CN116801168A - 一种双声道定向发声系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双声道定向发声系统及方法，所述系统包括控制单元、与控制单元均相连的音频输入单元、数据处理单元、功放单元、第一定向扬声器及第二定向扬声器；音频输入单元用于输入音频信号给数据处理单元；数据处理单元用于采用超声载波信号对音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给功放单元；功放单元用于将第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。本发明在保证音频播放私密性的同时，提高了音频播放效果。
Description
技术领域
本发明涉及定向发声技术领域，具体涉及一种双声道定向发声系统及方法。
背景技术
定向扬声器作为一种新技术，能够将声波控制在特定区域内，在这个区域内的声波很强，而出了这个区域，声波就会很弱，甚至没有。特别适合一些传统音响特定的公共场合，例如展览馆、博物馆、银行柜台、图书馆、会议室等，这些场景下若使用这种扬声器播放音频，就能小范围定向发声，独立的声源针对独立区域和目标人群，使使用者无需佩戴耳机即可拥有定向独立音源，互不干扰，拥有独立、隐秘的音频空间，有更好的隐私的保护。
立体声是指具有立体感的声音，由于自然界中的声源有确定的空间位置，声音有确定的方向来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力，特别是有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况，当人们直接听到这些立体空间中的声音时，除了能感受到声音的响度、音调和音色外，还能感受到它们的方位和层次。为了能够尽可能的还原自然界中的立体声，使声音的临场感更逼真，更生动，更具感染力，立体声技术也在不断的发展，从最初的单声道，到双声道立体声，再到环绕式立体声，3D环绕立体声等。
目前，现有的定向扬声器功能上比较单一，仅能输出混合单声道的声波，音频播放效果较差，无法满足用户的使用需求。
因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种双声道定向发声系统及方法，可形成定向立体声，在保证播放私密性的同时，提高音频播放效果。
为实现上述目的，一方面，本发明提出了一种双声道定向发声系统，包括控制单元、与所述控制单元均相连的音频输入单元、数据处理单元、功放单元，及第一定向扬声器和第二定向扬声器；
所述音频输入单元与所述数据处理单元相连，用于输入音频信号给所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述功放单元相连，用于采用超声载波信号对所述音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将所述超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给所述功放单元；
所述功放单元与所述第一定向扬声器和第二定向扬声器均相连，用于将所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给所述第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。
在一优选实施例中，所述音频输入单元包括音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块，所述音频输入接口、所述USB接口和所述蓝牙音频模块均与所述数据处理单元相连，所述音频信号通过所述音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块中任意一个输入给所述数据处理单元。
在一优选实施例中，所述数据处理单元包括DSP音频处理器和数模转换器，所述DSP音频处理器与所述音频输入单元和所述控制单元均相连，所述数模转换器与所述DSP音频处理器和所述控制单元均相连，所述音频信号经所述DSP音频处理器进行超声调制后输出给所述数模转换器，所述数模转换器将所述超声波调制信号进行数模转换后输出所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号。
在一优选实施例中，所述系统还包括拾音单元，所述拾音单元与所述数据处理单元相连，用于采集声音信号给所述数据处理单元。
在一优选实施例中，所述拾音单元包括至少一个数字麦克风，所述数字麦克风与所述数据处理单元相连，用于拾音。
在一优选实施例中，所述数据处理单元还用于对所述拾音单元采集的声音信号进行采样，调整所述拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上。
在一优选实施例中，所述系统还包括与所述控制单元相连的开关单元，所述开关单元用于控制所述控制单元输出音效切换指令给所述数据处理单元，所述数据处理单元在所述音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给所述功放单元，所述音效包括音乐音效、游戏音效和会议音效。
在一优选实施例中，所述系统还包括至少一个节奏灯和至少一个模式灯，所述节奏灯、模式灯和数字麦克风集成于同一灯板上，所述节奏灯和所述数字麦克风与所述数据处理单元相连，所述音效灯与所述控制单元相连。
另一方面，本发明提出了一种双声道定向发声方法，所述方法包括：
S1，所述音频输入单元输入音频信号给所述数据处理单元；
S2，所述数据处理单元采用超声载波信号对所述音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将所述超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给所述功放单元；
S3，所述功放单元将所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给所述第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。
