CN111698636A - 一种车载定向音响和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载定向音响和车辆。该车载定向音响设置于靠近乘车人耳朵的位置，通过载波信号发生器输出载波信号至音频信号调节器；通过音频信号调节器将音频信号叠加到载波信号，得到叠加载波信号；通过滤波器对叠加载波信号进行滤波后输出至均衡器；通过均衡器调整叠加载波信号的增益后输出至延迟补偿控制模块；通过延迟补偿控制模块对增益调整后的叠加载波信号的相位进行调整；通过功率放大器对相位调整后的叠加载波信号的功率进行放大后输出至超声波换能器；通过超声波换能器依次发射携带音频信号的超声波信号，以在乘车人耳朵附近形成声音放大区，实现发射小功率的超声波而不影响乘车人的收听体验的效果。

Description

一种车载定向音响和车辆
技术领域
本发明实施例涉及汽车技术领域，尤其涉及一种车载定向音响和车辆。
背景技术
传统的车载音响一般位于汽车前部，驾驶座位和副驾驶座位中间靠前的位置。音响面相整车人员，无法做到每个人收听一种音乐，或者每人独立音响，一人收听，而不打扰其他人。相关技术中，为解决上述问题采用了超声波聚音技术来实现独立音响，然而，相关技术的方案在实现狭小空间内的独立音响效果方面存在缺陷。
发明内容
本发明提供一种车载定向音响和车辆，可以实现狭小空间内的独立音响效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种车载定向音响，设置于靠近乘车人耳朵的位置，包括：
载波信号发生器，与音频信号调节器电连接，用于产生载波信号，输出所述载波信号至所述音频信号调节器；
音频信号调节器，用于将音频信号叠加到所述载波信号，得到叠加载波信号；
滤波器，与所述音频信号调节器和均衡器电连接，用于对叠加载波信号进行滤波处理，将滤波后的叠加载波信号输出至所述均衡器；
均衡器，与延迟补偿控制模块电连接，用于调整所述叠加载波信号的增益，输出调整后的叠加载波信号至所述延迟补偿控制模块；
延迟补偿控制模块，与功率放大器电连接，用于对增益调整后的叠加载波信号的相位进行调整；
功率放大器，与超声波换能器电连接，用于对相位调整后的叠加载波信号的功率进行放大，将功率放大后的叠加载波信号输出至超声波换能器；
超声波换能器，包括阵列探头，所述阵列探头在功率放大后的叠加载波信号的驱动下，依次发射携带音频信号的超声波信号，所述超声波信号在乘车人耳朵附近形成声音放大区。
可选地，所述阵列探头包括压电晶片，所述压电晶片排布于所述超声波换能器的探头表面。
可选地，所述阵列探头呈现圆柱状，所述阵列探头的一侧底面上均匀排布有压电晶片。
可选地，所述压电晶片以所述阵列探头的底面中心为对称中心，呈中心对称方式排布。
可选地，所述延迟补偿控制模块输出不同的相位差或延迟时间差的叠加载波信号，激励所述压电晶片发射相位不同的超声波信号，以使所述超声波信号偏移设定角度后在乘车人耳朵附近发生干涉。
可选地，所述滤波器是带通滤波器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括本发明任意实施例所述的车载定向音响。
可选地，所述车载定向音响的数量是2个，分别设置于座椅头枕上相距设定距离的位置。
可选地，所述座椅头枕包括第一部和第二部，所述第一部的第一端面与座椅连接，所述第一部的与所述第一端面垂直的第二端面与所述第二部连接，且所述第一部和第二部转动连接，所述第二部上设置有所述车载定向音响。
可选地，还包括显示屏和控制器，所述显示屏和控制器通信连接，所述控制器与所述车载定向音响通信连接；
如果控制器检测到所述显示屏上的音响按键的用户操作信息，则根据所述用户操作信息输出控制指令给所述车载定向音响。
