CN1972525B - 超定向扬声器系统及其信号处理方法 - Google Patents

超定向扬声器系统及其信号处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1972525B
CN1972525B CN2006101494818A CN200610149481A CN1972525B CN 1972525 B CN1972525 B CN 1972525B CN 2006101494818 A CN2006101494818 A CN 2006101494818A CN 200610149481 A CN200610149481 A CN 200610149481A CN 1972525 B CN1972525 B CN 1972525B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
envelope
filter coefficient
produce
adaptive filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006101494818A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1972525A (zh
Inventor
罗景民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shijiazhuang Seoul voiceprint Technology Co. Ltd.
Original Assignee
Solitonix Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solitonix Co Ltd filed Critical Solitonix Co Ltd
Publication of CN1972525A publication Critical patent/CN1972525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1972525B publication Critical patent/CN1972525B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/323—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

本发明提供超定向扬声器系统及其信号处理方法。根据本发明，可以实时地对输入信号进行预失真补偿，并且根据待调制信号的电平以及依照对当前信号和前一级信号的包络检测的信号差补偿来对该信号进行残留边带调制以最小化失真。

Description

超定向扬声器系统及其信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种超定向扬声器系统及其信号处理方法，更具体地说，涉及其中采用一种新颖的信号处理方案来改善扬声器系统的声音质量的超定向扬声器系统及其信号处理方法。
背景技术
通常，扬声器通过将电信号转换为要发送到空气中的振动来产生声音。扬声器各向相同地将振动发送到空气中。因此，听众可以从相对于扬声器的各个方向听到由扬声器产生的声音。扬声器的各向同性通常引起不必要的问题。例如，当按由扬声器提供对各种艺术作品或展品的说明的方式在美术画廊或博物馆展示这些艺术作品或展品时，由于美术画廊和博物馆的空间较小，因此在扬声器产生的声音之间出现干涉。此外，当许多人同时聆听对不同艺术作品或展品的说明时，大量的声音发生干涉并且失真，从而转换为大量的噪音。为了解决上述问题，已经提出了其中按在特定方向上可以听见声音的方式来再现声音的超定向扬声器。
常规的超定向扬声器采用抛物柱面反射器(parabolic dish)。根据该抛物柱面超定向扬声器，在抛物柱面反射器的焦点处设置普通的扬声器，从而该扬声器的声学输出被反射并且直线传播。由于抛物柱面超定向扬声器常常在博物馆中使用，所以抛物柱面超定向扬声器被称为博物馆扬声器。然而，根据使用抛物柱面反射器的常规超定向扬声器，其声音质量低劣，并且抛物柱面反射器的直径相对较大。此外，常规的超定向扬声器的有向声音传播距离仅为10m。
因此，将使用在空气中超声波与空气的非线性干涉的超声波扬声器技术应用于超定向扬声器的实施例。自从二十世纪六十年代开发了超声波扬声器技术以来，由于外围设备的发展缓慢和工业利润的原因，超声波扬声器技术的商业化一直被延误，直到近些年。
超定向扬声器包括用于获得适当声音质量的信号处理器、用于将经处理的信号有效地调制到超声波段的调制器、用于驱动超声波转换器的超声波放大器、以及用于实际产生空气中的超声波的超声波转换器。理论上讲，如等式1所示，空气中解调的可听信号p(t)与幅度调制信号的包络信号E(t)的平方的二阶微分成比例。可以使用12dB/倍频均衡器(octaveequalizer)来解出等式1中的二阶时间偏微分，对应的包络信号E(t)可以表示为等式2。
[等式1]
p ( t ) ∝ ∂ 2 / ∂ t 2 { E ( t ) 2 }
[等式2]
E(t)＝1+mx(t)
其中，m是调制指数，x(t)是原始的可听音频信号。
根据所述等式，当通过扬声器可听见的可听信号p(t)与原始可听音频信号x(t)成比例时，可以无任何失真地再现可听声音。然而，产生与等式1中所表示的原始可听音频信号x(t)的平方相对应的严重失真。当在常规的超声波扬声器中减小调制指数m以减少失真时，再现效率降低，从而不能获得高的声学输出。
