基于超声噪声的声纳制造技术

本发明专利技术涉及一种基于超声噪声的声纳。具体地，涉及一种设备，该设备具有麦克风和扬声器或换能器以及处理装置，该处理装置对来自麦克风的音频信号和针对换能器的音频信号进行处理。电子设备，尤其是移动设备用作若干触摸屏的用户界面，触摸屏的用户界面在过去数年间已经彻底改变了市场。超声手势控制能够添加另一界面，该界面针对触摸屏不可靠的使用情况进行补充。这适用于医药环境以及用于室外用途，在此仅举两个示例。本发明专利技术提出针对超声发送和接收信号进行不同的信号处理，从而不产生听觉假象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种设备，该设备具有麦克风和扬声器或换能器(transducer)以及处理装置，该处理装置用于对来自麦克风的音频信号和用于换能器的音频信号进行处理。具体地，电子设备尤其是移动设备用作若干触摸屏的用户界面，触摸屏的用户界面在过去数年间已经彻底改变了市场。超声手势控制能够添加另一界面，该界面针对触摸屏不可靠的使用情况进行补充。这适用于医药环境以及用于室外用途，在此仅举两个示例。本专利技术提出针对超声发送和接收信号进行不同的信号处理，从而不产生听觉假象(audibleartifact)。
技术介绍
超声波是频率高于人类听觉的声音，并且起始约16kHz并覆盖上述频率范围。用于手势控制的超声换能器可以是能够产生合适声压级以基于所反射的超声信号计算物体位置的任何超声换能器。现有超声换能器产生在其共振频率内或接近该频率(例如在30kHz到50kHz的范围内)的高声压。由于移动设备已包括用于音频频率的换能器和麦克风，其旨在使用该换能器来产生超声波，并使用该麦克风来捕获所反射的、用于手势控制的超声波。如图1所示，采用声纳技术的现有方案使用线性调频信号(chirpsignal)作为超声信号。使用针对音频信号频率区域优化后的现有换能器的缺陷之一是：当在超声频率区域内驱动时的低效率。超声信号的高驱动电压必须被馈送到换能器，以实现可接受的声压。这可能在可听频率范围内生成假象。首先，需要考虑到超声信号的整体频谱。图3揭示了以100Hz的重复率通过若干高能超声扫描(线性调频)的典型时间信号。鉴于该重复率，整体频谱清楚地包含可听范围内的能量。虽然纯超声换能器并未检测出该能量，但是同时用于可听和超声频率范围的换能器能够检测出该能量。其次，高驱动电压能够产生高度受压(stressed)部件，该部件因而展现出非线性行为。这进而将在可听频率区域内产生非线性假象。当超声换能器具有在超声频率区域内的其共振频率和人可听声频区域内的仅差声压(poorsoundpressure)时，使用针对超声频率优化后的超声换能器不会发生听觉假象的问题。问题发生，找出如下方法，其使用将针对可听声音频率优化后的移动设备的换能器作为针对超声波的换能器，以使得能够进行手势控制，而没有听觉假象的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是，当使用用于手势控制的移动设备的换能器时，解决听觉假象的问题。新的移动设备包括改进的处理装置，以使用噪声信号作为超声信号。鉴于噪声信号的低峰值因数(crestfactor)，在可听频率区域内，处理噪声信号并未产生失真和非线性假象。所专利技术的处理装置进一步连续地调整滤波长度，以计算用于更好的手势控制的、所发送与所接收的超声波之间的相关，如下面用本专利技术的实施方式解释的。在阅读如下描述和所附权利要求并查阅附图后，本专利技术的上述和其它方面、特征、细节、应用、以及优点将是显而易见的。附图说明在附图和从属权利要求中示出了本专利技术的其它实施方式。现通过附图来详细地解释本专利技术。在附图中：图1示出了能够进行手势控制的移动设备的示意性框图。图2示出了在声纳技术所使用的现有线性调频信号。图3示出了用于手势控制的图2的一系列现有线性调频信号。图4A和图5A示出了用作用于手势控制的超声信号的不同噪声信号的时间帧。图4B和图5B示出了从物体反射的所捕获的超声信号。图4C和图5C示出了超声信号与用于手势控制的所捕获的超声信号的相关的结果。具体实施方式本文描述了不同装置的不同实施方式。阐明了若干具体细节，以便于充分理解如说明书所述的和附图所示的实施方式的整体结构、功能、生成、以及使用。然而，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式可以在没有这些具体细节的情况下得以实现。在其它示例中，没有详细介绍公知的操作、部件和元件，从而不会使本说明书中这些实施方式变得不清楚。本领域技术人员应当理解的是，本文描述和例示的实施方式是非限制性示例，因此应当理解的是，在此公开的特定结构性和功能性的细节可以是代表性的，并且没有必要限制这些实施方式的范围，其范围仅由所附权利要求限定。在整个说明书中，参照“各个实施方式”、“某些实施方式”、“一个实施方式”或“实施方式”是指，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因而，短语“在各个实施方式中”、“在某些实施方式”、“在一个实施方式”或“在实施方式”等在整个说明书中多个地方出现不必是都指相同实施方式。此外，具体特征、结构、或特性可以以任何合适方式组合到一个或多个实施方式中。因而，结合一个实施方式例示或描述的具体特征、结构、或特性可以全部或部分地结合一个或多个其它实施方式的特征、结构、或特性，而没有限制，只要这种结合不是不合逻辑或无功能性的即可。图1示出了具有扬声器或换能器2和麦克风3以及处理装置4的移动设备1的简单的示意性示例。处理装置4被构建为，处理从麦克风3接收到的音频信号，并处理要被馈送到换能器2的音频信号，以例如使得能够进行使用作为移动设备1的移动电话的通话。处理装置4还被构建为，向换能器2提供超声信号5，以产生频率高于人类听觉的超声波6。超声波6在如手7的物体上被反射，并且所反射的超声波8被麦克风3捕获，该麦克风3将所捕获的超声信号9提供给处理装置4，用于进一步处理。处理装置4可以包括用于处理音频和数字信号的本领域中已知的部件，包括：数模转换器、超声信号源、低通滤波器、音频信号处理器、超声信号处理器、数字信号处理器(DSP)、和/或音频处理器控制。公知技术是，通过计算超声信号5和所捕获的超声信号9之间的运行时间差，来检测物体的距离和/或移动。这通过对这两个信号相关处理并检测所得信号内的峰值P来实现，如下所解释的，在图4C和图5C中可以看到。图2示出了在声纳技术内所使用的所谓“线性调频”，以将作为超声信号的“线性调频”馈送到超声换能器中。具有幅度A的线性调频信号S随时间t以相当低的频率开始，该频率随时间而增加或反之亦然。使用线性调频代替脉冲的益处之一是更低的峰值系数(crestfactor)，其是最大幅度与均方根(rootmeanssquare)幅度之间的比率，针对正弦波为1.414。信号的峰值系数越高，谐波越多，并且在如换能器2中的非理想信道中产生了倍频(overtone)。另一方面，低峰值系数意味着，在所需区域内发现了大多数信号能量，因此系统有效地工作。图3示出了在周期T之后具有线性调频信号S的线性调频行列CT。这是在现有系统中的超声信号5被构成，以检测从物体反射的超声信号5的运行时间的典型方法。对于线性调频信号S的该线性调频行列CT，峰值系数增加到大约4。如果该线性调频行列CT将用于移动设备1以检测手7的手势，则将出现如下重大缺陷：·重复率1/T是人类可听见的，并将由用户确认为令人烦恼的听觉假象。·如果不应改变重复率，则鉴于更小的间隙，当以最大功率(平均的、热限制)驱动时，任何进一步的SNR改进需要将信号改变为更长的线性调频，从而降低输出功率。·功率效率并非优于正常分布的随机噪声。所专利技术的处理装置4被构建为，产生或从存储器读出具有如图4A和图5A所示的噪声信号的信号形式的超声信号5，并将该超声信号5馈送到换能器2。该超声信号5是超声的向量，进而是时域内具有固定信号形状的、带宽有限的噪声，因此为具有特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频装置，所述音频装置包括：音频换能器，所述音频换能器能够在人类可听范围和超声波范围内传输声音；麦克风，所述麦克风能够在所述人类可听范围和所述超声波范围内检测声音；以及信号处理器，所述信号处理器用于处理要传输给所述音频换能器的信号，并用于处理从所述麦克风接收到的信号，所述信号处理器包括：超声信号发生器，所述超声信号发生器被配置为生成被馈送到所述音频换能器的超声信号；以及超声信号处理器，所述超声信号处理器被配置为接收并处理由所述麦克风检测到的超声信号，其中，所述信号处理器被配置为，将馈送到所述音频换能器的超声信号与由所述麦克风检测到的超声信号进行比较，并计算物体相对于所述音频装置的距离和移动。

【技术特征摘要】
2015.10.02 US 62/236,7441.一种音频装置，所述音频装置包括：音频换能器，所述音频换能器能够在人类可听范围和超声波范围内传输声音；麦克风，所述麦克风能够在所述人类可听范围和所述超声波范围内检测声音；以及信号处理器，所述信号处理器用于处理要传输给所述音频换能器的信号，并用于处理从所述麦克风接收到的信号，所述信号处理器包括：超声信号发生器，所述超声信号发生器被配置为生成被馈送到所述音频换能器的超声信号；以及超声信号处理器，所述超声信号处理器被配置为接收并处理由所述麦克风检测到的超声信号，其中，所述信号处理器被配置为，将馈送到所述音频换能器的超声信号与由所述麦克风检测到的超声信号进行比较，并计算物体相对于所述音频装置的距离和移动。2.根据权利要求1所述的音频装置，其中，所述超声信号发生器被配置为生成超声信号，该超声信号最小化由于由所述音频换能器进行的声音再现的非线性而导致的听觉假象。3.根据权利要求1所述的音频装置，其中，包含在由所述超声信号发生器生成的超声信号中的所有频率在高于20kHz的超声频率范围内。4.根据权利要求1所述的音频装置，其中，由所述超声信号发生器生成的超声信号具有低于10Hz的重复率，并且是不可听的。5.根据权利要求1所述的音频装置，其中，所述信号处理器还被配置为，根据所要求的帧率将由所述超声信号发生器生成的超声信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·瑞宁，
申请(专利权)人：奥音科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11