本发明实施例提供一种车载定向音响，通过将定向音响设置于靠近乘车人耳朵的位置，将音频信号叠加至超声波信号得到叠加载波信号，通过延迟补偿控制模块对叠加载波信号的相位进行调整，通过相位调整后的叠加载波信号驱动超声波换能器，以使超声波换能器依次发射的携带音频信号的超声波信号在乘车人耳朵附近发生干涉，从而，形成声音放大区，实现发射小功率的超声波而不影响乘车人的收听体验的效果，进而，降低功率可以减少声波反射，实现狭小空间内的独立音响效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种车载定向音响的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种超声波换能器的探头的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种压电晶片在不同延时下被激发的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种超声波换能器的延时激励示意图；
图5为本发明实施例提供的一种座椅头枕的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种座椅头枕的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种车载定向音响的结构框图，该车载定向音响被设置于靠近乘车人耳朵的位置，以便于采用较小功率的超声波作为载波信号时不会因传输距离较远而使乘车者听不见声音。如图1所示，该车载定向音响包括：
载波信号发生器110，与音频信号调节器120电连接，用于产生载波信号，输出载波信号至音频信号调节器120；
音频信号调节器120，用于将音频信号叠加到载波信号，得到叠加载波信号；
滤波器130，与音频信号调节器120和均衡器140电连接，用于对叠加载波信号进行滤波处理，将滤波后的叠加载波信号输出至均衡器140，可选的，滤波器130可以是带通滤波器，以滤除信号噪声；
均衡器140，与延迟补偿控制模块150电连接，用于调整叠加载波信号的增益，输出调整后的叠加载波信号至延迟补偿控制模块150；
延迟补偿控制模块150，与功率放大器160电连接，用于对增益调整后的叠加载波信号的相位进行调整；
功率放大器160，与超声波换能器170电连接，用于对相位调整后的叠加载波信号的功率进行放大，将功率放大后的叠加载波信号输出至超声波换能器170；
超声波换能器170，包括阵列探头，阵列探头在功率放大后的叠加载波信号的驱动下，依次发射携带音频信号的超声波信号，超声波信号在乘车人耳朵附近形成声音放大区。
音频信号调节器120接收音频原始信号输入，并接收载波信号发生器110产生的超声波，将该超声波作为载波信号，将音频原始信号叠加到载波信号上，输出至滤波器130。可选地，滤波器130选用带通滤波器，通过带通滤波器过滤掉干扰信号，并让特定频率的信号通过。均衡器140分别调整不同频率的过滤后的信号的增益(或称为放大量)。延迟补偿控制模块150调整不同频率的信号的相位(或称为延迟)。功率放大器160对信号进行放大后驱动超声波换能器170。超声波换能器170用来最终发射超声波，其中，该超声波携带了音频信号。
该车载定向音响的工作原理：由于人耳可听见声波的频率范围低，没有方向性，并且传输距离远，在空气中衰减小，因此，车内容易形成回声。超声波频率高，方向性强，并且衰减厉害，但是人耳无法听到。将这两个特性相结合：利用超声波定向性好的特性作为载波，用来承载音频信号。利用超声波在空气中特有的非线性传播、自解调原理，实现在传播中自行将音频信号解调出来。
然而，车辆内空间是一个相对狭小的空间，如果超声波的功率太低，则会导致乘客听不到声音，如果超声波功率太高，则狭小空间内声波的多次反射足以干扰到其他乘客，不能真正地做到每人独立音响，一人收听、而不打扰其他人。为了解决这一问题，本发明实施例将车载定向音响设置于靠近乘车人耳朵的位置，并且降低载波信号的功率，通过延迟补偿控制模块调整修改音频信号的多个超声波的相位差，从而使多个超声波聚焦在乘车人耳朵附近，通过多个超声波(或称为载波信号)携带的音频信号的干涉在乘车人耳朵附近形成声音放大区。这样，即使超声波换能器发射较小功率的超声波，也不会影响乘车人听到的音频的声音，但是却可以减少声波在狭小车厢内发生多次反射而无法提供私人收听效果的影响。
