CN116567490A - 基于超声波的互调现象的局部声场发生系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了声场产生技术领域的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，包括主声场发射阵列和启动声波发射器，所述主声场发射阵列包括主声场控制终端、主声场信号发生器、主声场功率放大器以及超声换能器阵列，所述主声场控制终端输出有主声场,所述启动声波发射器包括启动声波控制端，启动声波信号发生器，启动声波功率放大器，启动声波换能器，启动声波发射器载机以及光学传感器,所述启动声波发射器载机发射有启动声波，所述启动声波与主声场之间会产生局部声场。
Description
技术领域
本申请涉及声场产生技术领域，具体为一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统。
背景技术
目前，产生定向声场的方式主要有两种。一种是通过多个超声波换能器单元组成参数阵列，发射经过振幅调制的超声波，利用超声波在空气中的自解调产生高指向性可听声场；第二种是通过抛物线反射面、抛物面布置的发声单元阵列或其他方式，对多束声波进行聚焦使其瞄准目标人员。两种方式都可以实现更窄的声波束与更小的空气中声波衰减，以延长其传播距离并将声信号传达至孤立的目标。
由于振幅调制的超声波通过自解调产生的声场的声压级，通常显著小于超声载波的声压级，因此上述第一种声场产生方式需要通过数量更多、功率更大的阵列单元以得到声压级更高的声场，能量消耗大且设备重量较大，使用小型无人设备搭载时，其产生的局部声场的功率十分有限。而对于上述第二种声场产生方式，用于聚焦声波的抛物线反射面与抛物面布置的发声单元阵列均有着较大的重量与体积，通常用于车辆搭载或固定设施，同样不适合小型无人设备搭载。除此之外，上述两种方式产生的可听声波，均会被传播路径上的无关人员和声波接收器接收。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，以解决上述提到的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，包括主声场发射阵列和启动声波发射器，所述主声场发射阵列包括主声场控制终端、主声场信号发生器、主声场功率放大器以及超声换能器阵列，所述主声场控制终端输出有主声场,所述启动声波发射器包括启动声波控制端，启动声波信号发生器，启动声波功率放大器，启动声波换能器，启动声波发射器载机以及光学传感器,所述启动声波发射器载机发射有启动声波，所述启动声波与主声场之间会产生局部声场。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述主声场控制终端以及启动声波控制终端均包含必要的处理器、存储单元以及通信设备。
基于上述技术特征，以完成数字音频信号的生成，实现与系统内其他设备间的通讯并供使用者操纵。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述超声换能器阵列为大量超声换能器平行排列形成的面阵列。
基于上述技术特征，使其可获得的输出声场功率、覆盖范围与传播距离远高于单个换能器的所能达到的水平。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述主声场通过主声场信号发生器产生，且主声场能够经过主声场功率放大器放大之后通过超声换能器阵列发射。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述启动声波的信号通过启动声波控制端设置，所述启动声波通过启动声波信号发生器产生，且启动声波能够经过启动声波功率放大器放大之后通过启动声波换能器进行发射。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述主声场的信号频率为f1，且所述启动声波的信号频率为f2。
优选的，上述一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统中，所述局部声场的信号频率为f3,且f3＝|f2-f1|。
基于上述技术特征，通过设置启动声波的信号，可以产生范围在可听声或次声频段的f3，并可以进而将局部声场设置为预录制的音频信号。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
通过大功率超声阵列与小型无人设备分别发射高功率的主声场与低功率的启动声波，本发明可以获得比仅通过小型无人设备发射声场更高的局部声场的功率与声压级，并且局部声场的覆盖区域通过小型无人设备瞄准控制，可显著减少局部声场对无关人员或声传感器的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的系统工作示意图；
图2为本申请中的主声场发射阵列系统简图；
图3为本申请中的启动声波发射器系统简图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
100、主声场发射阵列；110、主声场控制终端；120、主声场信号发生器；130、主声场功率放大器；140、超声换能器阵列；200、启动声波发射器；210、启动声波控制端；220、启动声波信号发生器；230、启动声波功率放大器；240、启动声波换能器；250、启动声波发射器载机；260、光学传感器；S1、主声场；S2、启动声波；S3、局部声场。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请提供的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统：包括主声场发射阵列100和启动声波发射器200，主声场发射阵列100安装于固定设施、车辆或大型无人设备上。主声场发射阵列100的工作方式具体分为以下两种：1.不间断地持续发射超声波；2.由使用者手动启动与关闭，或设定启动与关闭时间。