补偿失真的另一种方法是对原始信号的平方根进行调制，如图1所示。理论上讲，根据该方法，完美地再现原始信号。然而，由于平方根的非线性运算，具有有限带宽的原始信号x(t)的频谱呈现几乎无限的带宽。因此，除非存在再现无限带宽的超声波转换器，否则图1所示的超声波扬声器在减少失真方面具有绝对的局限性。
为解决图1所示的扬声器的问题，美国技术有限公司(AmericanTechnology Corporation)提出了一种无需增大带宽的重复误差补偿方法，题为“Modulator Processing for a Parametric Speaker System”(US6,584,205)，如图2所示。简言之，美国技术有限公司拥有的专利公开了如下的方法：其中，通过SSB(单边带)信道模型而无需转换器来计算理想的调制信号波形，并且通过将理想信号与实际调制信号进行比较来计算误差，从而对调制前信号进行误差补偿，由此补偿声音质量的失真。然而，由于美国技术有限公司的专利重复地对误差进行补偿，因此其缺点在于，重复的误差补偿需要大量的计算，从而硬件设计复杂并且由于信号处理而导致的延迟增大。而且，由于美国技术有限公司的专利采用SSB调制，所以为了防止由于SSB滤波器的缺陷而造成失真，应该通过增加SSB滤波器的阶数来设计锐利的SSB滤波器。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种超定向扬声器系统及其信号处理方法，其中采用预失真自适应滤波器来实时地最小化再现信号的失真，并且采用VSB(残留边带)调制来消除SSB滤波器的缺陷，从而改善声音质量。
本发明的另一目的是提供一种超定向扬声器系统及其信号处理方法，其中将音频输入信号的包络信号与应用自适应滤波器系数的补偿信号的包络信号进行相互比较，并且计算应用于下一级输入的音频输入信号的新的自适应滤波器系数并由此应用该新的自适应滤波器系数，从而通过实时地应用预失真补偿而简化硬件设计并且改善超声波扬声器的声音质量。
本发明的另一目的是提供一种超定向扬声器系统及其信号处理方法，其中当进行VSB调制时动态地对进行了预失真补偿的补偿信号的调制指数进行调整，从而根据输入信号的电平来补偿失真，以最小化通过空气中的非线性解调而解调的信号的失真，并且改善扬声器的声音质量。
最后，本发明的另一目的是提供一种超定向扬声器系统及其信号处理方法，其中应用于当前系统的超声波转换器通过预定滤波器来进行滤波，并且使用对应的系数来产生超声波转换器的反向滤波器模型以应用于VSB调制信号，从而最小化对调制信号的超声波转换过程中的失真，并且改善声音质量。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种超定向扬声器系统，该超定向扬声器系统包括：第一包络计算器，用于计算当前输入的音频输入信号的包络；平方根运算器，用于计算由第一包络计算器计算的第一包络信号的平方根，以产生第一包络信号的平方根信号；预失真自适应滤波器，用于将自适应滤波器系数应用于当前输入的音频输入信号，以执行失真补偿并且产生经补偿的信号；第二包络计算器，用于计算经补偿信号的包络，以产生第二包络信号；误差计算器，用于将第二包络信号与第一包络信号的平方根进行比较，以产生误差信号；自适应滤波器系数更新器，用于根据误差信号来计算自适应滤波器系数更新项和新的自适应滤波器系数，以使得预失真自适应滤波器将该新的自适应滤波器系数应用于下一级输入的音频输入信号；动态VSB调制器，用于将经补偿的信号动态地调制到超声波频带，以产生调制信号；超声波转换器模型部，用于对与超声波转换器的频率特性对应的反向滤波器进行建模，并且对调制信号应用该反向滤波器，以产生滤波信号；超声波放大器，用于放大该滤波信号；以及超声波转换器，用于将经放大的滤波信号转换为超声波信号。
本发明还提供了一种超定向扬声器系统，该超定向扬声器系统包括：自适应滤波器计算器，用于将当前输入的音频输入信号的包络与应用了自适应滤波器系数的包络进行比较，以获得应用于下一级输入的音频输入信号的新的自适应滤波器系数；VSB调制器，用于对应用了自适应滤波器系数的音频信号进行VSB调制；以及超声波转换器单元，用于将经调制的信号转换为超声波。
本发明还提供了一种超定向扬声器的信号处理方法，该方法包括下列步骤：(a)计算当前输入的音频输入信号的包络，以产生第一包络信号；(b)产生第一包络信号的平方根信号；(c)应用自适应滤波器系数，以通过进行预失真补偿来产生经补偿的信号；(d)产生经补偿信号的包络信号；(e)将平方根信号与经补偿信号的包络信号进行比较，以产生误差信号；(f)根据误差信号计算自适应滤波器系数更新项和应用于下一级输入的音频输入信号的新的自适应滤波器系数；(g)对经补偿信号进行动态VSB调制，以产生调制信号；(h)使用与超声波转换器对应的反向滤波器对调制信号进行滤波；(i)对经滤波信号进行超声波放大；以及(j)将经放大的滤波信号转换为超声波信号。
附图说明
图1是例示在超声波扬声器系统中的使用平方根调制方案的对音频输入信号的常规信号处理方法的图。
图2是例示在超声波扬声器系统中的根据SSB调制和递归的对音频输入信号的常规信号处理方法的图。
图3是例示根据本发明实施例的超定向扬声器系统的图。
图4是例示根据本发明实施例的超定向扬声器系统的信号处理方法的流程图。
[标号说明]
10，40：包络计算器
20：平方根运算器
30：预失真自适应滤波器
50：误差计算器
60：自适应滤波器系数更新器
70：动态VSB调制器
80：超声波转换器模型部
90：超声波放大器
100：超声波转换器
具体实施方式
现在参照附图详细地描述本发明。
图3是例示根据本发明实施例的超定向扬声器系统的图。
