一种发声系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种发声系统，包括输入信号、前置处理单元和扬声器，输入信号与扬声器直接连接，且通过前置处理单元与扬声器相连，输入信号经前置处理单元处理后输出超声波信号，超声波信号包括第一超声波信号和第二超声波信号，输入信号、第一超声波信号和第二超声波信号均输入给扬声器，扬声器叠加输出输入信号以及由第一超声波信号和第二超声波信号通过空气自解调出的输入信号。本实用新型专利技术使得扬声器在实现高指向性的同时，也可实现宽覆盖范围，且增大了其可听声声压级。且增大了其可听声声压级。且增大了其可听声声压级。

【技术实现步骤摘要】
一种发声系统


[0001]本技术涉及扬声器
，具体涉及一种集传统扬声器和超声波扬声器于一体的发声系统。

技术介绍

[0002]如图1所示，传统扬声器的主要特点为：1)基于一种线性模型，即空气介质的吸收能量与产生的声波呈线性关系；2)传统扬声器的声音传播是发散式的，不具有指向性的特点；3)扬声器直接向空气中辐射可听声。
[0003]随着社会的不断进步，越来越多的场合要求使用一种具有高指向性的扬声器。如在展览馆中，应用声频定向扬声器可实现在不同的展位前一定区域内只能听到该展位所展示内容的声音，这样既可消除不同展位之间的声音干扰，又可在同一大厅播放几十乃至上百种声音而不产生噪声污染；又如在商场中，汽车上、飞机上、宇航飞船上、餐厅、游戏室、网吧、多国会议等需要局部声音而区域间不产生相互干扰声音的场合，需要为不同坐位或区域的人提供不同的声音服务等。
[0004]与传统扬声器相比，超声波扬声器工作的机理完全不同。它是一种非线性的，间接式的，能够产生具有高指向性可听声的装置。超声波扬声器向空气中发射经过在前处理中调制后的不同频率的超声波，由于超声波在空气中非线性传播的交互作用式自解调，从而产生低频可听声，并以高指向方式传播给收听者。其工作原理如图2所示，f1、f2是在前处理中对音频信号经过调制后的两列具有不同频率(f1、f2)的有限振幅超声波，经过超声波换能器将其辐射到空气中并沿同一方向传播时，两基波的非线性交互作用可以产生两个不同的分量，即两频率之差(f1
‑
f2)和两频率之和(f1+f2)，产生谐波，进入空气中后，由于高次谐波振幅小、衰减与频率成正比，使得高次谐波比差频分量信号衰减得快，所以经过一小段距离的传输后，只有差频分量的低频可听信号仍然存在，形成可听声。具体信号转换流程如图3所示，从图中可以看出，超声波频率f1和f2在向前发射过程中，会不同解调出具有累积效应的，频率f1
‑
f2的虚拟可听声的声源，形成一个类似端射阵扬声器的情况，从而实现高指向性的可听声波束，以及超长的可听声传播距离。
[0005]但是现有超声波扬声器存在以下缺点:1、由于需要将电能，先转换为超声波，再转换为可听声，所以整体电到可听声的换能效率稍低,在阵列尺寸较小时，可听声声压级略低；2、超声波扬声器指向性强，但无法覆盖更宽的方向，且在一些场景下，可听声需要在强指向性和宽覆盖范围之间切换。
[0006]因此，如何改善现有超声波扬声器换能器效率低、声压级略低及无法覆盖更宽方向的问题，是目前需要考虑的。

