本實用新型涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種聲頻定向揚聲器及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在隨著科技的發(fā)達，發(fā)聲設(shè)備逐漸增多，而發(fā)聲設(shè)備中應(yīng)用傳統(tǒng)的揚聲器發(fā)出的聲音都是全方位發(fā)散的，四周的人都可以聽見，所以很多發(fā)聲設(shè)備在給人們帶來娛樂的同時，也對居民生活造成了一定的噪聲污染。針對噪音污染問題，人們也采用了很多方法，例如隔音玻璃墻等。但是這些手段，不僅成本很高，而且無法從根源上減少噪音污染。

目前針對上述問題，國內(nèi)外研究學者結(jié)合聲頻定向技術(shù)來實現(xiàn)聲音的定向傳輸。該技術(shù)利用超聲波在空氣傳播中的非線性交互作用產(chǎn)生高指向性自解調(diào)可聽聲，從而實現(xiàn)聲頻的定向傳播。但是，目前聲頻定向技術(shù)在國內(nèi)還處于待研發(fā)階段，而沒有得到有效的利用，無法有效的解決上述發(fā)聲設(shè)備產(chǎn)生噪音污染的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種聲頻定向揚聲器及裝置，以降低上述發(fā)聲設(shè)備產(chǎn)生噪音污染的問題。

第一方面，本實用新型實施例提供了一種聲頻定向揚聲器，包括：

信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器、數(shù)字調(diào)制器、模擬功率放大器和超聲波換能器，其中，

所述信號放大器，用于接收第一模擬音頻信號，并放大所述第一模擬音頻信號，生成第一放大模擬音頻信號，將所述第一放大模擬音頻信號發(fā)送至所述信號轉(zhuǎn)換器；

所述信號轉(zhuǎn)換器，與所述信號放大器電連接，用于接收所述第一放大模擬音頻信號，并將所述第一放大模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號，將所述數(shù)字音頻信號發(fā)送至所述數(shù)字調(diào)制器；

所述數(shù)字調(diào)制器，與所述信號轉(zhuǎn)換器電連接，用于接收所述數(shù)字音頻信號，對所述數(shù)字音頻信號進行調(diào)制，生成調(diào)制音頻信號，并將所述調(diào)制音頻信號發(fā)送至所述信號轉(zhuǎn)換器，所述信號轉(zhuǎn)換器將所述調(diào)制音頻信號轉(zhuǎn)換成第二模擬音頻信號并發(fā)送至所述模擬功率放大器；

所述模擬功率放大器，與所述信號轉(zhuǎn)換器電連接，用于接收所述第二模擬音頻信號，并放大所述第二模擬音頻信號，生成第二放大模擬音頻信號；

所述超聲波換能器，與所述模擬功率放大器連接，用于接收所述第二放大模擬音頻信號，將所述第二放大模擬音頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號，并發(fā)射所述超聲波信號。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述模擬功率放大器包括OPA548集成芯片。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述數(shù)字調(diào)制器為DE2-70開發(fā)板。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述超聲波換能器的截面為正六邊形。

結(jié)合第一方面或者第一方面的第三種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述超聲波換能器包括多個超聲波發(fā)射頭，所述多個超聲波發(fā)射頭均勻布置在所述超聲波換能器中，所述多個超聲波發(fā)射頭采用并聯(lián)方式電連接。

結(jié)合第一方面的第四種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述超聲波發(fā)射頭的形狀為圓形活塞狀，所述超聲波發(fā)射頭的直徑為16mm，相鄰所述超聲波發(fā)射頭之間的距離為0.4mm。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述信號放大器包括OP07集成運放芯片。

第二方面，本實用新型實施例還提供一種聲頻定向裝置，包括旋轉(zhuǎn)臺和如上所述任一實施方式的揚聲器，所述旋轉(zhuǎn)臺，用于固定安裝所述超聲波換能器，以使所述超聲波換能器轉(zhuǎn)動。

結(jié)合第二方面，本實用新型實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，所述旋轉(zhuǎn)臺包括底座和安裝件，所述安裝件包括第一安裝面和與所述第一安裝面呈預(yù)設(shè)夾角的第二安裝面，所述第二安裝面旋轉(zhuǎn)安裝在所述底座上；

