CN217063990U - 音频调幅电路及超声定向音箱 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种音频调幅电路及超声定向音箱，音频调幅电路包括音频信号输入模块、第一运算放大器、第二运算放大器、模拟开关和控制器，音频信号输入模块用于获取音频信号，第一运算放大器用于对音频信号进行正向放大，第二运算放大器用于对音频信号进行反向放大，控制器用于生成载波信号，并控制输出端口与第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在输出端口与第一模拟输入端口导通时，载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在输出端口与第二模拟输入端口导通时，载波信号与反向放大的音频信号进行调制，实现载波消除，极大的提高系统的能量效率，而且电路结构简单，成本较低。

Description

音频调幅电路及超声定向音箱

技术领域

本申请属于超声定向音箱技术领域，具体涉及一种音频调幅电路及超声定向音箱。

背景技术

由于超声波具有较强的方向性，音频信号经超声波调制后发出，在介质内(气体、液体、固体)自解调还原出音频，从而能够实现音频的定向传播。超声定向音箱是指把超声波探头作为喇叭，把音频(0～10kHz)加载到超声频率(25kHz～2MHz)上形成调制信号，调制信号经过功率放大，送到超声探头并发射出去的系统。人耳接收到上述的超声信号后，由于空气和人耳的非线性作用，人耳能听到上述被加载到超声上的音频。由于超声的定向传输特性，人耳只能在超声波探头喇叭正前方的一定范围内听到声音，其他范围几乎听不到声音，因此，可以防止声波朝四面辐射出去，对周围环境造成噪声污染。

现有超声定向音箱通常使用模拟混频器或乘法器进行信号的调幅。但是模拟混频器和乘法器价格昂贵，使得超声定向音箱的成本较高，且由于难以实现载波消除，导致系统能量效率很低。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服传统超声定向音箱使用模拟混频器或乘法器进行信号的调幅造成超声定向音箱的成本较高，且系统能量效率很低的问题，本申请提供一种音频调幅电路及超声定向音箱。

第一方面，本申请提供一种音频调幅电路，包括：

音频信号输入模块、第一运算放大器、第二运算放大器、模拟开关和控制器；

所述音频信号输入模块用于获取音频信号；

所述第一运算放大器用于对所述音频信号进行正向放大，所述第二运算放大器用于对所述音频信号进行反向放大；

所述模拟开关包括第一模拟输入端口、第二模拟输入端口和输出端口；

所述控制器用于生成载波信号，并控制所述输出端口与所述第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在所述输出端口与所述第一模拟输入端口导通时，所述载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在所述输出端口与所述第二模拟输入端口导通时，所述载波信号与反向放大的音频信号进行调制。

进一步的，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的参考电压相等，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出电压以参考电压为中心上下对称。

进一步的，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器串联连接，所述第一运算放大器为第一级运算放大器，与所述音频信号输入模块连接，所述第二运算放大器为第二级运算放大器，与所述第一级运算放大器连接。

进一步的，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器并联连接，所述第一运算放大器和第二运算放大器分别与所述音频信号输入模块连接。

进一步的，所述载波信号为40kHz占空比为50％的方波信号。

进一步的，所述控制器为：

单片机、FPGA、DSP、振荡器和时钟芯片中的一种。

进一步的，所述模拟开关还包括；

控制端口，所述控制端口用于输入所述载波信号。

第二方面，本申请提供一种超声定向音箱，包括：

如第一方面所述的音频调幅电路。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例提供的音频调幅电路及超声定向音箱，音频调幅电路包括音频信号输入模块、第一运算放大器、第二运算放大器、模拟开关和控制器，音频信号输入模块用于获取音频信号，第一运算放大器用于对音频信号进行正向放大，第二运算放大器用于对音频信号进行反向放大，模拟开关包括第一模拟输入端口、第二模拟输入端口和输出端口；控制器用于生成载波信号，并控制输出端口与第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在输出端口与第一模拟输入端口导通时，载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在输出端口与第二模拟输入端口导通时，载波信号与反向放大的音频信号进行调制，实现对音频信号的对称斩波调幅，实现载波消除，极大的提高系统的能量效率，而且电路结构简单，成本较低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请一个实施例提供的一种音频调幅电路的功能结构图。

图2为本申请一个实施例提供的一种输入音频信号波形图。

图3为本申请一个实施例提供的第一模拟输入端口与第二模拟输入端口的输入波形图。

图4为本申请一个实施例提供的一种载波信号波形图。

图5为本申请一个实施例提供的一种调幅信号波形图。

图6为本申请一个实施例提供的一种调幅信号频谱图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

图1为本申请一个实施例提供的音频调幅电路的电路图，如图1所示，该音频调幅电路，包括：

音频信号输入模块1、第一运算放大器2、第二运算放大器3、模拟开关4和控制器5；

音频信号输入模块1用于获取音频信号；

第一运算放大器2用于对音频信号进行正向放大，第二运算放大器3用于对音频信号进行反向放大；

模拟开关4包括第一模拟输入端口、第二模拟输入端口和输出端口；

控制器5用于生成载波信号，并控制输出端口与第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在输出端口与第一模拟输入端口导通时，载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在输出端口与所述第二模拟输入端口导通时，载波信号与反向放大的音频信号进行调制。

