CN109640229A - 一种减少定向扬声器噪音的方法及减少噪音的定向扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少定向扬声器噪音的方法及减少噪音的定向扬声器，包括信号放大器、信号调制器组、功率放大器组和超声波换能器，每个信号调制器采用不同频率的高频调制信号，减小功率放大器组的输出功率，每个超声波换能头组将已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。每个超声波换能头组输出的声音信号互相叠加，叠加后的声音信号的功率与仅采用一个高频调制信号时输出功率一致，声音的响度不变。每个超声波换能头组输出的超声波信号产生的各次级谐波分量互相叠加，叠加后的次级谐波分量包括的频率数增多，但每一个次级谐波分量的幅度随着调制信号的频率数的增加而减少，从而降低了各次级谐波噪音对人耳的干扰，达到减少噪音的目的。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种减少定向扬声器噪音的方法及减少噪音的定向扬声器。
背景技术
定向扬声器可用于广告、会展、导盲等语音提示，也可以用于候机厅等公共场所的定向引导，以实现声音针对所需人群的定向播报，大功率的定向扬声器还可用于雾天航道指挥、空中交通治安指挥等领域。定向扬声器利用超声波在空气中传播的非线性交互作用，产生高指向性自解调可听声，从而实现声音频率的定向传播。定向扬声器的原理是利用超声波的定向性，把可听声音调制到超声波上，使可听声在超声波传播的过程中释放。然而超声波进入人耳后会产生可听见的次级谐波，比如40KHz的超声波在人耳中会产生10KHz，8KHz等次级谐波，造成高频噪音，影响音质甚至让人感觉刺耳。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可以减少高频噪音的减少定向扬声器噪音的方法及减少噪音的定向扬声器。
一种减少噪音的定向扬声器，包括信号放大器、信号调制器组、功率放大器组和超声波换能器，所述信号调制器组包括至少两个信号调制器，所述功率放大器组包括至少两个功率放大器，所述超声波换能器包括至少两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别连接至两个所述功率放大器，两个所述功率放大器分别连接至两个所述信号调制器，两个所述信号调制器连接至所述信号放大器，两个所述信号调制器分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，调制后的信号分别经对应的所述功率放大器放大后传送至所述两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别将对应的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
进一步地，所述信号调制器组包括多个所述信号调制器，所述功率放大器组包括多个所述功率放大器，所述超声波换能器包括多个超声波换能头组，一个超声波换能头组、一个功率放大器和一个信号调制器依次连接成一个定向扬声器喇叭组，多个所述定向扬声器喇叭组同时连接至所述信号放大器，每个所述定向扬声器喇叭组分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，每个所述超声波换能头组分别将与其连接的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
进一步地，每个所述超声波换能头组包括多个超声波换能头，多个所述超声波换能头采用阵列方式排列。
进一步地，还包括PCB电路板，多个所述超声波换能头分组排列，并以组为单位电性连接至所述PCB电路板。
以及，一种减少定向扬声器噪音的方法，其通过如上述任一项所述的减少噪音的定向扬声器实现降低噪音，每组所述信号调制器采用不同的指向性强的高频调制信号对所述信号放大器输出的低频声音信号进行调制，每组所述功率放大器的输出功率为采用一组所述功率放大器时的功率的N分之一，N为所述减少噪音的定向扬声器包括的所述定向扬声器组的组数。
进一步地，所述低频声音信号经指向性强的所述高频调制信号调制形成调制电信号，所述调制电信号经所述功率放大器放大，并经所述超声波换能头组转换为超声波信号发射出去。
进一步地，所述超声波信号经空气过滤出原被调制的所述低频声音信号，由于所述超声波信号和所述低频声音信号同时进入人耳，使所述超声波信号在人耳内产生次级谐波。
