[发明专利]阵列式声频定向超声波扬声器

说明书

技术领域

阵列式声频定向超声波扬声器，属于电子技术领域，特别涉及扬声器领域。具体的说，本发明涉及直接产生压缩超声波，并通过两列超声波的交互作用产生新的压缩声波，所述的两列压缩超声波的频率差值对应于产生的新压缩声波的频率。

背景技术

传统的扬声器是基于一种线形模型，即空气介质的吸收能量与产生的声波呈线性关系。扬声器直接向空气中辐射频率在可听声频段范围内的不具有指向性的声波。

当今社会对具有高指向性的扬声器的需求与日俱增，传统的扬声器难以实现高指向性。由于超声波的一个重要特征就是在空气中传播时具有高的指向性，因此超声波技术可以应用在这一方面。但是超声波的频段范围超过了人耳的可接收的音频范围。因此，可将可听声波(频率20KHz以内)调制到超声波上来，通过超声波的高指向性，将可听声以集束的方式送出。在传送的过程中，该调制超声波与空气发生相互作用，称作“自解调”，将可听声解调出来，这一过程实现了可听声以集束的方式传递的作用，而超声波由于其频率高，在空气中逐渐衰减消失掉。

现有的声频定向扬声器由于其制造成本高且工艺复杂，难以制成大功率、高辐射声压、高指向性、高电声效率的声频定向扬声器。

为了实现高指向性、较好的自解调结果、长距离传输、高声压输出、大功率输出等效果，本发明的声频定向超声波扬声器不同于现有的声频定向扬声器所采用的整体式结构，而是将若干个独立的发射单元采用一种特殊设计的方式阵列组合而成。一般，阵列单元的数量越多，其可传播的距离越长，输出的声压也越大。并且音响失真的情形也较小，指向性也越好。但是由于超声波的波长比声源要小的多，所以需要很多个阵列单元，才能得到大声压输出和高指向性。

发明内容

本发明提供的阵列式声频定向超声波扬声器，相比传统的扬声器，能够产生高指向性的声音，可以依照传输的距离的远近和输出声压的大小来设置阵列单元的数量和排列方式。当阵列数目增加到一定的数目时，即使将不经过信号处理的音频信号经放大器放大之后，直接加到阵列式声频定向超声波扬声器上，经过扬声器辐射输出后同样可以产生具有高指向性的声音。

本发明的详细技术方案为：

阵列式声频定向超声波扬声器，包括：若干个扬声器阵列单元和固定板。

以上所述阵列式声频定向超声波扬声器，其特征在于，扬声器阵列单元均匀的固定排列在支座上，单元之间通过固定板上的导线彼此串联或并联连接在一起。

所述的固定板，其特征在于，固定板可以是金属板，非金属板。

所述的固定板，可以是方形平面薄板、圆形平面板、椭圆形平面板、抛物型曲面板、半球形或球冠型曲面板、圆柱形曲面板。

所述的阵列单元，其特征在于，由上压件、振动辐射材料和下压件三部分组成。

所述的阵列单元，其形状可以是圆形，方形，椭圆形或者任意正多边形。

所述的辐射材料的形状可以是平面，圆柱弧形面，波浪形弧形面，球冠面或者为半球面。

所述的辐射材料可以为电致伸缩材料或者磁致伸缩材料。

所述的电致伸缩材料可以是压电材料；所述的压电材料可以是压电晶体、压电陶瓷、PZT或者PVDF压电薄膜。

上述方案中，所说的固定板是整个装置的支撑件，所有的阵列单元安装在固定板上，电信号直接加在固定板上，通过固定板中的线路将电信号传输到每一个阵列单元上。所述的阵列单元，其上压件和下压件分别与辐射材料的上下表面固定连接，通过上下压件的夹持将辐射材料固定住，辐射材料的形状由压件表面的形状来保证。同时，上下压件作为两个正负电极将电信号加到辐射材料上，使之产生振动，将电信号转化为机械振动，向外辐射超声波。超声波经过空气中的非线性交互作用，产生低频的可听声信号。

附图说明

图1是本发明阵列式声频定向超声波扬声器的实施方式之一；

图2是本发明阵列式声频定向超声波扬声器的实施方式之二；

图3是本发明阵列式声频定向超声波扬声器的实施方式之三；

图4是本发明阵列式声频定向超声波扬声器的实施方式之四；

图5是本发明阵列式声频定向超声波扬声器的实施方式之五；

图6本发明中所采用的固定板的一种结构示意图；

图7是本发明中的阵列单元的实施方式之一；

图8是本发明中的阵列单元的实施方式之二；

图9是本发明中的阵列单元的实施方式之三；

图10是本发明中的阵列单元的实施方式之四；