在一优选实施例中，所述方法还包括采集声音信号给所述数据处理单元，所述数据处理单元对所述声音信号进行采样，调整所述拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上；所述数据处理单元还包括接收音效切换指令，且在所述音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给所述功放单元。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种双声道定向发声系统，通过设置至少两个定向扬声器，分别作为左右声道形成立体声，具体通过对音频信号进行超声调制后，分成两路音频信号分别输出给两个定向扬声器输出，形成立体声，在保证音频播放私密性的同时，提高了音频播放效果。
2、本发明的音源可以通过多种方式输入，至少包括USB、蓝牙、3.5mm模拟音频接入，可适用多种场合适用。
3、本发明通过对拾音的声音信号的采样率进行调整，减少了超声对拾音单元的拾音干扰，使得拾音单元能够在定向辐射区域内能够正常拾音。
4、本发明还通过对音频信号进行参数均衡(即EQ)调节，输出对应音效，其中，音效至少包括音乐音效、游戏音效和会议音效，可适应多种场合和人群的使用。
附图说明：
图1为本发明双声道定向发声系统的原理框图示意图；
图2为本发明一具体实施例中双声道定向发声系统的原理框图示意图；
图3为本发明双声道定向发声方法的流程示意图。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，本发明实施例所揭示的一种双声道定向发声系统，包括音频输入单元、控制单元、数据处理单元、功放单元、第一定向扬声器和第二定向扬声器。
其中，音频输入单元用于输入音频信号，实施时，音频输入单元可以有多种输入方式，如USB、蓝牙、模拟音频接入等。本实施例中，结合图2所示，音频输入单元具体包括音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块，其中，音频输入接口可以采用3.5mm的音频输入接口，USB接口具体可采用TYPE_A接口,蓝牙音频模块可采用型号为AC6951C的BT5.0芯片。实施时，三者均与数据处理单元相连，即音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块均与数据处理单元相连，音频信号可以通过音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块中的任意一个输入给数据处理单元。本实施例中，音频输入接口和USB接口均与蓝牙音频模块相连，蓝牙音频模块则与数据处理单元相连，实施时，蓝牙音频模块可通过I2S总线与数据处理单元相连。
数据处理单元与功放单元相连，用于采用超声载波信号对音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给功放单元。本实施例中，结合图2所示，数据处理单元具体包括DSP音频处理器和数模转换器，其中，DSP音频处理器与上述蓝牙音频模块相连，用于对音频信号进行超声调制，形成超声波调制信号；数模转换器与DSP音频处理器相连，用于对超声波调制信号进行数模转换后输出两路超声波调制信号，分别定义为第一超声波调制信号和第二超声波调制信号。实施时，DSP音频处理器具体可采用型号为ADAU1452的音频处理器，数模转换器具体可采用型号为MS5281D的音频数模转换器。
功放单元与数据处理单元相连，本实施例中，具体与数据处理单元的数模转换器相连，用于将第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后，再分别输出给第一定向扬声器和第二定向扬声器定向输出。实施时，功放单元具体可采用型号为TPA3116的数字音频功放机实现。
第一定向扬声器和第二定向扬声器均与功放单元相连，两者分别输出上述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号。实施时，第一定向扬声器和第二定向扬声器可采用按阵列排布的超声波压电换能器实现，且第一定向扬声器和第二定向扬声器分别作为左右声道，形成立体声，在保证播放私密性的同时，进一步提高音频播放效果。
控制单元与上述音频输入单元、数据处理单元和功放单元均相连，用于输出控制指令给这些单元，控制这些单元进行相应的运行工作。本实施例中，控制单元具体与音频输入单元的蓝牙音频模块、数据处理单元的DSP音频处理器和数模转换器、以及功放单元均相连。实施时，控制单元可具体采用型号为APM32E103CET6的微型控制器(MCU)。
优选地，结合图2所示，上述双声道定向发声系统还包括拾音单元，拾音单元与上述数据处理单元相连，用于采集声音信号给数据处理单元。实施时，拾音单元可采用数字麦克风。
优选地，为了减少定向扬声器发出的超声对拾音单元的拾音干扰，本发明的数据处理单元还用于对上述拾音单元采集的声音信号进行采样，调整拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上，在一具体实施例中，如具体调整拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为192KHz。在该采样率下，可以减少了超声对拾音单元的拾音干扰，使得拾音单元能够在定向辐射区域内能够正常拾音。
另外，结合图2所示，上述系统还包括与控制单元相连的开关单元，开关单元用于控制控制单元输出音效切换指令给数据处理单元，数据处理单元在音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给功放单元，具体如何对音频信号进行参数均衡调节，可参照现有EQ调节的相关技术，这里不做赘述。本实施例中，音效包括音乐音效、游戏音效和会议音效。可以使系统适应多种场合和人群的使用，如适用于会议场合、游戏场景、听音乐的模式场景等。当然，控制控制单元输出音效切换指令的不限于采用这里的开关单元，也可以采用其他的方式，如APP方式等。
另外，结合图2所示，系统还包括至少一个节奏灯和至少一个模式灯，优选地，本实施例中，将节奏灯、模式灯和上述数字麦克风集成于同一灯板上，其中，节奏灯和数字麦克风与数据处理单元相连，节奏灯在音频播放的同时对应显示相应的节奏灯效，音效灯与则与控制单元相连，在上述开关单元的控制下，输出对应的音效灯的指示。
与上述系统相对应的，如图3所示，本发明实施例还揭示了一种双声道定向发声方法，包括：
S1，音频输入单元输入音频信号给数据处理单元；
S2，数据处理单元采用超声载波信号对音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给功放单元；