进一步地，所述次级谐波包括多个次级谐波分量，多个所述次级谐波分量的频率不同，所述高频调制信号的频率为各个所述次级谐波分量的频率的整数倍，各个所述次级谐波分量的频率值为所述高频调制信号的频率的n分之一，n为自然数；且各个所述次级谐波分量的幅度随着频率的降低而降低，各所述次级谐波分量的幅度值为前一所述次级谐波分量的幅度值的一半。
进一步地，各个所述次级谐波分量的幅度值与所述高频调制信号的功率值成正比。
进一步地，不同的所述高频调制信号承载的所述低频声音信号经空气过滤后还原并叠加，形成定向的声音信号；不同频率的所述超声波信号产生的各个所述次级谐波分量叠加，形成信号功率小的微弱噪音。
上述减少噪音的定向扬声器中，采用多个个不同频率的高频调制信号对声音信号进行调制，并将调制后的信号分别传送至多个所述超声波换能头组，所述超声波换能器将调制后的信号转换为超声波信号发射出去。超声波信号进入人耳后产生多个次级谐波分量，在可听声范围内的次级谐波分量形成噪音。降低所述高频调制信号的功率，可以降低次级谐波形成的噪音的功率，同时采用不同频率的所述高频调制信号，可以产生不同频率的次级谐波，使各个不同频率的次级谐波叠加后形成的噪音，比使用一个高功率的高频调制信号时产生的噪音减弱，且不会产生刺耳的高频噪音。而且，各个不同频率的所述高频调制信号解调出来的声音信号叠加后形成的声音信号与使用一个高功率的高频调制信号时产生的声音信号响度一致。这样可以有效地减少超声波信号产生的高频噪音。本发明的结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。
附图说明
图1是本发明实施例的减少噪音的定向扬声器的结构示意图。
图2是本发明实施例的减少噪音的定向扬声器的超声波换能器组的结构示意图。
图3是本发明实施例的减少定向扬声器噪音的方法的高频调制信号采用f1＝40kHz时次级谐波分量分布图。
图4是本发明实施例的减少定向扬声器噪音的方法的高频调制信号采用f2＝35kHz时次级谐波分量分布图。
图5是本发明实施例的减少定向扬声器噪音的方法的高频调制信号采用f1+f2＝40kHz+35kHz时次级谐波分量分布图。
具体实施方式
本实施例以减少噪音的定向扬声器为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参阅图1和图2，示出本发明实施例提供的一种减少噪音的定向扬声器100，包括信号放大器10、信号调制器组20、功率放大器组30和超声波换能器40，所述信号调制器组20包括至少两个信号调制器，所述功率放大器组30包括至少两个功率放大器，所述超声波换能器40包括至少两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别连接至两个所述功率放大器，两个所述功率放大器分别连接至两个所述信号调制器，两个所述信号调制器均连接至所述信号放大器，两个所述信号调制器分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，调制后的信号分别经对应的所述功率放大器放大后传送至所述两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别将对应的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
进一步地，所述减少噪音的定向扬声器100还包括PCB电路板50，多个所述超声波换能头分组排列，并以组为单位电性连接至所述PCB电路板50。每个所述超声波换能头组包括多个超声波换能头43，多个所述超声波换能头43采用阵列方式排列。
具体地，为了便于所述PCB电路板50与所述超声波换能头42电性连接，多个所述超声波换能头组成一组，每组内的所述超声波换能头以阵列方式排列，并将每个所述超声波换能头组分区域排列连接至所述PCB电路板50上。
以及，一种减少定向扬声器噪音的方法，其通过如上述任一项所述的减少噪音的定向扬声器100实现降低噪音，每组所述信号调制器采用不同的指向性强的高频调制信号对所述信号放大器输出的低频声音信号进行调制，每组所述功率放大器的输出功率为采用一组所述功率放大器时的功率的N分之一，N为所述减少噪音的定向扬声器100包括的所述定向扬声器组的组数。
