一种基于主动解调的自沉默定向声学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]一种基于主动解调的自沉默定向声学系统，涉及参量扬声器领域，特别涉及到参量声源实现定向、定距发声的处理方法和装置。
【背景技术】
[0002]常规发声扬声器已经得到了很广泛的应用，比如，常规音响、手机扬声器、电视音响、耳机、会场音响等都属于目前常用的发声装置，它们大都是基于动圈式原理的发声装置。此类扬声器根据具体应用场合的需求往往会在系统内部做均衡、滤波、放大、混响、多声道、压缩与限幅等处理，这样就可获得需要的音响效果。但基于常规声学理论的声学装置也有一个共性，那就是发出的声音不可控，它发出的声音是向周围空间全向传播的。在很多应用场合只希望在一个空间内的特定区域可以听到声音，而其他区域保持安静，很显然现在的传统扬声器技术和当前的声学装置都还不能有效的满足这种需要。
[0003]要控制声音的传播方向，目前常用的方法有三种，第一种是在传统发声设备外围加一个聚音罩，这种技术的实现是基于物理反射原理，效果较差；第二种是增大传统扬声器的尺寸，因为声音能否定向传播与声源的尺寸有直接的关系，当声信号的波长与声源尺寸比较接近时，声波可表现出较好的方向性，可听声频率在20Hz~20kHz之间，其波长在17mm~17m之间，很显然通过设计一个巨大的扬声器来实现定向传播声音的方法是不切实际的；第三种方法就是参量阵技术，把声音信号调制在超声信号上，然后通过超声换能器件发出，这样的方法可以实现声音的定向传播，可参考由H.0.Berktay和D.J.Leahy发表的论文《Farfield performance of parametric transmitters》，但是这种方法只可以定向传播，声音能量比较集中的参量声波束传播距离比较远，因此它并不能完全实现声音的空间定距传播。
[0004]本专利公开的一种基于主动解调的自沉默定向声学系统，不仅可以实现声音的强定向传播，还可以有效控制声音的传播距离，这种技术在私密声信号保护、防止声音污染、声音特效方面的应用是有利的。在本专利的一个实施例中已经很好的应用了该技术。本专利所述的基于主动解调的自沉默定向声学系统包括数字信号处理技术、换能器阵列布局设计以及主动解调模组设计。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种使用自沉默技术可定距传播声音的定向声学装置和方法，它使听众只可在定向声学设备的近场才可听到声音，这种技术可以解决定向扬声器因声音暴露而产生的声频敏感信息泄露以及噪音污染等问题，还可让听众获得一种奇妙的听觉体验。
[0006]本发明的另一个目的是针对定向声学设备在近场范围内声音失真的问题，提供一种可促进其在近场自解调的主动式解调装置，实现参量声源可在近场发出高辨识度可听声的目的。
[0007]为实现发明中所述技术，基于主动解调的自沉默定向声学系统通过以下技术方案实现，系统包括声参量阵列，自沉默控制模块，对冲式发声面板，主动解调装置。
[0008]声参量阵模块是音频信号依次通过预处理、PWM调制、负载匹配、功率放大、直至经过后级的参量阵列面板发出具有指向性的可听声。
[0009]自沉默处理系统，在数字音频信号进行调制之前，把单路输入的数字音频信号转换为相同的两通道信号，第一通道信号通过两级希尔伯特变换后进行PWM调制，两级希尔伯特变换可完成信号的180°的相移；第二通道的信号经过一个可调增益模块，可调增益模块可以控制相位互反的两通道信号的幅度差，幅度差值是决定声音传播距离的主要因素；为保持与第一通道信号同步进行调制，这里对第二通道的音频信息进行延时处理；前级信号处理完成后把两通道的声频信号调制到超声载波上。
[0010]如专利所述的经过调制的两路信号要分别与后级进行负载匹配，因为负载是呈容性的，所以为了得到最佳的功率输出，就需要用感性器件抵消负载容抗。负载匹配后的两路信号通过D类功率放大单元进行功率放大。
[0011]对冲式发声面板，面板上布局的换能器件的特性是完全一致的，根据发声面板上布局的换能器件的电气连接特性不同而把它分为两类；第一类换能器件是通过连接线接在第一通道信号输出端上，第二类换能器件是通过连接线接在第二通道信号输出端上；两类换能器件在基板上均匀布局，均匀布局的两类换能器件所发出的相位相反的声波束在传播的过程中可以有效的进行抵消，声波束抵消的程度可通过声自沉默模块中的增益控制模块进行控制。
[0012]主动声解调模块，其实是一个复杂的声反射腔体。发声面板所发出的已调超声波束在传播的过程中经非线性交互作用解调出可听声，在发声面板近场范围的自解调过程不充分，所以可听声失真较严重。为了使听众可在发声面板近场听到清晰的声音信号，专利提供了一种主动声解调模块，它是通过声反射原理使已调超声在一个声反射腔体内传播足够的距离从而促进声音的自解调，其实这是用空间反射换取了声波束的传播距离的过程。
[0013]本发明首次提出可实现定距传播的定向扬声器，并公开了一种针对参量声源的主动声解调方法，这样就解决了传统定向声学设备的远场声音暴露和近场声音失真的问题。由本专利所述的基于主动解调的自沉默声学系统解决了参量声源的两个关键问题，这使其可更有效的应用在防声音干扰、敏感信息保护、声音特效、室内主动降噪方面。
【附图说明】
[0014]图1是基于主动解调的自沉默定向声学系统的总结构图。
[0015]图2是自沉默控制模块工作流程图。
[0016]图3是对冲式发声面板换能器阵列布局第一个实施例的示意图。
[0017]图4是对冲式发声面板换能器阵列布局第二个实施例的示意图。
[0018]图5是对冲式发声面板换能器阵列布局第三个实施例的示意图。
[0019]图6是主动声解调模块的结构图。
[0020]图7是主动声解调模块的分解图。
[0021]图8是主动声解调模块截面工作示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明旨在设计一个具有定距传播特性的定向声学设备，并结合附图对实施例进行了详细说明，所述实施例只是为了说明该技术方案，专利包括范围并不由此受到限制。
[0023]图1示出了基于主动声解调的自沉默定向声学系统的总结构图。首先是声源I进入参量阵声学系统2，声源I为整个