[发明专利]一种声波远程定向聚束发射实现方法

说明书

本发明公开了一种声波远程定向聚束发射实现方法，属于声波的定向与聚束技术领域。为了实现声波的定向发射，需要设计信号调制，再利用功率放大器并对声波进行聚束以及超声波换能器，其结合空气无法忽略的非线性效力，降低声源的频率。本发明利用高声压级换能器阵列实现高强度声波的远距离定向传播，通过高强度噪声刺激，对具有潜在威胁的鸟禽、人群、车辆、船舶等进行喊话、警示和驱离。

技术领域

本发明涉及声波的定向与聚束技术领域，尤其涉及一种声波远程定向聚束发射实现方法。

背景技术

声波具有一般波动所共有的特征，也能产生发射、折射、衍射、干涉现象。从理论上讲，声波通常以声源为中心向四周传播，但实际上，声波在各个方向上的声压分布并不完全相同，其传播具有方向性。有强指向性的声源，发出的声波会以“波束”的形式传播。声源的辐射面积越大，其波束宽度越窄，指向性越强，当声源的有效面积远大于要传播声波的波长时，大部分声波会聚集在一个很窄的范围内。但是对于人耳可听的声波，要形成这一的波束，即使采用最短的波长也需要十米大小的扬声器。

声源的辐射面结构可以改变声波的传播方向，不同的传播形式，其声波的声压和波束形状受距离的影响时不同的。与声源指向性密切相关的另一个因素就是所传播声源的频率，频率越高，声波的发射角越小，指向性就越强。通过提高声源的频率，把声波的波长变得更小，可以获得良好的指向性，如超声波。但传播超声波等频率高声源，人耳又听不到，不具有实际应用价值。基于以上特性，我们提供一种声波远程定向聚束发射实现方法，以解决传统扬声器很难实现高指向性的缺点。

发明内容

针对现有技术的需求，提供一种声波远程定向聚束发射实现方法。

声音定向发射装置和扬声器有很大的区别，扬声器是向各个方向进行传播，没有固定的指向性，我们无论站在那个方位，都可以听清扬声器发出的声音，并且可以清楚的辨别出我们扬声器的位置。声音最大的地方就是喇叭口，随着距离的增加，音量下降很快，所以随距离平方成反比关系。声波定向发射具有很强的指向性，只要听者进入到指定的区域或反射的区域才能够听到声音。如果声波定向发射不是正对着工作者的话，可能会误以为声音是从别的地方传出来的。然后音量随着距离先是增加，然后再以比传统扬声器小得多的速率下降，左边的人听到的是直达声，右边的人听到的是反射声，右边的人会感觉到声源是从反射的地方发出来。

当声音波长大于声源的尺寸则声波无法定向传送，所以，必须声波长度小于声源尺寸。当信号的频率越高，对应的波长则会变短。所以需要调制声波频率使得波长小于发生器尺寸，从而可以在发生器尺寸不大的条件下获得定向发送声波的效果。

本发明利用小尺寸的声源并且通过降低声源的频率来完成声波的定向发射。

本发明的技术方案为：一个声波动向扬声器系统组成框，为了实现声波的定向发射，则需要设计信号调制，功率放大器并对声波进行聚束以及超声波换能器。其实现定向发射的步骤如下：

步骤1：声频信号发生器会进行模拟声源，发出声频信号。

步骤2：载波信号发生器产生超声波载波信号，会对信号调制器传送声频信号，并且还会单独向放大器传送超声波载波信号。

步骤3：声频信号加一路超声波载波信号送入信号调制器；另一路超声波载波直接送入功率放大器。

步骤4：将声波放大后，使得波束汇聚成束。

步骤5：将聚束后的两路信号送给超声波换能器向空间定向发射。

进一步的，在本方法中，非线性声学不可忽略，较为重要。现代的强力喷气发动机以及其它强功率机器发出的声音的声压级可达160dB～180dB甚至更大。以180dB为例，它相当于2.8×104N/m2的声压振幅值，其相应的质点速度幅值为67m/s这时声压和质点速度的振幅相对于大气压强和声速来说就已不能认为是很小以至于可忽略不计，自然，此时线性化条件不再成立。