一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置，包括音频输入端、载频信号发生模块、模拟式调制模块、信号耦合模块、超声音频放大模块、超声变压器、极化高压电源、静电式超声换能器；此结构能够在单一静电超声换能器上实现定向声频效果，保证音频频带响应质量，还可灵活调节声波波束宽度及覆盖范围。可灵活调节声波波束宽度及覆盖范围。可灵活调节声波波束宽度及覆盖范围。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置


[0001]本专利技术涉及一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置，尤其涉及一种可调节声波波束张角、并在单一静电超声换能器中实现声频定向发射的系统及驱动的方法

技术介绍

[0002]定向超声换能器是应用了参量阵技术的新型扬声系统。有别于传统的直接发出可听声频的扬声器，定向超声换能器利用超声波在沿其传播轴传播过程中的非线性作用，使不同频率的超声波在空气中自解调出可听声频讯号，而原本发出的超声信号会在空气中迅速衰减，从而实现声频的定向发射。
[0003]但目前的定向超声换能器具有如下缺陷：
[0004](1)现有定向超声换能器使用压电陶瓷片或PVDF压电薄膜作为发声振动体，其有效频带响应极窄，远不能满足完整的调制信号频带范围；
[0005](2)现有定向超声换能系统的信号调制部分一般基于DSP数字信号系统进行调制处理，输入端的模拟音频信号需依次经历A/D模数信号采样、DSP数字调制、D/A数模信号转换，其中D/A数模信号转换部分至少工作于20kHz
‑
60kHz的超声频带范围内，对D/A数模信号转换芯片的频宽范围、转换精度、信噪比、谐波失真度的要求较高，常见的D/A数模信号转换芯片难以满足，限制和影响了调制效果，且系统复杂，实现成本较高，难以大面积商用化。
[0006](3)现有静电式定向超声换能器的声波调节方式不灵活，现有调节方式通过分别部署固定频率的导频信号扬声系统和载有音频信息的载频信号扬声系统，并调整二者之间的发声角度来改变传播距离和传播。其系统复杂，在同等功率下需要部署两倍的超声换能器及相应的驱动装置；并且所实现的声频调整效果有限，根据Berktay超声参量阵自解调模型，该方法仅适合应用于远场区域定向扬声，在近场区域播放时，两列波束的叠加形态会逐渐趋于正交，难以产生明显的自解调效果和可听声频，不适用于小空间中的定向扬声。