S3，功放单元将第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。
优选地，上述还包括采集声音信号给数据处理单元，数据处理单元对声音信号进行采样，调整拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上；数据处理单元还包括接收音效切换指令，且在音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给功放单元。
其中，上述步骤S1～S3的具体实现过程及实现原理可参照上述系统中的描述，这里不做赘述。
本发明的优点在于，1、本发明提供了一种双声道定向发声系统，通过设置至少两个定向扬声器，分别作为左右声道形成立体声，具体通过对音频信号进行超声调制后，分成两路音频信号分别输出给两个定向扬声器输出，形成立体声，在保证音频播放私密性的同时，提高了音频播放效果；2、本发明的音源可以通过多种方式输入，至少包括USB、蓝牙、3.5mm模拟音频接入，可适用多种场合适用；3、本发明通过对拾音的声音信号的采样率进行调整，减少了超声对拾音单元的拾音干扰，使得拾音单元能够在定向辐射区域内能够正常拾音；4、本发明还通过对音频信号进行参数均衡(即EQ)调节，输出对应音效，其中，音效至少包括音乐音效、游戏音效和会议音效，可适应多种场合和人群的使用。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述系统包括控制单元、与所述控制单元均相连的音频输入单元、数据处理单元、功放单元，及第一定向扬声器和第二定向扬声器；
所述音频输入单元与所述数据处理单元相连，用于输入音频信号给所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述功放单元相连，用于采用超声载波信号对所述音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将所述超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给所述功放单元；
所述功放单元与所述第一定向扬声器和第二定向扬声器均相连，用于将所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给所述第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。
2.如权利要求1所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述音频输入单元包括音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块，所述音频输入接口、所述USB接口和所述蓝牙音频模块均与所述数据处理单元相连，所述音频信号通过所述音频输入接口、USB接口和蓝牙音频模块中任意一个输入给所述数据处理单元。
3.如权利要求1所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述数据处理单元包括DSP音频处理器和数模转换器，所述DSP音频处理器与所述音频输入单元和所述控制单元均相连，所述数模转换器与所述DSP音频处理器和所述控制单元均相连，所述音频信号经所述DSP音频处理器进行超声调制后输出给所述数模转换器，所述数模转换器将所述超声波调制信号进行数模转换后输出所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号。
4.如权利要求1所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述系统还包括拾音单元，所述拾音单元与所述数据处理单元相连，用于采集声音信号给所述数据处理单元。
5.如权利要求4所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述拾音单元包括至少一个数字麦克风，所述数字麦克风与所述数据处理单元相连，用于拾音。
6.如权利要求4所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述数据处理单元还用于对所述拾音单元采集的声音信号进行采样，调整所述拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上。
7.如权利要求1所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制单元相连的开关单元，所述开关单元用于控制所述控制单元输出音效切换指令给所述数据处理单元，所述数据处理单元在所述音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给所述功放单元，所述音效包括音乐音效、游戏音效和会议音效。
8.如权利要求5所述的一种双声道定向发声系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个节奏灯和至少一个模式灯，所述节奏灯、模式灯和数字麦克风集成于同一灯板上，所述节奏灯和所述数字麦克风与所述数据处理单元相连，所述音效灯与所述控制单元相连。
9.一种基于权利要求1～8任意一项所述的双声道定向发声系统的双声道定向发声方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，所述音频输入单元输入音频信号给所述数据处理单元；
S2，所述数据处理单元采用超声载波信号对所述音频信号进行调制，调制产生超声波调制信号，且将所述超声波调制信号分成第一超声波调制信号和第二超声波调制信号输出给所述功放单元；
S3，所述功放单元将所述第一超声波调制信号和第二超声波调制信号分别进行功率放大后再分别输出给所述第一定向扬声器和第二定向扬声器输出。
10.如权利要求9所述的一种双声道定向发声方法，其特征在于，所述方法还包括采集声音信号给所述数据处理单元，所述数据处理单元对所述声音信号进行采样，调整所述拾音单元采集的48KHz以下信号的处理采样率为96KHz以上；所述数据处理单元还包括接收音效切换指令，且在所述音效切换指令的控制下对音频信号进行参数均衡调节，输出对应音效的超声波调制信号给所述功放单元。
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