参照图3，根据本发明实施例的超定向扬声器系统包括：自适应滤波器计算器，用于比较当前输入的音频输入信号的包络与应用了从前一级的音频输入信号而获得的自适应滤波器系数的包络，以获得当前自适应滤波器系数VSB调制器，用于对应用了自适应滤波器系数的音频信号进行VSB调制；以及超声波转换器单元，用于将经调制的信号转换为超声波。自适应滤波器计算器包括第一包络计算器10、平方根运算器20、第二包络计算器40、误差计算器50、自适应滤波器系数更新器60和用于应用自适应滤波器系数的预失真自适应滤波器30。VSB调制器包括动态VSB调制器70。超声波转换器单元包括超声波转换器模型部80、超声波放大器90和超声波转换器100。
即，根据本发明实施例的超定向扬声器系统包括：第一包络计算器10，用于计算当前输入的音频输入信号x(t)的包络，以产生第一包络信号E(t)；平方根运算器20，用于使用由第一包络计算器10计算的第一包络信号E(t)来计算理想的包络信号E(t)0.5；预失真自适应滤波器30，用于应用根据前一级的音频输入信号x(t-1)的包络而计算出的自适应滤波器系数更新项，以执行对当前输入的音频输入信号x(t)的预失真补偿并产生经失真补偿的信号x(t)’；第二包络计算器40，用于计算从预失真自适应滤波器30输出的经补偿信号x(t)’的包络E(t)’，以产生第二包络信号E(t)’；误差计算器50，用于对第一包络信号的平方根E(t)0.5与第二包络信号E(t)’进行比较，以产生误差信号e(t)；自适应滤波器系数更新器60，用于计算与误差信号e(t)对应的自适应滤波器系数更新项以提供给预失真自适应滤波器30；动态VSB调制器70，用于将从预失真自适应滤波器30输出的经补偿信号x(t)’动态地调制到超声波频带，以产生调制信号x(t)”；超声波转换器模型部80，用于对与超声波转换器100的特有频率特性对应的反向滤波器h(t)进行建模，并对调制信号x(t)”应用该反向滤波器h(t)，以产生经转换的信号x(t)”’；超声波放大器90，用于放大从超声波转换器模型部80输出的经转换信号x(t)”’，以产生放大信号x(t)””；以及超声波转换器100，用于将经放大信号x(t)””转换为超声波信号。
在详细的描述之前，由于VSB调制在数学方法上类似于其中根据VSB调制在幅度调制中对称地去除边带的幅度调制，所以用具有应用于根据本发明实施例的超定向扬声器系统的有效描述的特定等式的幅度调制来代替VSB调制。
第一包络计算器10计算当前的音频输入信号x(t)的包络。由于第一包络计算器10计算出的包络信号E(t)可以定义为相当于等式1和2的E(t)，所以省略详细描述。
平方根运算器20计算由第一包络计算器10计算出的包络信号E(t)的理想包络信号E(t)0.5。参照式1，第一包络计算器10根据数值公式产生的信号的最理想信号是对应于包络信号E(t)的平方根的信号。可以使用12dB/倍频均衡器来解出式1中的二阶时间偏微分。
预失真自适应滤波器30将通过前一级的音频输入信号x(t-1)所计算出的自适应滤波器系数am(t)应用到当前输入的音频输入信号x(t)，以输出补偿信号x(t)’如等式3所示。
[等式3]
x ( t ) ′ = Σ m = 0 N - 1 a m ( t ) x ( t - m )
第二包络计算器40计算由预失真自适应滤波器30进行了预失真补偿的补偿信号x(t)’的包络E(t)’。在对x(t)’进行幅度调制之后获得由第二包络计算器40计算出的包络信号E(t)’，如等式4所示。
[等式4]
E(t)′＝1+mx(t)′
误差计算器50从第二包络计算器40计算出的包络信号E(t)’中减去由平方根运算器20计算出的信号E(t)0.5，以产生误差信号e(t)，在等式5中示出了由误差计算器50计算出的误差信号e(t)。
[等式5]
e(t)＝E(t)′-E(t)0.5
自适应滤波器系数更新器60通过对由误差计算器50计算出的误差信号e(t)应用LMS(最小均方)方法来计算自适应滤波器系数更新项Δam(t)。可以将RLS(递归最小二乘)方法应用于根据本发明的从误差信号e(t)计算自适应滤波器系数更新项Δam(t)的方法。下面将给出重点是LMS方法的描述。由自适应滤波器系数更新器60计算的更新项Δam(t)可以表示为等式6。
[等式6]
Δ a m ( t ) = - ∂ e ( t ) / ∂ a m ( t ) = - 2 E ( t ) ′ - E ( t ) 0.5 x ( t - m )
因此，由自适应滤波器系数更新器60计算并提供给预失真自适应滤波器30的自适应滤波器系数可以表示为等式7。
[等式7]
am(t+1)＝am(t)+βΔam(t)
其中β是自适应系数。
在归一化LMS方法中，自适应系数β根据时间而变化，从而稳定且快速地收敛。可以使用自适应系数β来设计稳定的系统。
预失真自适应滤波器30实时地将由自适应滤波器系数更新器60获得的更新项am(t+1)应用于下一级输入的音频输入信号x(t+1)。可以使用线性FIR(有限脉冲响应)滤波器作为预失真自适应滤波器30，以获得准确的线性相位特性。
动态VSB调制器70将由预失真自适应滤波器30产生的补偿信号x(t)’动态地调制到超声波频带，其中动态VSB调制器70执行VSB调制器，以去除信号x(t)’的大部分上边带或下边带，由此保持信号x(t)’的其余部分的完美边带和其他。换言之，动态VSB调制器70根据音频输入信号的信号电平来改变调制指数m。由于动态VSB调制去除了对称于载波频率的信号，所以全部的信息都包括在剩余频谱中。因此，可以防止由于SSB的不良滤波特征而导致的解调过程中产生的声音质量劣化的现象。
超声波转换器模型部80根据超声波转换器100来计算反向滤波器h(t)，并对由动态VSB调制器70产生的调制信号x(t)”应用该反向滤波器h(t)，以产生信号x(t)”’。当例如将超声波转换器100建模为FIR滤波器时，可以从超声波转换器100的频率特性获得该滤波器的系数，并且可以使用所获得的滤波器系数来预先获得反向滤波器h(t)的系数。