技术实现思路

[0007]为解决上述声频定向换能器系统复杂且成本高、频带范围窄、声波调节不灵活的问题，本专利技术提供了一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置，能够在单一静电超声换能器上实现定向声频效果，保证音频频带响应质量，还可灵活调节声波波束宽度及覆盖范围。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置，其包括：音频输入端、载频信号发生模块、模拟式调制模块、信号耦合模块、超声音频放大模块、超声变压器、极化高压电源、静电式超声换能器。
[0010]所述载频信号发生模块电连接至所述模拟式调制模块并传输载频信号，所述音频输入端电连接至所述模拟式调制模块并传输音频信号，所述模拟式调制模块电连接至信号耦合模块并传输音频调制信号，所述载频信号发生模块电连接至所述信号耦合模块并传输
载频信号，所述信号耦合模块电连接至超声音频放大模块并传输混合调制信号，所述超声音频放大模块电连接至所述超声变压器，所述超声变压器电连接至所述静电式超声换能器并传输放大后的混合调制信号，所述极化高压电源电连接至静电式超声换能器并施加高压极化电荷。
[0011]优选的，所述载频信号发生模块可产生单一频率的超声载频信号，并可在变频范围内手动调整改变该超声载频信号的频率，同时所述模拟式调制模块可即时调制变频后的载频信号，所述信号耦合模块可即时混合变频后的音频调制信号，所述超声音频放大模块、所述超声变压器、所述静电式超声换能器可即时放大并播放变频后的混合调制信号，在变频前后生成不同波束张角的定向可听声波。
[0012]本优化方案所带来的优化效果是使所述静电式超声换能器发出变载频频率的调制信号，利用高频率声波的指向性更为集中、低频率声波的指向性更为发散的特性，使超声换能器可以在变频前后生成不同波束张角的调制声波，进而在指定范围中解调出可听声频。
[0013]更优选的，所述载频信号发生模块的变频范围为30kHz
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100kHz。
[0014]更优选的，所述模拟式调制模块通过模拟乘法器或模拟调制器实现音频调制功能。
[0015]更优选的，所述模拟式调制模块生成音频调制信号的调制方式为振幅调制，调制系数m取值范围为0.15
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1。
[0016]更优选的，所述载频信号发生模块的载频信号为方波或正弦波。
[0017]更优选的，所述信号耦合模块具有低通滤波作用，所述信号耦合模块生成的混合调制信号不存在高于120kHz的信号成分。
[0018]更优选的，所述极化高压电源的直流输出电压不低于240V，经过所述超声音频放大模块和所述超声变压器升压后的混合调制信号幅度不低于400V。
[0019]更优选的，所述静电式超声换能器的频率响应上限高于所述载频信号发生模块所生成的载波频率。
[0020]更优选的，所述极化高压电源和所述超声变压器分别电连接至所述静电式超声换能器的不同接线位点，所述极化高压电源的正极不与所述超声变压器产生电性连接。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术所述的一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置采用可调节频率的载频信号发生模块、模拟式调制模块、具有宽频带响应能力的静电式超声换能器，允许超声调制信号以不同频率的正弦波或方波信号作为载频。一方面利用不同频率超声波的指向性范围不同的特性，使静电式超声换能器通过变频的方式生成不同波束张角的调制声波，进而灵活调整静电式超声换能器的声频覆盖范围；另一方面利用不同频率超声波在介质中的衰减速度不同的特性，使静电式超声换能器通过变频的方式所生成的调制声波发射距离可控，可避免在家居、会议室等狭小环境内产生反射回音，进一步提高私密性和语音清晰度。
[0023]2、本专利技术所述的一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置采用模拟乘法器或模拟调制器作为模拟式调制模块，其结构简单、体积微小，在保证声频质量和调制效果的同时，能够有效降低定向换能系统的电路成本和部署体积；并且避免了现有数字式DSP调制和D/A数模转换过程中时钟频率失锁等问题，提高了调制系统对载频信号发生模块的宽容度，
允许载频信号在更宽的频率范围内进行调节。
[0024]3、本专利技术所述的一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置采用信号耦合模块，对音频调制信号和单一频率的载频信号进行混合和低通滤波，所输出的混合调制信号只需要经过一组超声音频放大模块、超声变压器和静电式超声换能器，即可实现声频定向功能；相对于现有静电定向音响使用导频、载频两路分离的超声放大和换能结构，本专利技术所述的一种可调节的静电式定向换能器及驱动装置可有效降低静电定向系统的复杂程度和实施成本，有效提高同等静电换能器数量下的定向声频功率，并在一定程度上解决两路分离结构的声频定向系统在近场状态下难以有效解调出可听声的问题。
附图说明
[0025]图1是本专利技术所述的一种可调节的静电式定向超声换能器及驱动装置的结构示意图。
[0026]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调节的静电式定向换能器的驱动装置，其特征在于：包括音频输入端、载频信号发生模块、模拟式调制模块、信号耦合模块、超声音频放大模块、超声变压器、极化高压电源、静电式超声换能器，所述载频信号发生模块电连接至所述模拟式调制模块并传输载频信号，所述音频输入端电连接至所述模拟式调制模块并传输音频信号，所述模拟式调制模块电连接至信号耦合模块并传输音频调制信号，所述载频信号发生模块电连接至所述信号耦合模块并传输载频信号，所述信号耦合模块电连接至超声音频放大模块并传输混合调制信号，所述超声音频放大模块电连接至所述超声变压器，所述超声变压器电连接至所述静电式超声换能器并传输放大后的混合调制信号，所述极化高压电源电连接至静电式超声换能器并施加高压极化电荷。2.根据权利要求1所述的一种可调节的静电式定向换能器的驱动装置，其特征在于：所述载频信号发生模块可产生单一频率的超声载频信号，并可在变频范围内手动调整改变该超声载频信号的频率，同时所述模拟式调制模块可即时调制变频后的载频信号，所述信号耦合模块可即时混合变频后的音频调制信号，所述超声音频放大模块、所述超声变压器、所述静电式超声换能器可即时放大并播放变频后的混合调制信号，在变频前后生成不同波束张角的定向可听声波。3.根据权利要求2所述的一种可调节的静电式定向换能器的驱动装置，其特征在于：所述载频信号发生模块的变频范围为30kHz
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100kHz。4.根据权利要求2所述的一种可调节的静电式定向换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梁成，马一帆，谢文杰，王紫辰，王雨豪，王丁宁，
申请(专利权)人：王丁宁，
类型：新型
国别省市：