改进的参量换能器及相关方法
【技术领域】
[0001] 本公开大致涉及参量扬声器。更具体地，一些实施例涉及一种超薄超声波发射器。
【背景技术】
[0002] 非线性转换是由将高密度的音频调制的超声信号充分地引入到空气柱中引起的。 自解调或下转换沿着空气柱出现，导致产生听得见的声频信号。此过程的发生是由于已知 的物理原理，即当具有不同频率的两个声波在相同的介质中同时辐射时，由两个声波的非 线性（参数）相互作用产生包括两个频率的总和与差值的调制波形。当两个原始声波是超 声波并且它们之间的差值被选为音频时，听得见的声音能够由参数相互作用生成。
[0003]参量音频再现系统通过发生在介质（空气）中的非线性过程中的两个声频信号的 外差产生声音。声频信号通常在超声频率范围内。介质的非线性导致由介质产生的声频信 号，该声频信号是音频信号的总和与差值。因此，通过频率隔开的两个音频信号能够导致差 值音调，其在人类听觉的60Hz到20,OOOHz的范围内。
【发明内容】
[0004]本文描述的技术的实施例包括超声波音频扬声器系统，其包括发射器和驱动器。 在各种实施例中，发射器包括具有导电表面的第一层；具有导电表面的第二层；和设置在 第一导电表面和第二导电表面之间的绝缘层，其中，第一层和第二层与绝缘层以接触关系 设置。驱动器电路能够包括两个输入端和两个输出端，输入端配置为经耦合以从放大器接 收音频调制的超声信号，其中，第一输出端耦合到第一层的导电表面，并且第二输出端耦合 到第二层的导电表面。
[0005]使用金属化膜能够制造任意一个导电表面或两个导电表面，其中，金属化导电表 面设置在金属化膜中的膜衬底上。该衬底能够是，例如，聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙 二醇酯（PET)、轴向定向的聚对苯二甲酸乙二醇酯、双轴向聚对苯二甲酸乙二醇酯（如聚酯 薄膜、聚酯薄膜或聚对苯二甲酸乙二酯）、kapton或其他衬底。绝缘层能够是金属化膜的衬 底或其能够是单独的绝缘层。
[0006]在各种实施例中，超声波发射器进一步包括邻近第一导电层设置的屏（screen) 或光栅（grating)。在一些实施例中，第一导电层包括金属化膜，并且第二导电层包括导电 光栅。在进一步的实施例中，第二导电层包括导电光栅。
[0007]根据下面详细的说明，结合附图，本发明的其他特征和方面将变得明显，其中附图 通过示例的方式示出根据本发明的实施例的特征。本
【发明内容】
目的不在于限制本发明的范 围，本发明的范围由所附的权利要求书单独限定。
【附图说明】
[0008]根据一个或更多不同的实施例，参考附图详细地描述本发明。用于说明目的提供 的附图仅仅只是描述本发明的典型或示例的实施例。提供这些附图以助于读者对本文描述 的系统和方法的理解，并且不应当认为是限制所要求保护的发明的广度、范围或适用性。
[0009] 根据不同的视角，本文所包括的一些附图示出本发明的各种实施例。虽然，伴随的 描述性文本可能将其中所描述的元件称为在装置的"顶部"、"底部"或"侧面"上，但是这种 引用仅是说明性的，而不暗示或要求本发明在具体的空间定位中实施或使用，除非以其他 方式明确声明。
[0010] 图1是示出适于使用本文描述的发射器技术的超声波声音系统的示意图。
[0011] 图2是示出适于使用本文描述的发射器技术的另一个信号处理系统的示例的示 意图。
[0012] 图3是示出根据本文描述的技术的一个实施例的示例发射器的放大图。
[0013] 图4是示出根据图3中所示的示例的装配好的发射器的截面图的示意图。
[0014] 图5是示出根据本文描述的技术的一个实施例的超声波发射器的另一个示例配 置的示意图。
[0015] 图6a是示出能够用来驱动本文所公开的发射器的简单驱动器电路的示例的示意 图。
[0016] 图6b是示出能够用来构成罐形磁心电感器的罐形磁心的示例的剖面图的示意 图。
[0017] 图7是示出根据本文描述的技术的一个实施例的另一个示例发射器配置的示意 图。
[0018] 图8是示出根据本文描述的技术的一个实施例的另一个示例发射器配置的示意 图。
[0019] 图9a和图IOa是示出在弧形配置中的发射器的示例的示意图。
[0020] 图9b和图IOb是示出在圆柱形配置中的发射器的示例的示意图。
[0021] 附图目的不在于穷尽或将本发明限制为公开的精确的形式。应当理解，本发明能 够借助修改和改变而实践，并且本发明仅由权利要求及其等效物限定。