超声波放大器90将由超声波振动元件产生的超声波辐射到信号x(t)”’(所述信号x(t)”’是由动态VSB调制器70调制出的调制信号x(t)”经反向滤波器h(t)滤波而得到的滤波信号)以用物理能来使该信号振动，由此产生作为x(t)”’的放大信号的幅度放大信号x(t)””。
超声波转换器100将由超声波放大器90进行了幅度放大的信号x(t)””转换为超声波信号。超声波转换器100可以是压电型、磁致伸缩型或半导体型。
压电声转换元件利用如下的现象：当将特定高频电压施加到按预定方向从诸如石英的晶体切割的板或杆时从晶体产生超声波。压电声转换元件利用其中所施加电压的频率是石英晶体的基频的奇数倍的干涉现象。即，压电声转换元件是其中对石英施加适当的振荡以获得特定频率的元件，由于振荡是通过施加电压而产生的，由此将其称为压电元件。
磁致伸缩型元件或半导体型元件产生超声波的原理与压电型元件产生超声波的原理是一样的，与压电型元件的不同之处只在于材料的特性。
超声波转换器100转换的超声波信号在空气中辐射，以受到非线性解调，从而输出为声学音频。
下面将参照图4来描述根据本发明实施例的超定向扬声器系统的信号处理方法。
在详细描述之前，应该注意，x(t)表示当前输入的音频输入信号，h(t)表示通过用预定滤波器对各种超声波转换器100进行建模而计算出的系数的反向滤波器。
根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统的信号处理方法，计算当前输入的音频输入信号x(t)的包络(S1)，通过对计算出的包络信号E(t)执行平方根运算而产生信号E(t)0.5(S2)。
另一方面，在进行步骤S1和S2的同时，通过对音频输入信号x(t)应用在前一级的音频输入信号x(t-1)中计算的自适应滤波器系数，产生补偿信号x(t)’(S3)，然后计算产生的信号x(t)’的包络信号E(t)’(S4)。然后，对步骤S2和S4中的信号E(t)0.5和E(t)’进行运算(S5)。
从包络信号E(t)’减去信号E(t)0.5来产生误差信号e(t)。
然后，自适应滤波器系数更新器60根据误差信号e(t)来计算更新项(S6)。
为了计算更新项，预失真自适应滤波器30采用LMS(最小均方)方法和RLS方法中的至少一种。
然后，使用误差信号e(t)的更新项对下一级输入的音频输入信号x(t+1)进行预失真补偿(S3)。
根据步骤S3，对应用了通过前一级的音频输入信号x(t-1)而计算出的自适应滤波器系数的失真补偿信号x(t)’进行动态VSB调制，以产生信号x(t)”(S7)。
然后，对VSB调制信号x(t)”应用超声波转换器模型部的反向滤波器h(t)(S8)。
可以通过用预定滤波器对系统中使用的超声波转换器100进行建模而获得反向滤波器h(t)。
接着，超声波放大器90对由反向滤波器h(t)进行了滤波的滤波信号x(t)”’进行超声波放大(S9)。
然后，超声波转换器100将放大的信号转换为超声波(S10)。
最后，该超声波信号在空气中受到非线性解调，从而使该超声波信号转换为可听音频信号out(t)(S11)。
根据本发明实施例的超定向扬声器系统利用自适应滤波器来提供由预失真补偿进行了补偿的信号，从而不重复地且实时地对失真进行补偿。因此，根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统，使由于失真补偿而产生的延迟最小化，并且可以简化硬件设计，从而便于构建提供有效调制的系统。
即，根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统，使用预失真自适应滤波来实时地补偿音频输入信号，由此使得可以在调制之前预失真，从而使得来自超声波转换器的通过在空气中辐射而二次再现的可听信号接近于原始音频输入信号。此外，通过使用线性FIR滤波器，在原始带宽内改变预失真信号，简化了硬件设计。此外，根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统，使用VSB调制来通过对称滤波器无交叠地对原始信号中的低频带中的信息进行滤波，由此，与使用非理想的非对称滤波器的SSB调制相比，改善了声音质量，并且通过根据输入信号的电平来动态地改变调制指数而获得非常有效的调制。
如上所述，根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统及其信号处理方法，采用预失真自适应滤波器来实时地使再现信号的失真最小化，并采用VSB调制来消除SSB滤波器的缺陷，由此改善声音质量。
根据依据本发明实施例的超定向扬声器系统及其信号处理方法，将音频输入信号的包络信号与应用了前一输入信号的自适应滤波器系数的补偿信号的包络信号进行相互比较，并且计算当前音频输入信号的自适应滤波器系数并由此应用该自适应滤波器系数，从而通过实时地应用预失真补偿而简化硬件设计并且改善超声波扬声器的声音质量。
根据依据本发明另一实施例的超定向扬声器系统及其信号处理方法，当进行VSB调制时，动态地调整对进行了预失真补偿的补偿信号的调制指数，从而根据输入信号的电平来补偿失真，以最小化通过在空气中的非线性解调而解调的信号的失真，并且改善扬声器的声音质量。
最后，根据依据本发明另一实施例的超定向扬声器系统及其信号处理方法，应用于本系统的超声波转换器通过预定的滤波器来进行滤波，并且使用对应的系数来产生该超声波转换器的反向滤波器模型以应用于VSB调制信号，从而最小化在调制信号的超声波转换过程中的失真，并且改善声音质量。
尽管已经参照本发明的优选实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在其中进行形式和细节上的各种修改。