技术实现思路
：
[0007]本技术的目的在于提供一种集传统扬声器和超声波扬声器于一体的发声系统。
[0008]为实现上述目的，本技术提出了一种发声系统，包括：输入信号、前置处理单元和扬声器，所述输入信号与所述扬声器直接连接，且通过所述前置处理单元与所述扬声器相连，所述输入信号经所述前置处理单元处理后输出超声波信号，所述超声波信号包括第一超声波信号和第二超声波信号，所述输入信号、所述第一超声波信号和所述第二超声波信号均输入给所述扬声器，所述扬声器叠加输出所述输入信号以及由所述第一超声波信号和所述第二超声波信号通过空气自解调出的输入信号。
[0009]在一优选实施例中，所述输入信号切换输入给扬声器或所述前置处理单元，或者所述输入信号既输入给所述扬声器又输入给所述前置处理单元。
[0010]在一优选实施例中，所述输入信号是频率范围为20Hz～20KHz的可听声。
[0011]在一优选实施例中，所述前置处理单元包括信号调制单元和与所述信号调制单元相连的功率放大单元，所述信号调制单元将所述输入信号与超声载波信号进行调制，生成所述第一超声波信号和第二超声波信号，所述功率放大单元将所述第一超声波信号和第二超声波信号进行功率放大后输出给所述扬声器。
[0012]在一优选实施例中，所述扬声器为静电式薄膜扬声器，或者为压电扬声器。
[0013]在一优选实施例中，所述静电式薄膜扬声器包括多个静电发声单元，每个所述静电发声单元包括振动层、支撑柱和基材层，所述振动层层叠于所述基材层上，所述支撑柱位于所述振动层和所述基材层之间，使所述振动层和基材层之间形成有用于提供振动层振动空间的空气间隙，所述振动层在加载的电压作用下振动发声。
[0014]在一优选实施例中，所述多个静电发声单元呈阵列排布，形成参量阵扬声器。
[0015]在一优选实施例中，所述振动层包括振动薄膜和顶电极，所述顶电极位于所述振动薄膜靠近基材层的底面上。
[0016]在一优选实施例中，所述基材层包括固定底板、底电极和绝缘层，所述底电极位于所述固定底板靠近振动层的顶面上，所述绝缘层位于所述底电极靠近振动层的顶面上，所述支撑柱位于所述顶电极和所述绝缘层之间。
[0017]在一优选实施例中，所述振动层上加载的电压包括直流偏置电压和交流电压。
[0018]在一优选实施例中，所述压电扬声器包括多个呈阵列分布的压电换能器。
[0019]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
[0020]1、本技术集传统扬声器和超声波扬声器于一体，通过将输入的音源信号直接输入给扬声器以及经超声波调制后输入给扬声器，扬声器叠加输出直接输入的音源信号以及由超声波信号通过空气自解调出的音源信号，使得扬声器在实现高指向性的同时，也可实现宽覆盖范围，且增大了其可听声声压级。
[0021]2、本技术通过控制输入信号，可以在传统扬声器、超声波扬声器、传统扬声器和超声波扬声器一体的发声模式之间切换，实现发声模式的多样化。
附图说明：
[0022]图1为现有传统扬声器的发声原理图；
[0023]图2为现有超声波扬声器的发声原理图；
[0024]图3为现有超声波扬声器的声波传输原理图；
[0025]图4为本技术系统的结构框图；
[0026]图5为本技术系统(前置处理单元细化后)的结构框图；
[0027]图6为本技术系统加控制开关的结构框图；
[0028]图7为本技术扬声器的具体结构示意图；
[0029]图8为本技术三种发声模式的仿真效果图。
[0030]附图标记为：
[0031]1、振动层，11、振动薄膜，12、顶电极，2、支撑柱，3、基材层，31、固定底板，32、底电极，33、绝缘层，4、空气间隙。
具体实施方式：
[0032]下面对本技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0033]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0034]如图4所示，本技术实施例所揭示的一种发声系统，包括输入信号、前置处理单元和扬声器，其中，输入信号为频率范围在20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发声系统，其特征在于，所述系统包括输入信号、前置处理单元和扬声器，所述输入信号与所述扬声器直接连接，且通过所述前置处理单元与所述扬声器相连，所述输入信号经所述前置处理单元处理后输出超声波信号，所述超声波信号包括第一超声波信号和第二超声波信号，所述输入信号、所述第一超声波信号和所述第二超声波信号均输入给所述扬声器，所述扬声器叠加输出所述输入信号以及由所述第一超声波信号和所述第二超声波信号通过空气自解调出的输入信号。2.如权利要求1所述的一种发声系统，其特征在于，所述输入信号切换输入给扬声器或所述前置处理单元，或者所述输入信号既输入给所述扬声器又输入给所述前置处理单元。3.如权利要求1所述的一种发声系统，其特征在于，所述前置处理单元包括信号调制单元和与所述信号调制单元相连的功率放大单元，所述信号调制单元将所述输入信号与超声载波信号进行调制，生成所述第一超声波信号和第二超声波信号，所述功率放大单元将所述第一超声波信号和第二超声波信号进行功率放大后输出给所述扬声器。4.如权利要求1所述的一种发声系统，其特征在于，所述扬声器为静电式薄膜扬声器，或者为压电扬...

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