一种声音定向传播装置的制作方法

1.本实用新型涉及定向传播技术领域，具体涉及一种声音定向传播装置。


背景技术：

2.随着时代的发展和社会的进步，人们对公园的景观建设和文化建设越来越重视，公园中的音乐元素受到很多游客尤其是孩童的欢迎。一些公园里设有音乐台阶，人们踩在台阶上，就仿佛是按下了一个个琴键，这种有趣的音乐台阶吸引了不少人。音乐台阶给游客带来欢乐的同时，也制造了一些困扰，孩童会聚集在一起进行跳跃玩耍，由于声音向四面八方传播，不能定向，不同台阶的声音混在一起，声音杂乱，其他台阶上的游客不能安静的放松欣赏，甚至会对较远处的游客带来噪声影响；而且，音乐台阶通常是每个台阶设置单一的琴键音，比较枯燥。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种声音定向传播装置，当游客达到指定位置时，实现了音乐的定向传播，避免了对其他游客产生噪声干扰。
4.本实用新型提供了一种声音定向传播装置，包括依次连接的音频存储模块、数字信号处理模块和超声波换能器；还包括主控模块和接近式传感器模块，所述主控模块分别与数字信号处理模块、接近式传感器模块电性连接；
5.所述接近式传感器模块包括发射单元、接收单元和放大单元，所述发射单元用于发射检测光线，所述接收单元用于接收检测光线反射的光线并转化为电信号，所述放大单元用于放大所述电信号；所述发射单元包括第一电阻和发光二极管，所述第一电阻的第一端接电源，第一电阻的第二端与发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地；所述接收单元包括第二电阻和第一光敏二极管，所述放大单元包括第一运算放大器、第三电阻、第四电阻和第二光敏二极管，所述第三电阻为滑动变阻器；第二电阻的第一端接电源，第二电阻的第二端与第一光敏二极管的正极连接，第一光敏二极管的负极接地；第二电阻的第二端还与第一运算放大器的同相输入端连接，第一运算放大器的反相输入端与滑动变阻器的滑动端连接，滑动变阻器的第一固定端接电源，滑动变阻器的第二固定端接地；第一运算放大器的输出端与主控模块连接；第一运算放大器的输出端还与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第二光敏二极管的负极连接，第二光敏二极管的正极接地。
6.优选地，所述第一运算放大器的型号为lm324。
7.优选地，所述数字信号处理模块包括依次连接的数模转换单元、滤波单元、功率放大单元和超声调制单元，数模转换单元的输入端与音频存储模块的输出端连接，超声调制单元的输出端与超声波换能器的输入端连接。
8.优选地，所述滤波单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第二运算放大器，第五电阻的第一端与数模转换单元连接，第五电阻的第二端与第一电容
的第一端连接，第一电容的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与第二运算放大器的第一反相输入端连接；第二运算放大器的第一同相输入端与第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端接地；第一电容的第二端还分别与第三电容的第一端、第七电阻的第一端连接，第三电容的第二端与第二运算放大器的第一输出端连接，第七电阻的第二端接地；第二运算放大器的第一反相输入端还与第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端与第二运算放大器的第一输出端连接；
9.第二运算放大器的第一输出端还与第九电阻的第一端连接，第九电阻的第二端与第十电阻的第一端连接，第十电阻的第二端与第二运算放大器的第二反相输入端连接，第二运算放大器的第二同相输入端与第十一电阻的第一端连接，第十一电阻的第二端接地；第九电阻的第二端还分别与第十二电阻的第一端、第四电容的第一端连接，第十二电阻的第二端与第二运算放大器的第二输出端连接，第四电容的第二端接地；第二运算放大器的第二反相输入端还与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端与第二运算放大器的第二输出端连接；第二运算放大器的第二输出端还与功率放大单元连接。
10.优选地，所述数模转换单元采用型号为ltc2624的数模转换芯片。
11.优选地，所述功率放大单元采用型号为lm3886tf的大功率音频放大集成电路。
12.优选地，所述超声波换能器为压电超声波换能器。
13.优选地，所述主控模块采用型号为stm32的单片机。
14.本实用新型的有益效果为：当游客踏入指定位置时，接近式传感器模块采集信号并发送至主控模块，主控模块控制数字信号处理模块对预先存储的音频信号进行数模转换、滤波、放大和超声调制，转化为超声波信号并通过超声波换能器高指向性地发射到空气中，在空气的非线性效应影响之下，使声音只在一个方向上听见，而周围的人群能免受噪音干扰。且本实用新型电路结构简单、适用范围广。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
16.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例的接近式传感器模块的电路图；