Claims (9)

1.一种超定向扬声器系统，该超定向扬声器系统包括：
第一包络计算器，用于计算当前输入的音频输入信号的包络；
平方根运算器，用于计算由所述第一包络计算器计算出的第一包络信号的平方根，以产生所述第一包络信号的平方根信号；
预失真自适应滤波器，用于将自适应滤波器系数应用于当前输入的音频输入信号，以执行失真补偿并产生经补偿的信号；
第二包络计算器，用于计算所述经补偿信号的包络，以产生第二包络信号；
误差计算器，用于将所述第一包络信号的平方根与所述第二包络信号进行比较，以产生误差信号；
自适应滤波器系数更新器，用于根据所述误差信号来计算自适应滤波器系数更新项和新的自适应滤波器系数，并向所述预失真自适应滤波器提供所述新的自适应滤波器系数，以使得所述预失真自适应滤波器将该新的自适应滤波器系数应用于下一级输入的音频输入信号；
动态残留边带调制器，用于动态地将所述经补偿信号调制到超声波频带，以产生调制信号；
超声波转换器模型部，用于对与一超声波转换器的频率特性对应的反向滤波器进行建模，并且将所述反向滤波器应用于所述调制信号，以产生滤波信号；
超声波放大器，用于放大所述滤波信号；以及
所述超声波转换器，用于将经放大的滤波信号转换为超声波信号。
2.根据权利要求1所述的超定向扬声器系统，其中，对所述自适应滤波器系数更新器应用最小均方型或者递归最小二乘型中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的超定向扬声器系统，其中，所述预失真自适应滤波器包括线性有限脉冲响应滤波器。
4.根据权利要求1所述的超定向扬声器系统，其中，使用通过用预定滤波器对所述超声波转换器进行建模而获得的该超声波转换器的频率特性来预先计算所述反向滤波器。
5.根据权利要求4所述的超定向扬声器系统，其中，所述预定滤波器包括有限脉冲响应滤波器。
6.一种超定向扬声器系统，该超定向扬声器系统包括：
自适应滤波器计算器，用于将当前输入的音频输入信号的包络与应用了自适应滤波器系数的包络进行比较，以获得应用于下一级输入的音频输入信号的新的自适应滤波器系数；
残留边带调制器，用于对应用了所述自适应滤波器系数的音频信号进行残留边带调制；以及
超声波转换器单元，用于将经调制的信号转换为超声波；
所述自适应滤波器计算器包括：
第一包络计算器，用于计算当前输入的音频输入信号的包络；
平方根运算器，用于计算由所述第一包络计算器计算出的第一包络信号的平方根，以产生所述第一包络信号的平方根信号；
预失真自适应滤波器，用于将所述自适应滤波器系数应用于当前输入的音频输入信号，以执行失真补偿并产生经补偿的信号；
第二包络计算器，用于计算所述经补偿信号的包络，以产生第二包络信号；
误差计算器，用于将所述第一包络信号的平方根与所述第二包络信号进行比较，以产生误差信号；以及
自适应滤波器系数更新器，用于根据所述误差信号来计算自适应滤波器系数更新项和所述新的自适应滤波器系数，以使得所述预失真自适应滤波器将该新的自适应滤波器系数应用于下一级输入的音频输入信号；
其中，所述残留边带调制器动态地将所述经补偿信号调制到超声波频带，以产生调制信号，并且
其中，所述超声波转换器单元包括：
超声波转换器模型部，用于对与一超声波转换器的频率特性对应的反向滤波器进行建模，并且将所述反向滤波器应用于所述调制信号，以产生滤波信号；
超声波放大器，用于放大所述滤波信号；以及
所述超声波转换器，用于将经放大的滤波信号转换为超声波信号。
7.一种超定向扬声器的信号处理方法，该信号处理方法包括以下步骤：
(a)计算当前输入的音频输入信号的包络，以产生第一包络信号；
(b)产生所述第一包络信号的平方根信号；
(c)应用自适应滤波器系数，通过进行预失真补偿来产生经补偿的信号；
(d)产生所述经补偿信号的包络信号；
(e)将所述平方根信号与所述经补偿信号的包络信号进行比较，以产生误差信号；
(f)根据所述误差信号计算自适应滤波器系数更新项和应用于下一级输入的音频输入信号的新的自适应滤波器系数；
(g)对所述经补偿信号进行动态残留边带调制，以产生调制信号；
(h)使用与一超声波转换器对应的反向滤波器对所述调制信号进行滤波；
(i)对经滤波的信号进行超声波放大；以及
(j)将经放大的滤波信号转换为超声波信号。
8.根据权利要求7所述的信号处理方法，该信号处理方法还包括以下步骤：使所述超声波信号在空气中受到非线性解调，以将所述超声波信号转换为声学音频输出。
9.根据权利要求7所述的信号处理方法，其中，根据通过用预定滤波器对所述超声波转换器进行建模而获得的该超声波转换器的频率特性来计算所述反向滤波器。
CN2006101494818A 2005-11-21 2006-11-21 超定向扬声器系统及其信号处理方法 Expired - Fee Related CN1972525B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2005-0111146 2005-11-21
KR1020050111146 2005-11-21
KR1020050111146A KR100622078B1 (ko) 2005-11-21 2005-11-21 초지향성 스피커 시스템 및 신호처리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1972525A CN1972525A (zh) 2007-05-30
CN1972525B true CN1972525B (zh) 2011-12-07