所述第一安裝面，與所述第二安裝面固定連接，用于固定所述超聲波換能器。

結(jié)合第二方面或者第二方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，還包括控制器，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)臺連接，用于控制所述旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。

本實用新型實施例帶來了以下有益效果：本實用新型應(yīng)用聲頻定向揚聲器及裝置，使得發(fā)聲設(shè)備發(fā)射的音頻信號可以定向傳播，降低發(fā)聲設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染。

本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的聲頻定向揚聲器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的聲頻定向揚聲器中超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的聲頻定向揚聲器中超聲波換能器的工作原理圖；

圖4為本實用新型實施例提供的聲頻定向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的聲頻定向裝置中旋轉(zhuǎn)臺的各組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的聲頻定向裝置中旋轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標：

110-信號放大器；120-信號轉(zhuǎn)換器；130-數(shù)字調(diào)制器；140-模擬功率放大器；150-超聲波換能器；151-超聲波發(fā)射頭；152-PCB；550-控制器；560-旋轉(zhuǎn)臺；570-聲頻定向揚聲器；160-安裝件；161-第一安裝面；162-第二安裝面；163-限位安裝孔；164-凸型滑塊；170-底板；171-固定孔；172-第一螺紋孔；173-第一延伸片；180-第一旋轉(zhuǎn)層；181-第二螺紋孔；182-第三螺紋孔；183-第二延伸片；184-第三延伸片；190-第二旋轉(zhuǎn)層；191-第四螺紋孔；192-曲線滑槽；193-第四延伸片；200-第一螺栓；210-第二螺栓；220-底座。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

目前發(fā)聲設(shè)備中應(yīng)用傳統(tǒng)的揚聲器發(fā)出的聲音都是全方位發(fā)散的，從而產(chǎn)生噪音污染的問題，基于此，本實用新型實施例提供的一種聲頻定向揚聲器及裝置，可以使得發(fā)聲設(shè)備發(fā)射的音頻信號可以定向傳播，降低發(fā)聲設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染。

為便于對本實施例進行理解，首先對本實用新型實施例所公開的一種聲頻定向揚聲器進行詳細介紹。

圖1示出了根據(jù)本實用新型實施例提供了一種聲頻定向揚聲器。如圖1所示，該揚聲器包括：信號放大器110、信號轉(zhuǎn)換器120、數(shù)字調(diào)制器130、模擬功率放大器140和超聲波換能器150。

信號放大器110采用了基于集成運放芯片設(shè)計的前端小信號模塊，該信號放大器110用于接收第一模擬音頻信號，并將該第一模擬音頻信號進行例如10倍的放大，生成第一放大模擬音頻信號，將該第一放大模擬音頻信號發(fā)送至信號轉(zhuǎn)換器120。其中，上述集成運放芯片可選用型號OP07、Op27或者UA741。

與上述信號放大器110電連接的信號轉(zhuǎn)換器120用于接收第一放大模擬音頻信號。該信號轉(zhuǎn)換器120可以采用高速ADDA(模數(shù)/數(shù)模)模塊將接收到的第一放大模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號，將該數(shù)字音頻信號發(fā)送至數(shù)字調(diào)制器130。其中，高速ADDA模塊輸入輸出接口至少為8位。

利用上述高度ADDA模塊，可實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號之間的互相轉(zhuǎn)換，相比于分別使用AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊和DA(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊，減小了揚聲器的體積，利于集成，且高度ADDA模塊處理速度快、失真小，提高了揚聲器的性能。

與上述信號轉(zhuǎn)換器120電連接的數(shù)字調(diào)制器130用于接收上述數(shù)字音頻信號，并將該數(shù)字音頻信號按照算法預(yù)設(shè)的方式加載到預(yù)設(shè)超聲波信號，從而實現(xiàn)對該數(shù)字音頻信號進行調(diào)制生成調(diào)制音頻信號，并將該調(diào)制音頻信號發(fā)送至信號轉(zhuǎn)換器120。其中，數(shù)字調(diào)制器130一般包括FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陣列)器件、DSP(數(shù)字信號處理)芯片或DE2-70開發(fā)板。