进一步地，所述低频声音信号经指向性强的所述高频调制信号调制形成调制电信号，所述调制电信号经所述功率放大器放大，并经所述超声波换能头组转换为超声波信号发射出去。所述超声波信号经空气过滤出原被调制的所述低频声音信号，由于所述超声波信号和所述低频声音信号同时进入人耳，使所述超声波信号在人耳内产生次级谐波。所述次级谐波包括多个次级谐波分量，多个所述次级谐波分量的频率不同，所述高频调制信号的频率为各个所述次级谐波分量的频率的整数倍，各个所述次级谐波分量的频率值为所述高频调制信号的频率的n分之一，n为自然数；且各个所述次级谐波分量的幅度随着频率的降低而降低，各所述次级谐波分量的幅度值为前一所述次级谐波分量的幅度值的一半。各个所述次级谐波分量的幅度值与所述高频调制信号的功率值成正比，即各个所述次级谐波分量的幅度随着所述高频调制信号的功率的降低而降低。
进一步地，不同的所述高频调制信号承载的所述低频声音信号经空气过滤后还原并叠加，形成定向的声音信号；不同频率的所述超声波信号产生的各个所述次级谐波分量叠加，形成信号功率小的微弱噪音。
具体地，请参阅图3、图4和图5，本实施例中，采用两个所述超声波换能头组，两个所述信号调制器采用的所述高频调制信号分别为40kHz和35kHz。
本实施例中的所述减少噪音的定向扬声器100包括：信号放大器10、两个信号调制器、两个功率放大器和两个超声波换能头组。两个所述超声波换能头组包括第一超声波换能头组41和第二超声波换能头组42，两个所述信号调制器包括第一信号调制器21和第二信号调制器22，两个所述功率放大器包括第一功率放大器31和第二功率放大器32；所述第一超声波换能头组41与所述第一功率放大器31、所述第一信号调制器21依次连接，所述第二超声波换能头组42与所述第二功率放大器32、所述第二信号调制器22依次连接，所述第一信号调制器21和所述第二信号调制器22分别连接至所述信号放大器10。所述第一信号调制器21的第一高频调制信号f1采用40kHz信号，所述第二信号调制器22的第二高频调制信号f2采用35kHz信号。
具体地，第一高频调制信号f1＝40kHz，f1产生的超声波信号及其各次级谐波分量的频率分别为20kHz、13.3kHz、10kHz、8kHz、6.67kHz、5.7kHz、5kHz、4.4kHz……各次级谐波分量的幅度随着谐波分量的频率的降低而降低。
具体地，第二高频调制信号f1＝35kHz，f1产生的超声波信号及其各次级谐波分量的频率分别为17.5kHz、11.7kHz、8.75kHz、7kHz、5.83kHz、5kHz、4.38kHz、3.89kHz……各次级谐波分量的幅度随着谐波分量的频率的降低而降低。
具体地，减小所述第一功率放大器31和所述第二功率放大器32的信号输出功率，使减小后的输出功率为仅采用一个高频调制信号时输出功率的一半。
具体地，所述超声波换能器输出的声音信号和各次级谐波分量信号的功率都相应地减小为仅采用一个高频调制信号时输出功率的一半。
两个超声波换能头组输出的声音信号互相叠加，叠加后的声音信号的功率与仅采用一个高频调制信号时输出功率一致，声音的响度一致。
两个超声波换能头组输出的超声波信号产生的各次级谐波分量互相叠加，叠加后的次级谐波分量频率为20kHz、17.5kHz、13.3kHz、11.7kHz、10kHz、8.75kHz、8kHz、7kHz、6.67kHz、5.83kHz、5.7kHz、5kHz、4.4kHz、4.38kHz、3.89kHz……各次级谐波分量的幅度为仅采用一个高频调制信号时输出功率的一半。
去除各次级谐波分量中人耳听不到的超声波和次声波，人耳可听到的频率形成噪音，由于各次级谐波分量的幅度减小，使人耳听到的噪音的感受变弱，且没有特别突出的高音量噪音。
在本发明的另一个实施例中，所述信号调制器组20包括多个所述信号调制器，所述功率放大器组30包括多个所述功率放大器，所述超声波换能器40包括多个超声波换能头组，一个超声波换能头组、一个功率放大器和一个信号调制器依次连接成一个定向扬声器喇叭组，多个所述定向扬声器喇叭组同时连接至所述信号放大器，每个所述定向扬声器喇叭组分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，每个所述超声波换能头组分别将与其连接的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
具体地，增加所述信号调制器组20、功率放大器组30和超声波换能器组40的分组数，增加高频调制信号的频率数，同时减小所述功率放大器组30的输出功率，可以在声音信号功率不变的前提下，进一步减小各次级谐波分量形成的噪音的影响。
