CN117319881A - 一种参量阵扬声器及声场移动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种参量阵扬声器及声场移动系统，其中参量阵扬声器包括超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括多个沿第一方向间隔设置的发声通道(1)，每个所述发声通道(1)包括至少一个超声换能器(2)，每个所述发声通道(1)独立控制，在运行时，通过控制多个发声通道(1)中的部分发声通道(1)发声、部分发声通道(1)不发声以形成移动声场。本发明公开的一种参量阵扬声器及声场移动系统，可实现声场移动。

Description

一种参量阵扬声器及声场移动系统

技术领域

本发明涉及定向发声技术领域，特别涉及一种参量阵扬声器及声场移动系统。

背景技术

参量阵扬声器是一种利用介质的非线性声学效应来产生定向声波的声学系统，由有限振幅超声(频率f1和f2)通过空气非线性自解调产生的差频可听声(频率f1～f2)。

超声波频率f1和f2在向前发射过程中，会不同解调出具有累积效应的，频率f1～f2的虚拟可听声的声源，形成一个类似端射阵扬声器的情况，从而实现高指向性的可听声波束，以及超长的可听声传播距离。

参量阵扬声器为了实现声场移动或指向性偏转，应用于如人头追踪等功能，通常会采用信号处理调整各通道的相位，相位调整主要使用延时实现，用于补偿各通道到定向发声位置的声音路程差。

采用多通道的信号处理调整各通道相位，需要将各通道之间的间距控制在小于超声波频率对应的波长，否则声场将出现旁瓣。如超声波频率40kHz，对应声波波长约8.6mm，0.2m宽的超声换能器阵列，需要至少24个通道、如超声波频率80kHz，对应声波波长约4.3mm，0.2m宽的超声换能器阵列，需要至少47个通道。因此，采用多通道的信号处理调整各通道相位的方式需要较多的通道数量，会造成系统复杂度和成本的提升。

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

本发明的目的是提供一种参量阵扬声器及声场移动系统，实现声场移动。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提出了一种参量阵扬声器，包括超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括多个沿第一方向间隔设置的发声通道，每个所述发声通道包括至少一个超声换能器，每个所述发声通道独立控制，在运行时，通过控制多个发声通道中的部分发声通道发声、部分发声通道不发声以形成移动声场。

作为优选，运行时，通过控制多个发声通道中的部分连续间隔设置的发声通道发声，其余发声通道不发声以形成移动声场。

作为优选，部分发声的所述发声通道发出的声波至少覆盖住声音接收者的双耳。

作为优选，相邻两个所述发声通道的中心之间的间距为1mm～100mm。

作为优选，所述多个沿第一方向间隔设置的发声通道形成发声通道组，所述超声换能器阵列包括沿一个或多个第二方向排列的一组或多组发声通道组。

作为优选，相邻两个所述发声通道组的中心之间的间距为1mm～100mm。

作为优选，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

作为优选，每组所述发声通道组内的发声通道数量等于该方向上超声换能器阵列的尺寸除以相邻两个所述发声通道的中心之间的间距。

作为优选，所述超声换能器阵列的尺寸为0.1m～0.5m。

第二方面，本发明还提出了一种声场移动系统，包括：

位置采集模块，用于采集目标物的位置信息；

控制模块，与所述位置采集模块及上述的参量阵扬声器相连，用于根据所述目标物的位置信息控制与超声换能器阵列中与所述位置信息相对应的发声通道发声，其余发声通道不发声，以形成移动声场且对准目标物。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的参量阵扬声器，将超声换能器阵列分割成多个间隔设置的发声通道，每个发声通道包括至少一个超声换能器，并且每个发声通道相互独立控制，通过控制各个发声通道的发声或不发声状态实现声场的移动，通道数量无需考虑各通道的相位、间距问题，因此可以采用较少的通道实现声场移动，应用于如人头追踪等功能，并且控制各通道的发声或不发声状态相较于调整各通道的相位，整体系统实现的复杂度较低、所需的计算资源也更少，可以很好的降低成本。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1是现有技术中参量阵扬声器技术原理图；