主声场发射阵列100包括主声场控制终端110、主声场信号发生器120、主声场功率放大器130以及超声换能器阵列140。
超声换能器阵列140为大量超声换能器平行排列形成的面阵列。其可获得的输出声场功率、覆盖范围与传播距离远高于单个换能器的所能达到的水平。
主声场控制终端110输出有主声场S1。
启动声波发射器200包括启动声波控制端210、启动声波信号发生器220、启动声波功率放大器230、启动声波换能器240、启动声波发射器载机250以及光学传感器260。启动声波发射器载机250发射有启动声波S2，启动声波S2与主声场S1之间会产生局部声场S3。启动声波S2与主声场S1在空气中接触后发生互调现象产生二阶差值互调分量即为局部声场S3。
启动声波发射器载机250为搭载并移动启动声波发射器200前往局部声场S3产生位置的移动设备，具体形式包括但不限于具有导航与定位功能的无人机与小型无人车。
其中，主声场控制终端110以及启动声波控制终端210均包含必要的处理器、存储单元以及通信设备，以完成数字音频信号的生成，实现与系统内其他设备间的通讯并供使用者操纵。
其中，主声场S1通过主声场信号发生器120产生，且主声场S1能够经过主声场功率放大器130放大之后通过超声换能器阵列140发射。启动声波S2的信号通过启动声波控制端210设置，启动声波S2通过启动声波信号发生器220产生，且启动声波S2能够经过启动声波功率放大器230放大之后通过启动声波换能器240进行发射。
主声场S1的信号频率为f1，且启动声波S2的信号频率为f2。局部声场S3的信号频率为f3,且f3＝|f2-f1|，S3频率为S1与S2的差值，并可通过调节S1与S2的频率，设置在可听声或次声波频段。通过设置启动声波S2的信号，可以产生范围在可听声或次声频段的f3，并可以进而将局部声场S3设置为预录制的音频信号。当存在多个需要产生局部声场S3的位置时，使用者可使用启动声波控制端210同时控制多台启动声波发射器载机250前往各个位置发射启动声波S2，并且每台启动声波发射器200均可根据需要设置不同的启动声波S2与相应的局部声场S3。
具体工作原理如下：在系统开始工作前，使用者首先将主声场发射阵列100安装于需要提供安保的设施上，保证超声换能器阵列140的发射距离和角度完全覆盖可能需要产生局部声场S3的全部空间，并且发射路径上没有对于超声波传播能够造成遮蔽的障碍物。在必要时，可以使用多组超声换能器阵列140或多组主声场发射阵列100，以完全覆盖需要产生局部声场S3的区域。完成部署后，使用者可通过主声场控制终端110设置主声场发射阵列100的工作方式与输出的超声信号主声场S1。该信号通过主声场信号发生器120产生，经过主声场功率放大器130放大后，通过超声换能器阵列140发射。
当需要产生局部声场S3时，使用者使用启动声波控制端210控制启动声波发射器载机250前往需要产生局部声场S3的位置，使用光学传感器260瞄准目标位置发射启动声波S2，启动声波S2与主声场S1在空气中接触后发生互调现象产生二阶差值互调分量局部声场S3。通过设置启动声波S2的信号，可以产生范围在可听声或次声频段的f3，并可以进而将局部声场S3设置为预录制的音频信号。
当存在多个需要产生局部声场S3的位置时，使用者可使用启动声波控制端210同时控制多台启动声波发射器载机250前往各个位置发射启动声波S2，并且每台启动声波发射器200均可根据需要设置不同的启动声波S2与相应的局部声场S3。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：包括主声场发射阵列(100)和启动声波发射器(200)，所述主声场发射阵列(100)包括主声场控制终端(110)、主声场信号发生器(120)、主声场功率放大器(130)以及超声换能器阵列(140)，所述主声场控制终端(110)输出有主声场(S1),所述启动声波发射器(200)包括启动声波控制端(210)、启动声波信号发生器(220)、启动声波功率放大器(230)、启动声波换能器(240)、启动声波发射器载机(250)以及光学传感器(260),所述启动声波发射器载机(250)发射有启动声波(S2)，所述启动声波(S2)与主声场(S1)之间会产生局部声场(S3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述主声场控制终端(110)以及启动声波控制终端(210)均包含必要的处理器、存储单元以及通信设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述超声换能器阵列(140)为大量超声换能器平行排列形成的面阵列。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述主声场(S1)通过主声场信号发生器(120)产生，且主声场(S1)能够经过主声场功率放大器(130)放大之后通过超声换能器阵列(140)发射。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述启动声波(S2)的信号通过启动声波控制端(210)设置，所述启动声波(S2)通过启动声波信号发生器(220)产生，且启动声波(S2)能够经过启动声波功率放大器(230)放大之后通过启动声波换能器(240)进行发射。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述主声场(S1)的信号频率为f1，且所述启动声波(S2)的信号频率为f2。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声波的互调现象的局部声场发生系统，其特征在于：所述局部声场(S3)的信号频率为f3,且f3＝|f2-f1|。
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