18.图3为本实用新型实施例的滤波单元的电路图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
20.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
21.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种声音定向传播装置，包括依次连接的音
频存储模块、数字信号处理模块、超声波换能器、主控模块和接近式传感器模块，主控模块分别与数字信号处理模块、接近式传感器模块电性连接，主控模块采用型号为stm32的单片机，超声波换能器为压电超声波换能器。其中，压电超声波换能器排列成为10
×
10的阵列，将信号定向发送至空气中。当游客处于超声波换能器的发射端口的直线上，即可听到定向传播装置发出的声音。超声波的功率可根据实际距离进行设定，音频存储模块可实现存储相应的音频。
22.通过本实用新型实施例公开的一种声音定向传播装置，使声音只能被特定位置的人听到，而周围的人群能免受噪音干扰。在每个指定位置设置一个声音定向传播装置，每个声音定向传播装置存储的内容可不同，人们可选择喜欢的节目驻足欣赏，且互不干扰。
23.接近式传感器模块包括发射单元、接收单元和放大单元，发射单元用于发射检测光线，接收单元用于接收检测光线反射的光线并转化为电信号，放大单元用于放大电信号。如图2所示，发射单元包括电阻r1和发光二极管d1，电阻r1的第一端接电源，电阻r1的第二端与发光二极管d1的正极连接，发光二极管d1的负极接地。接收单元包括电阻r2和光敏二极管d2，放大单元包括运算放大器u1、电阻r3、电阻r4和光敏二极管d3，电阻r3为滑动变阻器。电阻r2的第一端接电源，电阻r2的第二端与光敏二极管d2的正极连接，光敏二极管d2的负极接地。电阻r2的第二端还与运算放大器u1的同相输入端连接，运算放大器u1的反相输入端与滑动变阻器的滑动端连接，滑动变阻器的第一固定端接电源，滑动变阻器的第二固定端接地。运算放大器u1的输出端与主控模块连接。运算放大器u1的输出端还与电阻r4的第一端连接，电阻r4的第二端与光敏二极管d3的负极连接，光敏二极管d3的正极接地。
24.本实施例中，运算放大器u1的型号为lm324。发射单元对目标发射光束，本实施例中，采用发光二极管d1发射光束，在其他实施例中，可采用激光二极管发射光束。光束经检测目标反射后由接收单元进行接收，本实施例中，接收单元采用光敏二极管进行接收，在其他实施例中，可采用光电三极管接收反射的光束，在接收单元前设有光学元件透镜或光圈。放大单元用于放大电信号并发送至主控模块。
25.数字信号处理模块包括依次连接的数模转换单元、滤波单元、功率放大单元和超声调制单元，数模转换单元的输入端与音频存储模块的输出端连接，超声调制单元的输出端与超声波换能器的输入端连接。如图3所示，滤波单元包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7和放大器u2，电阻r5的第一端与数模转换单元连接，电阻r5的第二端与电容c1的第一端连接，电容c1的第二端与电容c2的第一端连接，电容c2的第二端与放大器u2的第一反相输入端连接。放大器u2的第一同相输入端与电阻r6的第一端连接，电阻r6的第二端接地。电容c1的第二端还分别与电容c3的第一端、电阻r7的第一端连接，电容c3的第二端与放大器u2的第一输出端连接，电阻r7的第二端接地。放大器u2的第一反相输入端还与电阻r8的第一端连接，电阻r8的第二端与放大器u2的第一输出端连接。放大器u2的电源端接+12v电源，+12v电源通过电容c4接地。放大器u2的接地端接
‑
12v电源，
‑
12v电源通过电容c5接地。放大器u2的第一输出端还与电阻r9的第一端连接，电阻r9的第二端与电阻r10的第一端连接，电阻r10的第二端与放大器u2的第二反相输入端连接，放大器u2的第二同相输入端与电阻r11的第一端连接，电阻r11的第二端接地。电阻r9的第二端还分别与电阻r12的第一端、电容c6的第一端连接，电阻r12的第二端与放大器u2的第二输出端连接，电容c6的第二端接
地。放大器u2的第二反相输入端还与电容c7的第一端连接，电容c7的第二端与放大器u2的第二输出端连接，放大器u2的第二输出端还与功率放大单元连接。
26.数模转换单元采用型号为ltc2624的数模转换芯片，功率放大单元采用型号为lm3886tf的大功率音频放大集成电路，超声调制模块用于调制模拟信号为超声载波信号。
27.综上所述，本实用新型实施例公开的一种声音定向传播装置，当游客踏入指定位置时，接近式传感器模块采集信号并发送至主控模块，主控模块控制数字信号处理模块对预先存储的音频信号进行数模转换、滤波、放大和超声调制，转化为超声波信号并通过超声波换能器高指向性地发射到空气中，在空气的非线性效应影响之下，使声音只在一个方向上听见。同时，可根据实际情况设定功率放大单元的放大倍数，使声音只在特定距离内可以听见。实用新型实施例公开的一种声音定向传播装置，电路结构简单、适用范围广。
28.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。