图2是现有技术中参量阵扬声器高指向性定向传播的原理图；

图3是本发明中参量阵扬声器的一种结构示意图；

图4是本发明中任意一个超声换能器仅属于一个通道的示意图；

图5是本发明中参量阵扬声器的另一种结构示意图；

图6是本发明中声场移动系统在一种状态下的发声示意图；

图7是本发明中声场移动系统在另一种状态下的发声示意图；

图8是本发明中声场移动系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图3和图4，对应于本发明的一种较佳实施例的参量阵扬声器，其包括超声换能器阵列，超声换能器阵列包括多个沿第一方向间隔设置的发声通道1，发声通道1每个发声通道1包括至少一个超声换能器2，超声换能器2用于发出定向声，每个发声通道1相互独立控制发声。在运行时，通过控制多个发声通道1中的部分发声通道1发声、部分发声通道1不发声从而形成移动声场。

实施时，优选控制部分连续间隔设置的发声通道1发声，其余发声通道1不发声来形成移动声场。一般情况下，当声音接收者靠近超声换能器阵列的左侧时，则控制超声换能器阵列中靠近其左侧的若干个发声通道1发声；当声音接收者靠近超声换能器阵列的中部时，则控制超声换能器阵列中靠近其中部的若干个发声通道1发声；同样的，当声音接收者靠近超声换能器阵列的右侧时，则控制超声换能器阵列中靠近其右侧的若干个发声通道1发声。实施时，对每种情况下发声的发声通道1的数量不做限制，只要至少能覆盖住声音接收者的双耳即可。

如以图3中一具体实施例为例，超声换能器阵列包括6个发声通道1，为了便于描述，分别定义为第一发声通道1～第六发声通道1，当声音接收者靠近超声换能器阵列的左侧时，如控制连续间隔设置的第一发声通道1～第三发声通道1发声，其余发声通道1(即第四发声通道1～第六发声通道1)不发声；当声音接收者的位置发生移动，移动到靠近超声换能器阵列的中部时，如控制连续间隔设置的第二发声通道1～第四发声通道1，其余发声通道1(即第一发声通道1、第五发声通道1、第六发声通道1)不发声，或者控制连续间隔设置的第四发声通道1～第六发声通道1发声，其余发声通道1(即第一发声通道1～第三发声通道1)不发声。

如图3所示，相邻两个发声通道1的中心之间具有一定的间距d1，该间距d1与移动声场的移动精度相适配，比如精度高，发声通道数就会相应的增多，从而使发声通道间的间距减小，反之，使发声通道间的间距增大。发声通道间距设置的理论依据是各发声通道之间的间距控制在小于超声波频率对应的波长。发声通道1。优选地，相邻两个发声通道1的中心之间的间距d1设置在1mm～100mm之间。需要解释的是，这里相邻两个发声通道1之间的距离即是图3中两个发声通道1的纵向的中心轴线之间的距离。

进一步的，定义沿第二方向排列的多个发声通道1形成发声通道组3，如图6所示，超声换能器阵列还包括沿一个或多个第二方向排列的一组或多组发声通道组3，第二方向的数量与方向不限。优选的，第二方向的数量为一个，且第二方向与第一方向垂直设置，如此，一组或多组发声通道组3内的发声通道可以按照X轴与Y轴的方向呈方形阵列排布，使声场可以移动的更均匀。当然，还可以在第一方向上选取一参考点，参考点与第一方向形成第一参考线，参考点与第二方向形成第二参考线，第一参考线和第二参考线之间的夹角为0°～360°，如此可以形成不规则的发声通道排列，适应不同的应用场景。相应的，相邻两个发声通道组3的中心之间的间距d2也与移动声场的移动精度相适配，原因可以参见相邻两个发声通道1的中心之间的间距d1设定，在此不做进一步阐述。

超声换能器阵列内的超声换能器2排列情况也不做限制，可以是常规的按方形阵列排布或者按圆形阵列排布，也可以是按不规则形状排列，不同的排列情况适应不同的发声通道1排布场景，使参量阵扬声器更灵活。每组发声通道组3内的发声通道1数量与该方向上超声换能器阵列的尺寸以及移动声场的移动精度相适配，发声通道1数量等于该方向上超声换能器阵列的尺寸除以相邻两个发声通道1的中心之间的间距。例如：超声波频率40kHz，需要的移动声场的移动精度为20mm，该方向上超声换能器阵列的宽度尺寸为0.2m，则需要的发声通道1数最少为10个，相较于现有技术中采用多通道的信号处理调整各通道相位的方式需要的至少24个通道，大大减少了发声通道数量，从而有效降低了系统复杂度和成本。相应的，任意一个方向的超声换能器阵列的尺寸与移动声场的移动精度以及声压级需求相适配，通常的，超声换能器阵列尺寸在0.1m～0.5m之间。