可选地，超声波换能器采用了相控阵技术。图2为本发明实施例提供的一种超声波换能器的探头的结构示意图。如图2所示，超声波换能器的探头可以是阵列探头210，该阵列探头210包括压电晶片220，压电晶片220排布于该超声波换能器的探头表面。具体地，阵列探头呈现圆柱状，该阵列探头的一侧底面上均匀排布有压电晶片。可选地，压电晶片以阵列探头的底面中心为对称中心，呈中心对称方式排布。每个压电晶片独立工作，可以发出超声波，并且可以在超声波换能器的控制下延时发射超声波。
图3为本发明实施例提供的一种压电晶片在不同延时下被激发的示意图。如图3所示，当所有的压电晶片在不同延时下被激发后，声波之间存在相位差，导致声波发生偏移，这样，声波之间就会互相影响，产生干涉现象。通过控制不同的压电晶片被激发的时间，每个压电晶片就按照不同的延时先后发出超声波。也就是说，按照某种先后顺序激活压电晶片，可以调整放大区域的位置。
在一个示例性的实施例中，延迟补偿控制模块输出不同的相位差或延迟时间差的叠加载波信号，激励压电晶片发射相位不同的超声波信号，以使超声波信号偏移设定角度后在乘车人耳朵附近发生干涉。图4为本发明实施例提供的一种超声波换能器的延时激励示意图。如图4所示，对于编号为2、1、0、-1和-2的压电晶片，采用存在相位差的激励脉冲(即叠加载波信号)激发不同编号的压电晶片，由压电晶片发射的超声波在空间发生叠加，在该叠加点附近形成放大区域。可以通过调整相位差达到调整放大区域的形成位置的效果。
本实施例的技术方案，通过将定向音响设置于靠近乘车人耳朵的位置，将音频信号叠加至超声波信号得到叠加载波信号，通过延迟补偿控制模块对叠加载波信号的相位进行调整，通过相位调整后的叠加载波信号驱动超声波换能器，以使超声波换能器依次发射的携带音频信号的超声波信号在乘车人耳朵附近发生干涉，从而，形成声音放大区，实现发射小功率的超声波而不影响乘车人的收听体验的效果，并且，降低功率可以减少声波反射，实现狭小空间内的独立音响效果。
本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括如本发明任意实施例所提供的车载定向音响。可选地，车载定向音响的数量是2个，分别被设置于座椅头枕上相距设定距离的位置，可以实现立体环绕的音响效果。图5为本发明实施例提供的一种座椅头枕的结构示意图。为了更好的实现将车载定向音响设置于乘车人耳朵附近，如图5所示，将座椅头枕设计为包括第一部510和第二部520，第一部510的第一端面511与座椅连接，第一部510的与第一端面511垂直的第二端面512与第二部520连接，且第一部510和第二部520转动连接，在调节第一部510和第二部520之间的夹角时，需保证调整后的第二部520不会遮挡车内人员的视野。第二部520上设置有车载定向音响530。这样设计的好处在，由于第一部和第二部转动连接，可以通过调节第一部和第二部之间的夹角使车载定向音响靠近乘车人的耳朵。可选地，第一部510和第二部520还可以是固定连接。图6为本发明实施例提供的另一种座椅头枕的结构示意图。如图6所示，在座椅头枕620的第二部面向乘车者的端面上具有安装槽630，车载定向音响安装于该安装槽630。例如，车载定向音响包括阵列探头640和保护罩610等。阵列探头640和保护罩610分别安装于安装槽630内，保护罩610覆盖于阵列探头640之外且两者之间存在特定距离的安装间隔。
需要说明的是，车载音响的数量并不限于2个，也可以根据实际需要设置更少或更多数量的车载定向音响。此外，车载定向音响的设置位置也不限定是座椅头枕，还可以设置在车顶部等距离乘车人耳朵较近的车厢内其它部位。
需要说明的是，前排座椅和后排座椅的车载定向音响位于头枕两侧，例如头枕呈现U型以在两侧安装音响，但是也不限于此。可选地，后排音响可以交叉安装，左侧乘客的右耳音响安装在右侧乘客左耳处，但是方向朝向左侧乘客，或者是安装在靠近人耳的其它位置。