在一個實施例中，在數(shù)字調(diào)制器130為DE2-70開發(fā)板，利用DE2-70開發(fā)板可編程特性，將預(yù)先采用C語言寫好的數(shù)字正弦表固化到DE2-70開發(fā)板的ROM(只讀存儲器)模塊中，再采用合適的時鐘速率讀取此數(shù)字正弦表，生成頻率為40Khz的超聲波正弦信號。將上述由信號轉(zhuǎn)換器120發(fā)送的數(shù)字音頻信號與上述40Khz的超聲波正弦信號進行調(diào)制算法處理，例如，按一定的時序邏輯運算進行編程從而實現(xiàn)對低頻可聽聲和40Khz超聲波信號的調(diào)制，最終得到一種包絡(luò)為可聽聲低頻信號，即上述調(diào)制音頻信號。利用DE2-70開發(fā)板，能夠并行處理數(shù)據(jù)、提高數(shù)據(jù)處理速率、提高系統(tǒng)性能。

信號轉(zhuǎn)換器120將調(diào)制音頻信號轉(zhuǎn)換成第二模擬音頻信號并發(fā)送至模擬功率放大器140。

上述模擬功率放大器140與信號轉(zhuǎn)換器120電連接，用于接收上述第二模擬音頻信號，并放大所述第二模擬音頻信號，生成第二放大模擬音頻信號。其中，模擬功率放大器140至少可選用型號OPA548集成芯片、OPA547集成芯片、OPA569集成芯片。相較于數(shù)字功率放大器，采用上述集成芯片構(gòu)成的模擬功率放大器140結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，設(shè)計方便。

超聲波換能器150與上述模擬功率放大器140連接，用于接收上述第二放大模擬音頻信號，將該第二放大模擬音頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號，并發(fā)射超聲波信號。

具體的，如圖2所示，該超聲波換能器150包括91個諧振頻率為40Khz的圓形活塞式的超聲波發(fā)射頭151。上述91個超聲波發(fā)射頭151采用并聯(lián)方式電連接，均勻布置在上述超聲波換能器150中且組成正六邊形超聲波發(fā)射頭陣列。上述超聲波換能器150焊接在PCB(印刷電路板)152上，考慮到制板以及焊接難度，超聲波發(fā)射頭151的直徑為16mm，相鄰所述超聲波發(fā)射頭151之間的距離為0.4mm。采用上述超聲波換能器150使得聲音指向性更高，能量更集中，將該超聲波換能器150應(yīng)用于揚聲器中更有利于降低噪音污染。

進一步的，圖3示出了本實用新型實施例提供的聲頻定向揚聲器中超聲波換能器150的工作原理圖。超聲波換能器150接收到音頻信號后，超聲波換能器150通過機械振動向空氣中發(fā)射兩列f₁、f₂的超聲波。這兩列超聲波在空氣中傳播的過程中將產(chǎn)生非線性交互作用，從而生成了包括基頻f₁、f₂、和頻f₁+f₂、差頻f₁-f₂及各階諧波在內(nèi)的復(fù)雜聲波。由于聲衰減系統(tǒng)與頻率的平方成正比，頻率較高的超聲波信號f₁+f₂、f₁、f₂及各次諧波將很快被空氣吸收掉，剩下處于聲頻范圍內(nèi)的差頻信號f₁-f₂在空氣中繼續(xù)高指向性傳播。

因此，將本實用新型實施例提供的聲頻定向揚聲器應(yīng)用于發(fā)聲設(shè)備中，可以使得發(fā)聲設(shè)備發(fā)射的音頻信號可以定向傳播，降低發(fā)聲設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染。

圖4示出了根據(jù)本實用新型實施例提供的一種聲頻定向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，該裝置包括控制器550、旋轉(zhuǎn)臺560和上述聲頻定向揚聲器570。

