[发明专利]一种可扩展、波束可控的定向声波发射装置

说明书

本发明公开一种可扩展、波束可控的定向声波发射装置，属于定向声波发射技术领域。本发明的定向声波发射装置包括音频数字化单元、信号处理单元、信号放大电路和参量阵阵列，其中，音频数字化单元与信号处理单元电连接，音频数字化单元用于将音频文件数字化处理，信号处理单元用于音频信号的预处理，调制和控制处理的实现，并将信号处理单元输出的调制信号经信号放大单元后再输出到后级的参量阵阵列，经参量阵列发射至非线性介质，通过非线性介质的非线性作用产生定向声波。本发明将声音定向投射到特定的区域，减少其他区域的声音干扰，降低噪声污染。

技术领域

本发明涉及定向声波发射技术领域，具体涉及一种种可扩展、波束可控的定向声波发射装置。

背景技术

噪声污染问题日益严重，越来越多的人开始了解并意识到这个“看不见的杀手”正在侵蚀着我们的身心健康。由于声波在空气中传播不具有指向性，因此人们的社会活动和传统扬声器发出的声音向四周扩散，容易造成噪声污染。噪声使人们在休息时得不到安静，尤为让人烦恼，极易引起邻里纠纷。传统的扬声器已经渐渐不能满足人们生活的各类特殊需要，越来越多的场合也需要一种声音传播具有高指向性，噪音污染小并且声音效果好的的扬声设备。基于线性声学理论，只有通过扬声器阵列和声聚焦才能形成定向发声装置，但是这会导致设备体积大，不易挪动，且只能在特定环境使用的限制，以及成本较高。采用非线性声学理论中参量阵构成定向发声装置低频指向性强，体积小易于携带可以使用于多种环境。

参量阵是通过换能器阵发出沿着同一方向的两列频率不等的高频超声波，在传播过程中通过介质的非线性效应，产生初始声波和频及差频。该差频声波具有良好的指向性。如申请号为CN201210576384.2，申请名称为“基于声参量阵声束反射的音频特效器”；以及申请号为CN201010538214.6，申请名称为“参量阵音频播放系统”的专利申请中，均公开了采用参量阵技术对音频进行播放的参量阵发声装置，虽然由于参量阵的技术特性，具有低频方向性好，但是现有的参量阵发声方案依然存在低频声压级低，波束可控性不足，可扩展性不够等技术问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有的参量阵差频声压级低且可扩展性不足的技术问题，提供一种用于降低噪声污染的可扩展、波束可控的定向声波发射装置，以适用于需要声波定向发射的应用场景。

本发明的一种可扩展、波束可控的定向声波发射装置，包括音频数字化单元、信号处理单元、信号放大单元和参量阵阵列；

音频数字化单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，所述音频数字化单元用于对音频文件进行数字化处理，如以SD(Secure Digital Memory Card)卡和/或网络为媒介存储数字化的音频信号；

信号处理单元，对输入的音频信号进行调制处理，并将调制信号输入后级的信号放大单元；

信号放大单元，用于对输入的调制信号进行功率放大处理，以驱动后级的参量阵阵列；

参量阵阵列，由多列的超声换能器构成阵列，每列均以同一型号且中心频率一致的超声换能器为组成单元，所述参量阵阵列将经信号放大单元的调制信号接入参量阵阵列的不同发射通道，经参量阵列发射至非线性介质(如空气、水等)，通过非线性介质的非线性作用产生波束可控的定向声波；

其中，信号处理单元包括：信号调制模块、调制信号数字化模块和波束形成单元；

信号调制模块，其输出端与调制信号数字化模块的输入端连接，用于对音频信号进行预处理(包括音频信号幅度的调整与调制系数的生成)和双边带调制(DSB)，并将双边带调制(DSB)信号输出到调制信号数字化模块；