Family

ID=37624591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101494818A Expired - Fee Related CN1972525B (zh) 2005-11-21 2006-11-21 超定向扬声器系统及其信号处理方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7929715B2 (zh)
EP (1) EP1791390B1 (zh)
JP (1) JP2007143157A (zh)
KR (1) KR100622078B1 (zh)
CN (1) CN1972525B (zh)
AT (1) ATE544301T1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9219960B2 (en) 2009-12-16 2015-12-22 Trigence Semiconductor Inc. Acoustic playback system
US9226053B2 (en) 2008-06-16 2015-12-29 Trigence Semiconductor, Inc. Digital speaker driving apparatus
US9276540B2 (en) 2006-05-21 2016-03-01 Trigence Semiconductors, Inc. Digital/analogue conversion apparatus
US9300310B2 (en) 2009-12-09 2016-03-29 Trigence Semiconductor, Inc. Selection device

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009054930A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-30 Wms Gaming Inc. Wagering game table audio system
JP4506873B2 (ja) * 2008-05-08 2010-07-21 ソニー株式会社 信号処理装置、信号処理方法
KR101128353B1 (ko) 2009-05-11 2012-03-27 제주대학교 산학협력단 블록단위 신호검출에 기반의 고효율 고지향성 스피커 시스템 및 신호처리 방법
KR101127035B1 (ko) * 2009-07-15 2012-03-26 국방과학연구소 자동 고지향 음향 시스템의 신호처리장치 및 신호처리방법
US8891783B2 (en) 2009-08-25 2014-11-18 Nanyang Technological University Directional sound system
US20120314872A1 (en) * 2010-01-19 2012-12-13 Ee Leng Tan System and method for processing an input signal to produce 3d audio effects
CN102185636A (zh) * 2011-03-16 2011-09-14 杭州华韵天略电子科技有限公司 利用线性调频信号调制解调声波的方法及系统
KR101947066B1 (ko) 2011-09-15 2019-02-12 인텔 코포레이션 전치 왜곡 선형화 통신 시스템 및 송신기의 전치 왜곡 선형화 방법
US9462370B2 (en) 2012-02-08 2016-10-04 Kyushu Institute Of Technology Muting device
JP6213916B2 (ja) * 2013-09-27 2017-10-18 国立大学法人九州工業大学 指向性音響システム
US9432785B2 (en) * 2014-12-10 2016-08-30 Turtle Beach Corporation Error correction for ultrasonic audio systems
KR101691078B1 (ko) 2015-12-24 2016-12-29 포항공과대학교 산학협력단 초음파를 이용한 특정 가청구역 마이크로폰
CN105979437A (zh) * 2016-07-13 2016-09-28 微鲸科技有限公司 音频播放装置以及音频系统
KR101882140B1 (ko) * 2017-04-25 2018-07-26 주식회사 제이디솔루션 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템
WO2018199347A1 (ko) * 2017-04-25 2018-11-01 주식회사 제이디솔루션 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템
KR101857390B1 (ko) * 2017-06-26 2018-05-11 김옥경 컬럼 스피커의 지향성패턴 조절장치
KR101859951B1 (ko) * 2017-07-03 2018-05-21 김옥경 스피커의 수직지향성 조절장치
US10672416B2 (en) * 2017-10-20 2020-06-02 Board Of Trustees Of The University Of Illinois Causing microphones to detect inaudible sounds and defense against inaudible attacks
KR102013068B1 (ko) 2018-05-04 2019-08-21 주식회사 제이디솔루션 안정성이 증가된 초지향성 스피커 회로
KR102001778B1 (ko) 2018-05-23 2019-07-18 주식회사 제이디솔루션 개선된 초음파 초지향성 스피커 시스템 및 이를 위한 주파수 변조 처리 방법
KR101981576B1 (ko) 2018-10-29 2019-05-23 캐치플로우(주) 초지향성 초음파 스피커 장치의 다이나믹레인지 제어 방법 및 이를 구비한 초지향성 초음파 스피커 장치
KR101981575B1 (ko) 2018-10-29 2019-05-23 캐치플로우(주) 초지향성 초음파 스피커 장치의 음질개선 방법 및 이를 구비한 초음파 스피커 장치