旋轉(zhuǎn)臺560，用于固定安裝超聲波換能器150，以使上述超聲波換能器150轉(zhuǎn)動?？刂破?50與旋轉(zhuǎn)臺560電連接，用于控制旋轉(zhuǎn)臺560轉(zhuǎn)動，增強了對上述裝置聲頻傳播方向調(diào)整的自動化控制。

圖5示出了本實用新型實施例提供的聲頻定向裝置中旋轉(zhuǎn)臺560的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6示出了該旋轉(zhuǎn)臺560的各組件結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖5和圖6，旋轉(zhuǎn)臺560包括底座220和安裝件160。底座220包括底板170、第一旋轉(zhuǎn)層180和第二旋轉(zhuǎn)層190，其中，該底板170上設(shè)置有兩個固定孔171，可通過例如螺栓將旋轉(zhuǎn)臺560固定。底板170的左、右兩側(cè)分別向上垂直延伸有第一延伸片173，第一延伸片173上部對稱設(shè)置有第一螺紋孔172。第一旋轉(zhuǎn)層180的左、右兩側(cè)分別向下垂直延伸有第二延伸片183，該第二延伸片183下部對稱設(shè)置有第二螺紋孔181。底板170中的第一螺紋孔172和第一旋轉(zhuǎn)層180中的第二螺紋孔181分別通過兩個第一螺栓200進行固定連接，從而使第一旋轉(zhuǎn)層180能夠相對于底板170以第一螺栓200為軸旋轉(zhuǎn)。第一旋轉(zhuǎn)層180的前、后兩側(cè)分別向上垂直延伸有第三延伸片184，該第三延伸片184上部對稱設(shè)置有第三螺紋孔182。第二旋轉(zhuǎn)層190的前、后兩側(cè)分別向下垂直延伸有第四延伸片193，該第四延伸片193下部對稱設(shè)置有第四螺紋孔191。第一旋轉(zhuǎn)層180中的第三螺紋孔182和第二旋轉(zhuǎn)層190中的第四螺紋孔191分別通過兩個第二螺栓210進行連接，從而使第二旋轉(zhuǎn)層190能夠相對于第一旋轉(zhuǎn)層180以第二螺栓210為軸旋轉(zhuǎn)。

安裝件160包括第一安裝面161和與所述第一安裝面161呈預(yù)設(shè)夾角的第二安裝面162。該安裝件160一體成型，或者第一安裝面161的任一邊緣與第二安裝面162的任一邊緣通過環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)。其中，安裝件160的材質(zhì)為亞克力板。第一安裝面161的截面形狀至少可包括正六邊形、四邊形以及任意多邊形。

第二旋轉(zhuǎn)層190的同一圓周內(nèi)均勻分布4個相同弧度的曲線滑槽192，第二安裝面162上設(shè)置有與4個曲線滑槽192相對應(yīng)的4個限位安裝孔163，4個凸型滑塊164能夠貫穿相對應(yīng)的限位安裝孔163和曲線滑槽192，從而沿曲線滑槽192滑動，以使第二安裝面162能夠相對于第二旋轉(zhuǎn)層190旋轉(zhuǎn)。

第一旋轉(zhuǎn)層180能夠相對于底板170以第一螺栓200為軸旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)層190能夠相對于所述第一旋轉(zhuǎn)層180以第二螺栓210為軸旋轉(zhuǎn)，第二安裝面162能夠相對于第二旋轉(zhuǎn)層190沿上述曲線滑槽192轉(zhuǎn)動，因此將超聲波換能器150固定于第一安裝面161實現(xiàn)多方向的全角度轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整聲頻的傳播方向，而不需要手動搬動上述裝置，方便用戶的使用。

本實用新型實施例提供的聲頻定向裝置，與上述實施例提供的聲頻定向揚聲器具有相同的技術(shù)特征，所以也能解決相同的技術(shù)問題，達到相同的技術(shù)效果。

本實用新型實施例所提供的聲頻定向揚聲器及裝置的計算機程序產(chǎn)品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實施例中所述的方法，具體實現(xiàn)可參見方法實施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)和裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

另外，在本實用新型實施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本實用新型的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本實用新型的具體實施方式，用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。