传统的超声定向音箱通常使用模拟混频器或乘法器进行信号的调幅。但是模拟混频器和乘法器价格昂贵，使得超声定向音箱的成本较高，且由于难以实现载波消除，导致系统能量效率很低。

本实施例中，音频调幅电路包括音频信号输入模块、第一运算放大器、第二运算放大器、模拟开关和控制器，音频信号输入模块用于获取音频信号，第一运算放大器用于对音频信号进行正向放大，第二运算放大器用于对音频信号进行反向放大，模拟开关包括第一模拟输入端口、第二模拟输入端口和输出端口；控制器用于生成载波信号，并控制输出端口与第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在输出端口与第一模拟输入端口导通时，载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在输出端口与第二模拟输入端口导通时，载波信号与反向放大的音频信号进行调制，实现对音频信号的对称斩波调幅，实现载波消除，极大的提高系统的能量效率，而且电路结构简单，成本较低。

一些实施例中，第一运算放大器2和第二运算放大器3的参考电压相等，第一运算放大器2和第二运算放大器3的输出电压以参考电压为中心上下对称。

第一运算放大器2和第二运算放大器3串联连接，第一运算放大器2为第一级运算放大器，与音频信号输入模块连接，第二运算放大器3为第二级运算放大器，与第一级运算放大器连接。

一些实施例中，第一运算放大器2和第二运算放大器3并联连接，第一运算放大器2和第二运算放大器3分别与音频信号输入模块1连接。

一些实施例中，载波信号为40kHz占空比为50％的方波信号。

一些实施例中，控制器5为单片机、FPGA、DSP、振荡器和时钟芯片中的一种。

一些实施例中，模拟开关4还包括；

控制端口，控制端口用于输入载波信号。

对音频调幅电路调制原理进行举例说明：假定输入的音频信号是1kHz的正弦波，信号波形如图2所示，VREF是参考电压，决定运放输出的直流中间电平。U1为第一放大器，对输入的音频信号进行缓冲正向放大。U2为第二放大器，对U1的输出电压进行反向放大。U1的输出电压和U2的输出电压是等幅反相的，即以参考电压为中心上下对称，信号波形如图3所示。第一运算放大器2、第二运算放大器3的输出端分别接到模拟开关4的2个模拟输入端口，即NO端口和NC端口。模拟开关4的模拟公共端口即图中COM端口为输出端口。

控制器5产生频率为40kHz，占空比为50％方波作为载波信号，载波信号波形如图4所示，并将载波信号输入模拟开关的控制端口(图1中模拟开关4的SEL端口)。40kHz的方波信号控制COM端口分别与NO端口和NC端口轮流导通和断开，实现对音频信号的斩波调幅。

调幅信号输出波形如图5所示。由于以上电路为对称斩波调幅，因此可以实现载波消除，输出的信号频谱中几乎不含40kHz的载波成分，其频谱的主要成分为载波两侧的调制边带，如图6所示。由于载波不含有用信息，以上调幅电路消除载波后，只传递含有有用信息的边带信号，因此能极大提供系统的能量利用率。

本实施例提供一种超声定向音箱，包括：上述实施例所述的音频调幅电路。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

需要说明的是，本实用新型不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种音频调幅电路，其特征在于，包括：

音频信号输入模块、第一运算放大器、第二运算放大器、模拟开关和控制器；

所述音频信号输入模块用于获取音频信号；

所述第一运算放大器用于对所述音频信号进行正向放大，所述第二运算放大器用于对所述音频信号进行反向放大；

所述模拟开关包括第一模拟输入端口、第二模拟输入端口和输出端口；

所述控制器用于生成载波信号，并控制所述输出端口与所述第一模拟输入端口和第二模拟输入端口轮流导通，在所述输出端口与所述第一模拟输入端口导通时，所述载波信号与正向放大的音频信号进行调制，在所述输出端口与所述第二模拟输入端口导通时，所述载波信号与反向放大的音频信号进行调制。

2.根据权利要求1所述的音频调幅电路，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的参考电压相等，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出电压以参考电压为中心上下对称。

3.根据权利要求2所述的音频调幅电路，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器串联连接，所述第一运算放大器为第一级运算放大器，与所述音频信号输入模块连接，所述第二运算放大器为第二级运算放大器，与所述第一级运算放大器连接。

4.根据权利要求2所述的音频调幅电路，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器并联连接，所述第一运算放大器和第二运算放大器分别与所述音频信号输入模块连接。

5.根据权利要求1所述的音频调幅电路，其特征在于，所述载波信号为40kHz占空比为50％的方波信号。

6.根据权利要求1所述的音频调幅电路，其特征在于，所述控制器为：

单片机、FPGA、DSP、振荡器和时钟芯片中的一种。

7.根据权利要求1所述的音频调幅电路，其特征在于，所述模拟开关还包括；

控制端口，所述控制端口用于输入所述载波信号。

8.一种超声定向音箱，其特征在于，包括：

如权利要求1～6任一项所述的音频调幅电路。

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