CN110381412A - 一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备，所述装置包括：发声喇叭；若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭的不同方向上，用于抵消发声喇叭发出的声音；控制模块，分别连接发声喇叭和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭及消声喇叭发出声音。本发明通过在发声喇叭发出声音后，再控制其某一侧方的消声喇叭发声，从而可抵消发声喇叭在该侧的声音，实现消声喇叭在另一侧的指向性发声。同时本发明中的整个指向性发声的实现过程不仅电路结构可靠，而且实现成本较低，可以广泛的应用于消费电子领域。

Description

一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备

技术领域

本发明涉及指向性发声技术领域，特别涉及一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备。

背景技术

目前，市面上的音箱设备的指向性发声大都采用超声波等方式实现，即利用高频声源的指向性比低频声源强特点实现指向性发声。超声波实现指向性发声的方式具体基于参量阵原理，将音频信号调制到超声波信号上，通过超声波特有的非线性作用的自解调，产生具有高指向性可听声，从而实现声波在空气中传播的空间分布控制和声源位置控制。但是，采用超声波实现指向性发声的方式目前实现起来比较复杂，实现难度较大、制造成本较高，导致其很难广泛应用在消费电子领域。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备，可以通过简单的电路以及较低的制造成本，就实现将声音定向传播至目标范围内的目的。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种实现指向性发声的装置，包括：

发声喇叭；

若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭的不同侧，用于抵消发声喇叭发出的声音；

控制模块，分别连接发声喇叭和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭及消声喇叭发出声音。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述消声喇叭的数量为两个，分别为左消声喇叭和右消声喇叭，所述左消声喇叭位于发声喇叭的左侧，所述右消声喇叭位于发声喇叭的右侧。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述消声喇叭包括多个扬声器单元，且多个扬声器单元形成直线排列。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述消声喇叭还包括声学透镜，所述声学透镜设置在多个扬声器单元的发声方向上。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述控制模块包括控制芯片、功放单元和若干个反相位功放单元，所述控制芯片分别连接功放单元和若干个反相位功放单元，所述功放单元连接发声喇叭，若干个反相位功放单元分别连接对应的消声喇叭。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述反相位功放单元包括功放电路和反相位电路，所述控制芯片向反相位电路输入音频信号，反相位电路对输入的控制信号进行放大并反相输出至功放电路，所述功放电路驱动对应的消声喇叭发出声音。

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述反相位电路包括反相放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电容的一端连接控制芯片，第一电容的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接反相放大器的反相输入端和第二电阻的一端，反相放大器的同相输入端连接第二电容的一端和第三电阻的一端，第二电容的另一端接地，第三电阻的另一端接地，反相放大器的输出端分别连接第二电阻的另一端和第三电容的一端，第三电容的另一端连

进一步的，在所述的实现指向性发声的装置中，所述控制芯片的型号为MSP430。

一种基于以上所述的实现指向性发声的装置的指向性发声的方法，包括步骤：

控制模块接收用户的定向发声命令；

控制模块将待播放的音频信号发送至发声喇叭，使发声喇叭发声；

根据用户的定向发声命令，控制模块将待播放的音频信号发送至对应的消声喇叭，使对应的消声喇叭发声。

一种电子设备，所述电子设备包括如以上任意一项所述的实现指向性发声的装置。

相较于现有技术，本发明提供的一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备，所述装置包括：发声喇叭；若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭的不同方向上，用于抵消发声喇叭发出的声音；控制模块，分别连接发声喇叭和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭及消声喇叭发出声音。本发明通过在发声喇叭发出声音后，再控制其某一侧方的消声喇叭发声，从而可抵消发声喇叭在该侧的声音，实现消声喇叭在另一侧的指向性发声。同时本发明中的整个指向性发声的实现过程不仅电路结构可靠，而且实现成本较低，可以广泛的应用于消费电子领域。

附图说明

图1为本发明提供的一种实现指向性发声的装置的原理框图；

图2为本发明提供的一种实现指向性发声的装置中发声喇叭和消声喇叭的结构框图；

图3为本发明提供的一种实现指向性发声的装置中反相位电路的电路原理图；

图4为本发明提供的一种实现指向性发声的装置中功放电路的电路原理图。

具体实施方式

本发明提供一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备，可以通过简单的电路以及较低的制造成本，实现将声音定向传播至目标范围内的目的。并且，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明提供的一种实现指向性发声的装置的原理框图，所述实现指向性发声的装置包括：

发声喇叭10；

若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭10的不同方向上，用于抵消发声喇叭10发出的声音；

控制模块20，分别连接发声喇叭10和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭10及消声喇叭发出声音。

其中，当音箱需要播放声音时，发声喇叭10用于正常播放声音。同时，当音箱需要实现指向性发声时，若干个消声喇叭则用于抵消发声喇叭10发出的声音，即阻止发声喇叭10发出的声音在消声喇叭所在方向的传播，从而实现声波在空气中传播的空间分布控制和声源位置控制。