KR102077472B1 (ko) 2018-12-28 2020-02-14 캐치플로우(주) 초지향성 초음파 스피커의 개선된 오디오 신호처리 방법 및 이를 구비한 초음파 스피커 장치
KR102022962B1 (ko) 2019-05-08 2019-09-19 캐치플로우(주) 하이브리드 초지향성 스피커
CN110267161A (zh) * 2019-06-17 2019-09-20 重庆清文科技有限公司 一种定向声音失真矫正方法和装置
CN110784799B (zh) * 2019-10-29 2021-01-22 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种声音定向传输方法及系统
KR102235797B1 (ko) 2019-12-04 2021-04-02 주식회사 제이디솔루션 초지향성 스피커를 이용한 사운드 태그 시스템
KR102236404B1 (ko) 2019-12-31 2021-04-05 주식회사 제이디솔루션 초지향성 스피커를 이용한 대중교통수단 운임결제용 사운드 태그 시스템
KR102402706B1 (ko) 2020-07-10 2022-05-26 (주)쏘티 초지향성 스피커를 이용한 사운드 태그 시스템 및 이에 사용되는 스피커
CN113395637B (zh) * 2021-06-10 2022-09-09 上海傅硅电子科技有限公司 一种音频功放芯片输出电压的控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1061770A2 (en) * 1999-06-14 2000-12-20 Nokia Mobile Phones Ltd. Audio apparatus
CN1378764A (zh) * 1999-08-26 2002-11-06 美国技术公司 用于参数扬声器系统的调制器处理

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5093602A (zh) * 1973-12-20 1975-07-25
US6573948B1 (en) * 1999-06-25 2003-06-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Equalizing intermediate-frequency signals before demodulating them in a digital television receiver
US7343017B2 (en) * 1999-08-26 2008-03-11 American Technology Corporation System for playback of pre-encoded signals through a parametric loudspeaker system
US6631197B1 (en) 2000-07-24 2003-10-07 Gn Resound North America Corporation Wide audio bandwidth transduction method and device
US7054359B2 (en) * 2001-06-05 2006-05-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. VSV-MOE pre-equalizer for 8-VSB DTV
SG98479A1 (en) 2002-03-18 2003-09-19 Sony Electronics Singapore Pte Methods and devices for preprocessing signals for a loudspeaker
KR200355341Y1 (ko) 2004-04-02 2004-07-06 주식회사 솔리토닉스 초음파 스피커 시스템을 구비하는 이동통신 단말기용 보드

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1061770A2 (en) * 1999-06-14 2000-12-20 Nokia Mobile Phones Ltd. Audio apparatus
CN1378764A (zh) * 1999-08-26 2002-11-06 美国技术公司 用于参数扬声器系统的调制器处理

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9276540B2 (en) 2006-05-21 2016-03-01 Trigence Semiconductors, Inc. Digital/analogue conversion apparatus
US9681231B2 (en) 2006-05-21 2017-06-13 Trigence Semiconductor, Inc. Digital/analog conversion apparatus
US9226053B2 (en) 2008-06-16 2015-12-29 Trigence Semiconductor, Inc. Digital speaker driving apparatus
US9693136B2 (en) 2008-06-16 2017-06-27 Trigence Semiconductor Inc. Digital speaker driving apparatus
US9300310B2 (en) 2009-12-09 2016-03-29 Trigence Semiconductor, Inc. Selection device
US9735796B2 (en) 2009-12-09 2017-08-15 Trigence Semiconductor, Inc. Selection device
US9219960B2 (en) 2009-12-16 2015-12-22 Trigence Semiconductor Inc. Acoustic playback system
US9544691B2 (en) 2009-12-16 2017-01-10 Trigence Semiconductor, Inc. Acoustic playback system