如图8所示，本发明还提出一种声场移动系统，例如可以应用在人头追踪等场景中，包括：

位置采集模块4，用于采集目标物的位置信息。例如可以采用摄像头或超声波定位技术识别目标物所在位置，并将目标物的位置信息传输给控制模块；

控制模块5，与上述位置采集模块4及超声换能器阵列相连，用于根据目标物的位置信息控制与超声换能器阵列中与所述位置信息相对应的发声通道发声，其余发声通道不发声，实现声场移动且对准目标物。

具体实施时，可以在控制模块5内预存相应的控制模式，根据采集的目标物的位置信息，调用相应的控制模式。

例如上述具体实施例中，超声换能器阵列总共有6个发声通道，控制模块5内预存有四种模式，分别为模式一：1、2、3发声通道开，4、5、6发声通道关，模式二：2、3、4通道开，1、5、6通道关，模式三：3、4、5发声通道开，1、2、6发声通道关，模式四：4、5、6发声通道开，1、2、3发声通道关，当目标物接近1、2、3通道时，就启用模式一，当目标物接近2、3、4通道时，就启用模式二，依此类推。

如图7和图8所示，以人头追踪场景为例，通常的采用摄像头或超声波定位技术识别人头所在位置，并将人头所在位置传输给控制模块5，通过控制对应的发声通道发声，当人头发生位置移动时，位置采集模块4实时更新目标物位置，控制模块5实时控制相应的发声通道发声，其他发声通道不发声，实现声场移动且对准目标物。在实施时，参量阵扬声器与人头之间的间距优选在0.5m～3m之间，使参量阵扬声器发出的声音可以较好的被人接收，且发声通道1的宽度优选为15cm～30cm，与人头的宽度相适配，如此可以减少对其他区域的干扰，进行点对点提醒。进一步，优选的，整个参量阵扬声器的尺寸宽度为300mm，总发声通道1数为16个，相邻的两个发声通道1之间的间距在10mm～100mm之间，可以较好的控制成本、获得较佳的声压级、具有较好的声场移动精度。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种参量阵扬声器，其特征在于，包括超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括多个沿第一方向间隔设置的发声通道(1)，每个所述发声通道(1)包括至少一个超声换能器(2)，每个所述发声通道(1)独立控制，在运行时，通过控制多个发声通道(1)中的部分发声通道(1)发声、部分发声通道(1)不发声以形成移动声场。

2.根据权利要求1所述的参量阵扬声器，其特征在于，运行时，通过控制多个发声通道(1)中的部分连续间隔设置的发声通道(1)发声，其余发声通道(1)不发声以形成移动声场。

3.根据权利要求1所述的参量阵扬声器，其特征在于，部分发声的所述发声通道(1)发出的声波至少覆盖住声音接收者的双耳。

4.根据权利要求1所述的参量阵扬声器，其特征在于，相邻两个所述发声通道(1)的中心之间的间距为1mm～100mm。

5.根据权利要求1所述的参量阵扬声器，其特征在于，所述多个沿第一方向间隔设置的发声通道(1)形成发声通道组(3)，所述超声换能器阵列包括沿一个或多个第二方向排列的一组或多组发声通道组(3)。

6.根据权利要求5所述的参量阵扬声器，其特征在于，相邻两个所述发声通道组(3)的中心之间的间距为1mm～100mm。

7.根据权利要求5所述的参量阵扬声器，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

8.根据权利要求5所述的参量阵扬声器，其特征在于，每组所述发声通道组(3)内的发声通道(1)数量等于该方向上超声换能器阵列的尺寸除以相邻两个所述发声通道(1)的中心之间的间距。

9.根据权利要求8所述的参量阵扬声器，其特征在于，所述超声换能器阵列的尺寸为0.1m～0.5m。

10.一种声场移动系统，其特征在于，包括：

位置采集模块(4)，用于采集目标物的位置信息；

控制模块(5)，与所述位置采集模块(4)及如权利要求1～9任意一项所述的参量阵扬声器相连，用于根据所述目标物的位置信息控制与超声换能器阵列中与所述位置信息相对应的发声通道发声，其余发声通道不发声，以形成移动声场且对准目标物。