在一个示例性的实施例中，该车辆包括显示屏和控制器，显示屏和控制器通信连接，控制器与车载定向音响通信连接；如果控制器检测到显示屏上的音响按键的用户操作信息，则根据所述用户操作信息输出控制指令给车载定向音响。例如，控制器可以是车载电脑ECU，控制器通过总线与车载定向音响通信。控制器还通过总线连接车载显示屏，通过车载显示屏采集用户对车载定向音响的用户操作信息，并将操作信息通过总线发送给车载电脑，车载电脑检测到该用户操作信息，确定该用户操作信息对应的控制指令，通过总线发送控制指令给车载定向音响。可选地，控制指令可以是控制耳朵两侧任何一个音响单独播放，从而，不影响司机接受车外的道路、车辆的声音信息。可选地，控制指令还可以是调节耳朵二侧任意一个音响的音量，或者同时调整耳朵两侧音响的音量。可选地，控制指令还可以是切换歌曲等等。
可选地，还可以在方向盘上增设一个控制车载定向音响的按钮，该按钮通过总线与座椅头枕上的车载定向音响通信，通过该按钮可以开关车载定向音响，调节车载定向音响的音量，或者，切换车载定向音响当前播放的歌曲等等。
可选地，还可以通过车辆上的语音助手控制座椅头枕上的车载定向音响的开关、音量或歌曲切换等等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车载定向音响，其特征在于，设置于靠近乘车人耳朵的位置，包括：
载波信号发生器，与音频信号调节器电连接，用于产生载波信号，输出所述载波信号至所述音频信号调节器；
音频信号调节器，用于将音频信号叠加到所述载波信号，得到叠加载波信号；
滤波器，与所述音频信号调节器和均衡器电连接，用于对叠加载波信号进行滤波处理，将滤波后的叠加载波信号输出至所述均衡器；
均衡器，与延迟补偿控制模块电连接，用于调整所述叠加载波信号的增益，输出调整后的叠加载波信号至所述延迟补偿控制模块；
延迟补偿控制模块，与功率放大器电连接，用于对增益调整后的叠加载波信号的相位进行调整；
功率放大器，与超声波换能器电连接，用于对相位调整后的叠加载波信号的功率进行放大，将功率放大后的叠加载波信号输出至所述超声波换能器；
超声波换能器，包括阵列探头，所述阵列探头在功率放大后的叠加载波信号的驱动下，依次发射携带音频信号的超声波信号，所述超声波信号在乘车人耳朵附近形成声音放大区。
2.根据权利要求1所述车载定向音响，其特征在于，所述阵列探头包括压电晶片，所述压电晶片排布于所述超声波换能器的探头表面。
3.根据权利要求2所述车载定向音响，其特征在于，所述阵列探头呈现圆柱状，所述阵列探头的一侧底面上均匀排布有压电晶片。
4.根据权利要求3所述车载定向音响，其特征在于，所述压电晶片以所述阵列探头的底面中心为对称中心，呈中心对称方式排布。
5.根据权利要求2所述车载定向音响，其特征在于，所述延迟补偿控制模块输出不同的相位差或延迟时间差的叠加载波信号，激励所述压电晶片发射相位不同的超声波信号，以使所述超声波信号偏移设定角度后在乘车人耳朵附近发生干涉。
6.根据权利要求1所述车载定向音响，其特征在于，所述滤波器是带通滤波器。
7.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-6中任意一项所述的车载定向音响。
8.根据权利要求7所述车辆，其特征在于，所述车载定向音响的数量是2个，分别设置于座椅头枕上相距设定距离的位置。
9.根据权利要求8所述车辆，其特征在于，所述座椅头枕包括第一部和第二部，所述第一部的第一端面与座椅连接，所述第一部的与所述第一端面垂直的第二端面与所述第二部连接，且所述第一部和第二部转动连接，所述第二部上设置有所述车载定向音响。
10.根据权利要求8所述车辆，其特征在于，还包括显示屏和控制器，所述显示屏和控制器通信连接，所述控制器与所述车载定向音响通信连接；
如果控制器检测到所述显示屏上的音响按键的用户操作信息，则根据所述用户操作信息输出控制指令给所述车载定向音响。
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