Also Published As

Publication number Publication date
ATE544301T1 (de) 2012-02-15
KR100622078B1 (ko) 2006-09-13
JP2007143157A (ja) 2007-06-07
EP1791390A3 (en) 2009-09-23
EP1791390A2 (en) 2007-05-30
US20070121968A1 (en) 2007-05-31
US7929715B2 (en) 2011-04-19
EP1791390B1 (en) 2012-02-01
CN1972525A (zh) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1972525B (zh) 超定向扬声器系统及其信号处理方法
US8891783B2 (en) Directional sound system
US10015593B2 (en) Digital signal processor for audio extensions and correction of nonlinear distortions in loudspeakers
US6584205B1 (en) Modulator processing for a parametric speaker system
JP4777980B2 (ja) スピーカをイコライズする方法及び装置
US20060159283A1 (en) Method and apparatus for audio bass enhancement
JP6559237B2 (ja) 超音波によるオーディオシステムのエラー訂正
US9078062B2 (en) Driving of parametric loudspeakers
JP2007143157A5 (zh)
KR101981575B1 (ko) 초지향성 초음파 스피커 장치의 음질개선 방법 및 이를 구비한 초음파 스피커 장치
US8854128B2 (en) Amplifying device and signal processing device
CN112584276B (zh) 参量阵扬声器声失真频域矫正方法及系统
KR101882140B1 (ko) 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템
CN111741409A (zh) 扬声器的非线性补偿方法、扬声器设备、装置和存储介质
KR101128353B1 (ko) 블록단위 신호검출에 기반의 고효율 고지향성 스피커 시스템 및 신호처리 방법
RU2778274C1 (ru) Способ обработки аудиосигнала
JP7348951B2 (ja) 音声信号処理方法及びデバイス
JP2008048372A (ja) 音響信号の明瞭度、弁別性能向上技術
Ji et al. Inverse system design based on the Volterra modeling of a parametric loudspeaker system
KR20060027637A (ko) 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법
Lashkari The Effect of DC Biasing on Nonlinear Compensation of Small Loudspeakers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20090116

Address after: Gyeongnam, South Korea

Applicant after: Solitonix Co., Ltd.

Address before: Seoul, South Kerean

Applicant before: Solitonix Co., Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SONIKASITE CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SORITONIX CO., LTD.

Effective date: 20090116

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: JD SOLUTION INC.

Free format text: FORMER OWNER: SONICAST INC.

Effective date: 20130321

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130321

Address after: Seoul, South Kerean

Patentee after: JD Solutions Ltd

Address before: Gyeongnam, South Korea

Patentee before: Solitonix Co., Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: BEIJING TIANYU HUAXING AVIATION TECHNOLOGY CO., LT

Free format text: FORMER OWNER: JD SOLUTION INC.

Effective date: 20140312

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; TO: 100015 CHAOYANG, BEIJING

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140312

Address after: 100015, Beijing, Jiuxianqiao, Chaoyang District East Road, No. 1, M6 building, West three

Patentee after: Beijing Tianyu Huaxing Aviation Technology Co., Ltd.

Address before: Seoul, South Kerean

Patentee before: JD Solutions Ltd

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Ultra directional speaker system and signal processing method thereof

Effective date of registration: 20150421

Granted publication date: 20111207

Pledgee: Qiaoxi District brocade electronic products distributors

Pledgor: Beijing Tianyu Huaxing Aviation Technology Co., Ltd.

Registration number: 2015990000304

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20150706

Granted publication date: 20111207

Pledgee: Qiaoxi District brocade electronic products distributors

Pledgor: Beijing Tianyu Huaxing Aviation Technology Co., Ltd.

Registration number: 2015990000304

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151015

Address after: 050000 room A2020, No. 176, South China Street, Qiaoxi District, Hebei, China

Patentee after: Qiaoxi District brocade electronic products distributors

Address before: 100015, Beijing, Jiuxianqiao, Chaoyang District East Road, No. 1, M6 building, West three

Patentee before: Beijing Tianyu Huaxing Aviation Technology Co., Ltd.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20161213

Address after: 050000 Shijiazhuang province high tech Zone, Yangtze River Road, No., run the headquarters of the international building, room 5, No. 201, room 319

Patentee after: Shijiazhuang Seoul voiceprint Technology Co. Ltd.

Address before: 050000 room A2020, No. 176, South China Street, Qiaoxi District, Hebei, China

Patentee before: Qiaoxi District brocade electronic products distributors

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111207

Termination date: 20181121

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee