一种参量阵扬声器及其指向性偏转方法技术

本发明专利技术公开了一种参量阵扬声器及其指向性偏转方法，所述参量阵扬声器包括超声换能器阵列及与超声换能器阵列相连的延时和相位调整单元，超声换能器阵列包括多组发声通道，延时和相位调整单元用于调整每组发声通道的延时和相位，使得每组发声通道发射出的子波束的偏转角度及相位均相同，且多个子波束合并形成一个波束发射出。本发明专利技术通过将参量阵扬声器分组且通过对每组发声通道的延时和相位调整，将每组发声通道发出的波束的偏转角调整为一致，使参量阵扬声器在实现良好的指向性偏转效果的同时，保持辐射出的声波的指向性稳定。保持辐射出的声波的指向性稳定。保持辐射出的声波的指向性稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种参量阵扬声器及其指向性偏转方法


[0001]本专利技术涉及参量阵扬声器
，具体涉及一种能实现指向性偏转的同时又能保持指向性稳定的参量阵扬声器及其指向性偏转方法。

技术介绍

[0002]与传统扬声器的原理不同，参量阵扬声器是一种能够将音频信号定向发射的扬声器。
[0003]如图1所示，常规参量阵扬声器的发声原理是：由有限振幅超声（超声波频率分别为f1和f2）通过空气非线性自解调从而产生差频可听声（频率为f1
‑
f2）。两种频率（频率f1和f2）的超声波在向前发射过程中，会解调出不同频段的超声波束，且两种频率具有累积效应。如图2所示，累积形成的频率为f1
‑
f2的虚拟差频可听声的声源形成一个类似端射阵扬声器，从而实现高指向性的差频可听声波束，以及超长的差频可听声传播距离。
[0004]现有为了实现参量阵扬声器的声场指向性偏转，参量阵扬声器通常会采用具有多个通道的超声换能器阵列，通过调整各通道的延时和相位，使得参量阵扬声器发出的超声波发生偏转和聚焦，以使得声束向接收者定向发射，如图3所示。
[0005]但是，如图4所示，为上述参量阵扬声器聚焦且指向性向右偏转20
°
的声场分布仿真图，由该图可以看出，现有这种采用聚焦来偏转指向性的方式，会导致声波在聚焦点处指向性收窄，而过了聚焦点之后，指向性会变宽。这就使得接收者只有在聚焦点处指向性和听感最好，若偏离聚焦点，听感就会受到影响。
[0006]因此，如何设计一种能实现指向性偏转的同时又能保持指向性稳定的参量阵扬声器，是需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种能实现指向性偏转的同时又能保持指向性稳定的参量阵扬声器及其指向性偏转方法。
[0008]为实现上述目的，一方面，本专利技术提出了一种参量阵扬声器，包括超声换能器阵列及与所述超声换能器阵列相连的延时和相位调整单元，所述超声换能器阵列包括多组发声通道，所述延时和相位调整单元用于调整每组所述发声通道的延时和相位，使得每组发声通道发射出的子波束的偏转角度及相位均相同，且多个所述子波束合并形成一个波束发射出。
[0009]在一优选实施例中，所述超声换能器阵列由多个按阵列排布的超声换能器组成；每个所述超声换能器形成一个所述发声通道，每组所述发声通道输入一个驱动信号；或者所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列，每组所述超声换能器子阵列包括多个所述超声换能器且每组所述超声换能器子阵列形成一个所述发声通道。
[0010]在一优选实施例中，所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列时，每组所述超声换能器子阵列所具有的超声换能器的数量相同，均为N，N为大于等于2的整数，且每
组超声换能器子阵列的第i个超声换能器组合形成一个驱动通道，i=1、2
……
N，每个所述驱动通道共用一个驱动信号。
[0011]在一优选实施例中，相邻两个超声换能器之间的间隙小于等于超声波波长的两倍，所述间隙为相邻两个超声换能器的中心点之间的距离。
[0012]在一优选实施例中，所述超声换能器阵列的分组数量小于等于10。
[0013]在一优选实施例中，每个超声换能器形成一组发声通道时，每个所述发声通道的相位调整为：Φ
i
= t
i
×
f0×2×
π；其中，Φ
i
表示第i组发声通道的相位，t
i
为第i组发声通道相对于第1组发声通道的延时，f0为参量阵扬声器的超声频率；t
i
= d
i
/c0，d
i
=sqrt((x1‑
x
i
)^2+(y1‑
y
i
)^2+(z1‑
z
i
)^2)
ꢀ×
sin(θ)；其中，t
i
表示第i组发声通道相对第1组发声通道增加的延时对应的声传播距离，c0表示声波波速，(x1,y1,z1)表示第1组发声通道的中心点的坐标，(x
i
,y
i
,z
i
)表示第i组发声通道的中心点的坐标，θ表示每组发声通道发射出的子波束的偏转角度，i为1、2
……
P，P为超声换能器阵列的超声换能器数量，其为大于等于1的整数。
[0014]在一优选实施例中，所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列时，每个所述驱动通道的延时和相位调整为一致，且第1组发声通道的第j个超声换能器的相位调整为：Φ
1j
= t
1j
×
f0×2×
π；其中，Φ
1j
表示第1组发声通道第j个超声换能器的相位，t
1j
为第1组发声通道第j个超声换能器相对于第1组发声通道第1个超声换能器的延时，f0为参量阵扬声器的超声频率；T
1j
= d
1j
/c0，d
1j
=sqrt((x
11
‑
x
1j
)^2+(y
11
‑
y
1j
)^2+(z
11
‑
z
1j
)^2)
ꢀ×
sin(θ)；其中，t
1j
表示第1组发声通道第j个超声换能器相对第1组发声通道第1个超声换能器增加的延时对应的声传播距离，c0表示声波波速，(x
11
,y
11
,z
11
)表示第1组发声通道第1个超声换能器的中心点的坐标，(x
1j
,y
1j
,z
1j
)表示第1组发声通道第j个超声换能器的中心点的坐标，θ表示每组发声通道发射出的子波束的偏转角度，j为1、2
……
N，N为每组发声通道的超声换能器数量，其为大于等于2的整数。
[0015]另一方面，本专利技术提出了一种参量阵扬声器的指向性偏转方法，包括：S1，将参量阵扬声器的超声换能器阵列分为多组发声通道，通过延时和相位调整单元调整超声换能器阵列的每组发声通道的延时和相位；S2，每组发声通道在输入的延时和相位控制下，发射出子波束，每组发声通道发射出的所述子波束的偏转角度及相位均相同；S3，多个所述子波束合并形成一个波束发射出。
[0016]在一优选实施例中，所述超声换能器阵列由多个按阵列排布的超声换能器组成，所述S1中，将超声换能器阵列的每个超声换能器划分为一组发声通道，每组所述发声通道输入一个驱动信号，所述延时和相位调整单元调整每组发声通道的相位为：
Φ
i
= t
i
×
f0×2×
π；其中，Φ
i
表示第i组发声通道的相位，t
i
为第i组发声通道相对于第1组发声通道的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参量阵扬声器，其特征在于，所述参量阵扬声器包括超声换能器阵列及与所述超声换能器阵列相连的延时和相位调整单元，所述超声换能器阵列包括多组发声通道，所述延时和相位调整单元用于调整每组所述发声通道的延时和相位，使得每组发声通道发射出的子波束的偏转角度及相位均相同，且多个所述子波束合并形成一个波束发射出。2.如权利要求1所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，所述超声换能器阵列由多个按阵列排布的超声换能器组成；每个所述超声换能器形成一个所述发声通道，每组所述发声通道输入一个驱动信号；或者所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列，每组所述超声换能器子阵列包括多个所述超声换能器且每组所述超声换能器子阵列形成一个所述发声通道。3.如权利要求2所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列时，每组所述超声换能器子阵列所具有的超声换能器的数量相同，均为N，N为大于等于2的整数，且每组超声换能器子阵列的第i个超声换能器组合形成一个驱动通道，i=1、2
……
N，每个所述驱动通道共用一个驱动信号。4.如权利要求2或3所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，相邻两个超声换能器之间的间隙小于等于超声波波长的两倍，所述间隙为相邻两个超声换能器的中心点之间的距离。5.如权利要求2或3所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，所述超声换能器阵列的分组数量小于等于10。6.如权利要求2所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，每个超声换能器形成一组发声通道时，每组所述发声通道的相位调整为：Φ
i
= t
i
×
f0×2×
π；其中，Φ
i
表示第i组发声通道的相位，t
i
为第i组发声通道相对于第1组发声通道的延时，f0为参量阵扬声器的超声频率；t
i
= d
i
/c0，d
i
=sqrt((x1‑
x
i
)^2+(y1‑
y
i
)^2+(z1‑
z
i
)^2)
ꢀ×
sin(θ)；其中，d
i
表示第i组发声通道相对第1组发声通道增加的延时对应的声传播距离，c0表示声波波速，(x1,y1,z1)表示第1组发声通道的中心点的坐标，(x
i
,y
i
,z
i
)表示第i组发声通道的中心点的坐标，θ表示每组发声通道发射出的子波束的偏转角度，i为1、2
……
P，P为超声换能器阵列的超声换能器数量，其为大于等于1的整数。7.如权利要求3所述的一种参量阵扬声器，其特征在于，所述超声换能器阵列分为多组超声换能器子阵列时，每个所述驱动通道的延时和相位调整为一致，且第1组发声通道的第j个超声换能器的相位调整为：Φ
1j
= t
1j
×
f0×2×
π；其中，Φ
1j
表示第1组发声通道第j个超声换能器的相位，t
1j
为第1组发声通道第j个超声换能器相对于第1组发声通道第1个超声换能器的延时，f0为参量阵扬声器的超声频率；T
1j
= d
1j
/c0，d
1j
=sqrt((x
11
‑
x
1j
)^2+(y
11
‑
y
1j
)^2+(z
11
‑
z
1j
)^2)
ꢀ×
sin(θ)；其中，t
1j
表示第1组发声通道第j个超声换能器相对第1组发声通道第1个超声换能器增加的延时对应的声传播距离，c0表示声波波速，(x
11
,y
11
,z
11
)表示第1组发声通道第1个超声
换能器的中心点的坐标，(x
1j
,y
1j
,z
1j
)表示第1组发声通道第j个超声换...

【专利技术属性】
技术研发人员：辜磊，毛峻伟，
申请(专利权)人：苏州清听声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：