[发明专利]参量阵扬声器及其信号处理方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种强指向性参量阵扬声器，将音频信号与超声载波信号进行调制，利用超声载波的强指向性得到强指向性的音频信号波束，具体指一种参量阵扬声器及其信号处理方法。

【背景技术】

早在上世纪60年代提出参量阵的概念至今，参量阵理论逐步应用到扬声器领域，并已出现相关产品。参量阵扬声器的原理不同于一般意义上的扬声器，其原理是利用超声载波在空气介质中传播时的非线性效应生成音频信号，当两列不同频率超声波沿同一方向传播时，产生的差频信号可为人耳察觉，从而实现扬声器的功能。

参量阵扬声器的实现，一般如图1所示，可简要表述为：首先对输入的音频信号进行信号处理，其中信号处理主要分两步，第一步是失真预处理，第二步是将预处理过的音频信号与超声载波信号进行振幅调制，生成超声载波调制信号；然后将该调制信号用功率放大器进行功率放大后，通过超声换能器将超声波发射到空气中，利用该信号在空气中传播时产生的非线性效应自我解调重新生成音频信号，被人耳听见。在参量阵扬声器的体系结构中，信号处理部分是参量阵扬声器实现和进一步发展的关键之一。

在信号处理过程中，载波调制的作用是将预处理过的音频信号与超声载波信号进行振幅调制，生成超声载波调制信号。其基本结构如图2所示，载波调制的基本方法之一是双边带DSB(double sideband)调制。假设包络信号E(t)，预处理信号为E₁(t)，超声载波信号U(t)，则DSB已调制载波信号为E₁(t)×U(t)，在载波频率两边成双边带分布，经过功率放大和超声换能器发射高强度超声载波调制信号。由于频谱中出现了很多的谐波，故调制放大后信号经超声换能器在超声发射阵的辐射能力低，导致发射出的超声载波信号能量要小，在空气中解调的音频信号也小。即超声辐射频率响应满足输出稳定足够的信号，这势必影响参量阵扬声器的性能。

【发明内容】

本发明的目的在于解决参量阵扬声器输出的超声载波调制信号不能产生稳定足够信号的问题，而提出一种参量阵扬声器及其信号处理方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种参量阵扬声器，包括基板及固定在基板上的超声换能器，在基板上组成阵列的超声换能器采用不同固有频率的超声换能器单元组成。

优选的，超声换能器单元排列成行列式或同心环状，相邻行列或环形的超声换能器单元的固有频率是不同的。

如上述参量阵扬声器的信号处理方法，包括以下步骤：

对输入的音频信号进行失真预处理；

将处理过的音频信号进行振幅调制，生成超声载波调制信号；

将超声载波调制信号用功率放大器进行功率放大后，通过超声换能器参量阵列发射；

其中，功率放大器放超声载波调制信号放大后，通过带有至少二种固有频率的超声换能器组成的参量阵列发射，以增强超声辐射强度。

本发明一种参量阵扬声器及其信号处理方法，采用不同频率的换能器单元组成发射阵列，发射功率放大后的超声载波调制信号，以增强超声辐射强度，稳定输出信号，使音频信号选择合适的载波频率，从而扩展音频频响，改善扬声器性能，可广泛的应用控制噪声干扰的场合。

【附图说明】

图1为本发明参量阵扬声器的体系结构图；

图2为本发明信号处理中载波调制结构示意图；

图3为本发明一实施例超声换能器发射阵超声辐射频响图；

图4为图3的超声换能器发射阵的频响图。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明作详细说明。