在具体的实施例中，所述消声喇叭的数量设置为两个，分别为左消声喇叭31和右消声喇叭32。所述左消声喇叭31位于发声喇叭10的左侧，所述右消声喇叭32位于发声喇叭10的右侧。当然，在其它实施例中，所述消声喇叭的数量也可设置为三个，例如还在发声喇叭10的后侧设置消声喇叭；或者根据实际需要，可以将消声喇叭的数量设置为四个、五个等等，本发明对此不做限定。

进一步的，所述消声喇叭包括多个扬声器单元33，且多个扬声器单元33形成直线排列。并且，所述消声喇叭还包括声学透镜，所述声学透镜设置在多个扬声器单元33的发声方向上，对音频信号进行处理，然后转换为模拟信号分别对每个单元独立放大。

本发明利用梳妆滤波原理，几个扬声器单元33用相同的信号驱动，会出现不同的辐射模式。音箱的轴线点上有相加的干涉，在其他非轴线点上，路径长度差异产生抵消，结果可产生较低的声压级。

在更具体的实施例中，所述控制模块20包括控制芯片21、功放单元22和若干个反相位功放单元，所述控制芯片21分别连接功放单元22和若干个反相位功放单元，所述功放单元22连接发声喇叭10，若干个反相位功放单元分别连接对应的消声喇叭。

所述控制芯片21得到指向性发声命令后，分别将音频信号发送到功放单元22和对应的反相位功放单元，功放单元22将接收到的音频信号放大后输出至发声喇叭10进行发声；同时，对应的反相位功放单元将接收到的音频信号进行反相放大后输出至对应的消声喇叭进行发声，此时消声喇叭发出的声音与发声喇叭10发出的声音的声波频率相同，振幅相反，从而两者合成后刚好相互抵消，消声喇叭所在方向的用户将无法听到声音。

并且，在本实施例中反相位功放单元的数量同样设置为两个，且分别为左反相位功放单元23和右反相位功放单元24。左反相位功放单元23连接左消声喇叭31，为左消声喇叭31提供反相位音频信号；右反相位功放单元24连接右消声喇叭32，为右消声喇叭32提供反相位音频信号。

同时，本实施例中的控制芯片21选用MSP430系列的单片机，MSP430的内核采用RISC精简指令结构，具有功耗小、速度快的优点，能够较好的实现控制芯片的功能。当然，在其它实施例中，也可选择其它型号但具有相似功能的控制芯片，本发明对此不做限定。

进一步的，所述反相位功放单元包括功放电路和反相位电路，所述控制芯片21向反相位电路输入音频信号，反相位电路对输入的音频信号进行放大并反相输出至功放电路，所述功放电路驱动对应的消声喇叭发出声音。

左反相位功放单元23和右反相位功放单元24与功放单元22的区别在于增加了反相位电路，可以对输入的音频信号进行反相输出。并且，在具体的实施例中，所述反相位电路包括反相放大器U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，所述第一电容C1的一端连接控制芯片21，第一电容C1的另一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端分别连接反相放大器U1的反相输入端和第二电阻R2的一端，反相放大器U1的同相输入端连接第二电容C2的一端和第三电阻R3的一端，第二电容C2的另一端接地，第三电阻R3的另一端接地，反相放大器U1的输出端分别连接第二电阻R2的另一端和第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端连接功放电路。

其中，所述第三电阻R3和第二电容C2用于抵消偏置电流带来的影响；所述第一电容C1和第三电容C3用于滤波；所述第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值，此时运放高阻，所以输出信号的电压与输入信号电压正好相反，相位相差180度。由此，输入反相位电路的音频信号可以实现反相位输出。

更具体的，请参阅图4，所述功放电路包括数字功放芯片U2、滤波电路和芯片外围电路。所述数字功放芯片的型号选为TPA3116D2，是用于驱动扬声器的高效立体声数字放大器功率级。通过数字功放芯片U2和滤波电路，能对反相位电路发送的反相位音频信号进行放大滤波后输出至对应的消声喇叭，驱动消声喇叭发声。

同理，功放单元的电路功能及结构与功放电路相同。且对于功放电路中滤波电路和其它芯片外围电路的具体结构，本领域技术人员可以直接参考图4的电路结构、或者根据实际需要进行设计，本发明对此不做赘述。

同时，本发明还提供一种基于以上所述的实现指向性发声的装置的指向性发声的方法，包括步骤：

S100、控制模块接收用户的定向发声命令；

S200、控制模块将待播放的音频信号发送至发声喇叭，使发声喇叭发声；

S300、根据用户的定向发声命令，控制模块将待播放的音频信号发送至对应的消声喇叭，使对应的消声喇叭发声。

为了更好的理解本发明，以音箱为例，以下对所述实现指向性发声的装置的指向性发声的方法的具体工作流程进行详细说明：

音箱启动后，当用户需要定向发声时，首先通过用户菜单选择并发送定向发声命令，当控制芯片21接收到定向发声命令后，首先将音频信号发送到功放单元22，功放单元22对接收到的音频信号放大后输出至发声喇叭10，由发声喇叭10进行发声。

