率放大器。

9.根据权利要求2所述的一种基于DSP平台的多场景定向音箱系统，其特征在于，所述蓝牙模块的型号为CC2450；所述电红外感应模块采用双元探头，双元探头的窗口为长方形。

10.权利要求1-9任一所述的基于DSP平台的多场景定向音箱系统的运行过程，其特征在于，包括：音频信号由所述蓝牙模块接入或直接输入，经过所述前置放大器将音频信号放大，在所述数字信号处理平台依次进行AD转换、经过所述数字信号处理模块降噪处理、进行DA转换，经所述功率放大器放大，所述超声波换能器阵列将被调制放大的信号辐射到空气中，实现音频在空气中的定向传输。