【具体实施方式】
[0022] 本文描述的系统和方法的实施例提供用于各种不同应用的特超声（HSS)音频系 统或其他超声波音频系统。特定实施例提供薄膜超声波发射器用于超声载波音频应用。
[0023] 图1是示出适于使用本文描述的系统和方法的超声波声音系统的示意图。在此示 例性超声波系统1中，接收来自音频源2 (如，例如，麦克风、存储器、数据存储装置、流媒体 源、CD、DVD或其他音频源）的音频内容。音频内容可以被解码并且从数字形式转换为模拟 形式，这取决于源。使用调制器将由音频系统1接收的音频内容调制到频率fl的超声载波 上。调制器通常包括用于生成超声载波信号的本地振荡器3和将音频信号乘以载波信号的 乘法器4。结果信号是具有在频率H处的载波的双边带信号或单边带信号。在一些实施例 中，信号是参量超声波或HSS信号。在大多数情况下，所使用的调制方案是幅值调制或AM。 AM能够通过将超声载波乘以信息运载信号（在这种情况下是音频信号）实现。已调制信号 的频谱具有两个边带，即上边带和下边带，其相对于载波频率和载波本身是对称的。
[0024] 已调制超声波信号被提供到换能器6,其将超声波发射到产生超声波7的空气中。 当通过转换器以足够高的声压水平回放信号时，由于"播放"或传输它的空气的非线性表 现，信号中的载波与边带（一个或更多）混合以解调信号并且再现音频内容。这有时被称 为自解调。因此，即使针对单边带实施方式，还是包括载波和发射的信号，从而自解调能够 发生。虽然在图3中的系统使用单个换能器发射单个信道的音频内容，但是本领域技术人 员在阅读此说明书之后将理解多个混频器、放大器和换能器能够怎样用于使用超声载波传 输多个信道的音频。
[0025] 适于使用本文描述的技术的信号处理系统10的一个示例在图2中示意性地示出。 在此实施例中，各种处理电路或部件按照根据一个实施方式布置的顺序（相对于信号的处 理路径）示出。应当理解的是，处理电路的部件能够变化，每个电路或部件处理输入信号的 顺序也能够变化。另外，取决于实施例，处理系统10能够包括比示出的那些部件或电路更 多或更少的电路或部件。
[0026] 另外，在图1中所示的示例适用于处理两个输入和输出信道（如"立体声"信号）， 其中，各部件或电路大体包括针对每个信道的信号的匹配元件。本领域技术人员在阅读此 说明书之后将理解，音频系统能够使用单信道（如"单声道"信号或"单"信号）、两个信道 (如图2中所示）、或更多信道实施。
[0027] 现在参考图2,示例信号处理系统10能够包括音频输入端，其能够相当于音频输 入信号的左侧12a信道和右侧12b信道。能够包括压缩器电路14a、14b以压缩入射信号 的动态范围、有效提高入射信号的某些部分的幅值并且降低入射信号的某些其他部分的幅 值。更具体地，能够包括压缩器电路14a、14b以使音频幅值的范围变窄。在一个方面中，压 缩器使输入信号的峰-峰幅值减小不小于2:1的比例。将输入信号调节到幅值的更窄的范 围能够实现以最小化失真，其是此类调制系统的受限动态范围的特性。
[0028] 在压缩音频信号之后，能够包括均衡网络16a、16b以提供信号的均衡。均衡网络 能够，例如，提高或抑制预定频率或频率范围以提高由参量发射器装置的发射器/电感器 的组合自然提供的优势。
[0029]能够包括低通滤波电路18a、18b以提供信号的高部分的截止，以及提供音频信号 的低部分的截止的高通滤波电路20a、20b。在一个示例性实施例中，低通滤波电路18a、18b 用来截止高于约15-20kHz的信号，而高通滤波电路20a、20b用来截止低于约20-200Hz的 信号。
[0030]高通滤波器20a、20b能够配置为消除在调制之后会导致载波频率的偏差的低频 (如，图6的最接近载波频率的已调制信号的那些部分）。另外，对于系统而言，一些低频很 难有效再现，并因此试图再现这些频率能够浪费很多能量。因此，高通滤波器20a、20b能够 配置为切断这些频率。
[0031] 低通滤波器18a、18b能够配置为消除在调制之后会导致产生具有载波的听得见 的差拍信号的较高频率。举例来说，如果低通滤波器切断在15kHz以上的频率，并且载波频 率接近44kHz，那么差值信号将不会低于29kHz左右，其仍在人类听得见的范围之外。然而， 如果高至25kHz的频率允许通过滤波器电路，那么所生成的差值信号会在19kHz的范围内， 其在人类听力范围内。