与此同时，控制芯片21还根据定向发送命令，控制对应的消声喇叭发声。当需要音箱进行左侧指向发声时，控制芯片21首先将待播放的音频信号发送到右反相位功放单元24，通过右反相位功放单元24将音频信号进行反相放大后再输出到右消声喇叭32，右消声喇叭32发出与发声喇叭10发出声音的声波频率相同，振幅恰好相反的声音，进而使得发声喇叭10右侧的声音被右消声喇叭32发出的声音抵消，从而实现音箱左侧的定向发声。

当需要音箱进行右侧指向发声时，控制芯片21首先将待播放的音频信号发送到左反相位功放单元23，通过左反相位功放单元23将音频信号进行反相放大后再输出到左消声喇叭31，左消声喇叭31发出与发声喇叭10发出声音的声波频率相同，振幅恰好相反的声音，进而使得发声喇叭10左侧的声音被左消声喇叭32发出的声音抵消，从而实现音箱右侧的定向发声。

此外，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如以上所述的实现指向性发声的装置。且通过采用上述实现指向性发声的装置，使所述电子设备可通过简单的电路结构以及较低的成本，就可以实现单侧定向发声。从而使得声音像光一样被控制，可以定向地传播给范围内的目标受众，而范围之外则不受影响，在源头上避免了噪音污染。

具体来说，所述电子设备可以是电视机、卡拉OK、家庭音响设备或会议室音响设备等多媒体设备。以电视为例，当电视内设置有所述实现指向性发声的装置时，用户可以在客厅看电视而不打扰家人，就更不用担心声音太大遭到邻居投诉。同时嘈杂的环境经常会干扰电视的音效，而本发明具有很强的抗干扰性，即使环境声比较吵，声音传播区域内仍然能够听得相当清楚，因此极大的改善了用户的使用体验，提高了电视产品的市场竞争力。

综上所述，本发明提供了一种实现指向性发声的装置、方法及电子设备，所述装置包括：发声喇叭；若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭的不同方向上，用于抵消发声喇叭发出的声音；控制模块，分别连接发声喇叭和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭及消声喇叭发出声音。本发明通过在发声喇叭发出声音后，再控制其某一侧方的消声喇叭发声，从而可抵消发声喇叭在该侧的声音，实现消声喇叭在另一侧的指向性发声。同时本发明中的整个指向性发声的实现过程不仅电路结构可靠，而且实现成本较低，可以广泛的应用于消费电子领域。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现指向性发声的装置，其特征在于，包括：

发声喇叭；

若干个消声喇叭，分别设置在发声喇叭的不同方向上，用于抵消发声喇叭发出的声音；

控制模块，分别连接发声喇叭和若干个消声喇叭，用于控制发声喇叭及消声喇叭发出声音。

2.根据权利要求1所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述消声喇叭的数量为两个，分别为左消声喇叭和右消声喇叭，所述左消声喇叭位于发声喇叭的左侧，所述右消声喇叭位于发声喇叭的右侧。

3.根据权利要求1所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述消声喇叭包括多个扬声器单元，且多个扬声器单元形成直线排列。

4.根据权利要求3所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述消声喇叭还包括声学透镜，所述声学透镜设置在多个扬声器单元的发声方向上。

5.根据权利要求1所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述控制模块包括控制芯片、功放单元和若干个反相位功放单元，所述控制芯片分别连接功放单元和若干个反相位功放单元，所述功放单元连接发声喇叭，若干个反相位功放单元分别连接对应的消声喇叭。

6.根据权利要求5所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述反相位功放单元包括功放电路和反相位电路，所述控制芯片向反相位电路输入音频信号，反相位电路对输入的音频信号进行放大并反相输出至功放电路，所述功放电路驱动对应的消声喇叭发出声音。

7.根据权利要求6所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述反相位电路包括反相放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电容的一端连接控制芯片，第一电容的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接反相放大器的反相输入端和第二电阻的一端，反相放大器的同相输入端连接第二电容的一端和第三电阻的一端，第二电容的另一端接地，第三电阻的另一端接地，反相放大器的输出端分别连接第二电阻的另一端和第三电容的一端，第三电容的另一端连接功放电路。

8.根据权利要求5所述的一种实现指向性发声的装置，其特征在于，所述控制芯片的型号为MSP430。

9.一种基于权利要求1所述的实现指向性发声的装置的指向性发声的方法，其特征在于，包括步骤：

控制模块接收用户的定向发声命令；

控制模块将待播放的音频信号发送至发声喇叭，使发声喇叭发声；

根据用户的定向发声命令，控制模块将待播放的音频信号发送至对应的消声喇叭，使对应的消声喇叭发声。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任意一项所述的实现指向性发声的装置。