上述减少噪音的定向扬声器100中，采用多个个不同频率的高频调制信号对声音信号进行调制，并将调制后的信号分别传送至多个所述超声波换能头组，所述超声波换能器将调制后的信号转换为超声波信号发射出去。超声波信号进入人耳后产生多个次级谐波分量，在可听声范围内的次级谐波分量形成噪音。降低所述高频调制信号的功率，可以降低次级谐波形成的噪音的功率，同时采用不同频率的所述高频调制信号，可以产生不同频率的次级谐波，使各个不同频率的次级谐波叠加后形成的噪音，比使用一个高功率的高频调制信号时产生的噪音减弱，且不会产生刺耳的高频噪音。而且，各个不同频率的所述高频调制信号解调出来的声音信号叠加后形成的声音信号与使用一个高功率的高频调制信号时产生的声音信号响度一致。这样可以有效地减少超声波信号产生的高频噪音。本发明的结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种减少噪音的定向扬声器，其特征在于，包括信号放大器、信号调制器组、功率放大器组和超声波换能器，所述信号调制器组包括至少两个信号调制器，所述功率放大器组包括至少两个功率放大器，所述超声波换能器包括至少两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别连接至两个所述功率放大器，两个所述功率放大器分别连接至两个所述信号调制器，两个所述信号调制器连接至所述信号放大器，两个所述信号调制器分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，调制后的信号分别经对应的所述功率放大器放大后传送至所述两个超声波换能头组，所述两个超声波换能头组分别将对应的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
2.如权利要求1所述的减少噪音的定向扬声器，其特征在于，所述信号调制器组包括多个所述信号调制器，所述功率放大器组包括多个所述功率放大器，所述超声波换能器包括多个超声波换能头组，一个超声波换能头组、一个功率放大器和一个信号调制器依次连接成一个定向扬声器喇叭组，多个所述定向扬声器喇叭组同时连接至所述信号放大器，每个所述定向扬声器喇叭组分别使用不同的调制频率对所述信号放大器输入的声音信号进行调制，每个所述超声波换能头组分别将与其连接的所述功率放大器传送来的已调制的电信号转换为超声波信号并发射出去。
3.如权利要求2所述的减少噪音的定向扬声器，其特征在于，每个所述超声波换能头组包括多个超声波换能头，多个所述超声波换能头采用阵列方式排列。
4.如权利要求3所述的减少噪音的定向扬声器，其特征在于，还包括PCB电路板，多个所述超声波换能头分组排列，并以组为单位电性连接至所述PCB电路板。
5.一种减少定向扬声器噪音的方法，其通过如权利要求1-4任一项所述的减少噪音的定向扬声器实现降低噪音，其特征在于，每组所述信号调制器采用不同的指向性强的高频调制信号对所述信号放大器输出的低频声音信号进行调制，每组所述功率放大器的输出功率为采用一组所述功率放大器时的功率的N分之一，N为所述减少噪音的定向扬声器包括的所述定向扬声器组的组数。
6.如权利要求5所述的减少定向扬声器噪音的方法，其特征在于，所述低频声音信号经指向性强的所述高频调制信号调制形成调制电信号，所述调制电信号经所述功率放大器放大，并经所述超声波换能头组转换为超声波信号发射出去。
7.如权利要求6所述的减少定向扬声器噪音的方法，其特征在于，所述超声波信号经空气过滤出原被调制的所述低频声音信号，由于所述超声波信号和所述低频声音信号同时进入人耳，使所述超声波信号在人耳内产生次级谐波。
8.如权利要求7所述的减少定向扬声器噪音的方法，其特征在于，所述次级谐波包括多个次级谐波分量，多个所述次级谐波分量的频率不同，所述高频调制信号的频率为各个所述次级谐波分量的频率的整数倍，各个所述次级谐波分量的频率值为所述高频调制信号的频率的n分之一，n为自然数；且各个所述次级谐波分量的幅度随着频率的降低而降低，各所述次级谐波分量的幅度值为前一所述次级谐波分量的幅度值的一半。
9.如权利要求8所述的减少定向扬声器噪音的方法，其特征在于，各个所述次级谐波分量的幅度值与所述高频调制信号的功率值成正比。
10.如权利要求9所述的减少定向扬声器噪音的方法，其特征在于，不同的所述高频调制信号承载的所述低频声音信号经空气过滤后还原并叠加，形成定向的声音信号；不同频率的所述超声波信号产生的各个所述次级谐波分量叠加，形成信号功率小的微弱噪音。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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