声频定向扬声器及装置的利记博彩app

本实用新型涉及信号处理技术领域，尤其是涉及一种声频定向扬声器及装置。

背景技术：

现在随着科技的发达，发声设备逐渐增多，而发声设备中应用传统的扬声器发出的声音都是全方位发散的，四周的人都可以听见，所以很多发声设备在给人们带来娱乐的同时，也对居民生活造成了一定的噪声污染。针对噪音污染问题，人们也采用了很多方法，例如隔音玻璃墙等。但是这些手段，不仅成本很高，而且无法从根源上减少噪音污染。

目前针对上述问题，国内外研究学者结合声频定向技术来实现声音的定向传输。该技术利用超声波在空气传播中的非线性交互作用产生高指向性自解调可听声，从而实现声频的定向传播。但是，目前声频定向技术在国内还处于待研发阶段，而没有得到有效的利用，无法有效的解决上述发声设备产生噪音污染的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种声频定向扬声器及装置，以降低上述发声设备产生噪音污染的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种声频定向扬声器，包括：

信号放大器、信号转换器、数字调制器、模拟功率放大器和超声波换能器，其中，

所述信号放大器，用于接收第一模拟音频信号，并放大所述第一模拟音频信号，生成第一放大模拟音频信号，将所述第一放大模拟音频信号发送至所述信号转换器；

所述信号转换器，与所述信号放大器电连接，用于接收所述第一放大模拟音频信号，并将所述第一放大模拟音频信号转换成数字音频信号，将所述数字音频信号发送至所述数字调制器；

所述数字调制器，与所述信号转换器电连接，用于接收所述数字音频信号，对所述数字音频信号进行调制，生成调制音频信号，并将所述调制音频信号发送至所述信号转换器，所述信号转换器将所述调制音频信号转换成第二模拟音频信号并发送至所述模拟功率放大器；

所述模拟功率放大器，与所述信号转换器电连接，用于接收所述第二模拟音频信号，并放大所述第二模拟音频信号，生成第二放大模拟音频信号；

所述超声波换能器，与所述模拟功率放大器连接，用于接收所述第二放大模拟音频信号，将所述第二放大模拟音频信号转化为超声波信号，并发射所述超声波信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述模拟功率放大器包括OPA548集成芯片。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述数字调制器为DE2-70开发板。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述超声波换能器的截面为正六边形。

结合第一方面或者第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述超声波换能器包括多个超声波发射头，所述多个超声波发射头均匀布置在所述超声波换能器中，所述多个超声波发射头采用并联方式电连接。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述超声波发射头的形状为圆形活塞状，所述超声波发射头的直径为16mm，相邻所述超声波发射头之间的距离为0.4mm。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述信号放大器包括OP07集成运放芯片。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种声频定向装置，包括旋转台和如上所述任一实施方式的扬声器，所述旋转台，用于固定安装所述超声波换能器，以使所述超声波换能器转动。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述旋转台包括底座和安装件，所述安装件包括第一安装面和与所述第一安装面呈预设夹角的第二安装面，所述第二安装面旋转安装在所述底座上；

所述第一安装面，与所述第二安装面固定连接，用于固定所述超声波换能器。

结合第二方面或者第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括控制器，所述控制器与所述旋转台连接，用于控制所述旋转台转动。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型应用声频定向扬声器及装置，使得发声设备发射的音频信号可以定向传播，降低发声设备产生的噪声污染。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的声频定向扬声器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的声频定向扬声器中超声波换能器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的声频定向扬声器中超声波换能器的工作原理图；

图4为本实用新型实施例提供的声频定向装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的声频定向装置中旋转台的各组件结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的声频定向装置中旋转台的结构示意图。

图标：

110-信号放大器；120-信号转换器；130-数字调制器；140-模拟功率放大器；150-超声波换能器；151-超声波发射头；152-PCB；550-控制器；560-旋转台；570-声频定向扬声器；160-安装件；161-第一安装面；162-第二安装面；163-限位安装孔；164-凸型滑块；170-底板；171-固定孔；172-第一螺纹孔；173-第一延伸片；180-第一旋转层；181-第二螺纹孔；182-第三螺纹孔；183-第二延伸片；184-第三延伸片；190-第二旋转层；191-第四螺纹孔；192-曲线滑槽；193-第四延伸片；200-第一螺栓；210-第二螺栓；220-底座。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前发声设备中应用传统的扬声器发出的声音都是全方位发散的，从而产生噪音污染的问题，基于此，本实用新型实施例提供的一种声频定向扬声器及装置，可以使得发声设备发射的音频信号可以定向传播，降低发声设备产生的噪声污染。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种声频定向扬声器进行详细介绍。

图1示出了根据本实用新型实施例提供了一种声频定向扬声器。如图1所示，该扬声器包括：信号放大器110、信号转换器120、数字调制器130、模拟功率放大器140和超声波换能器150。

信号放大器110采用了基于集成运放芯片设计的前端小信号模块，该信号放大器110用于接收第一模拟音频信号，并将该第一模拟音频信号进行例如10倍的放大，生成第一放大模拟音频信号，将该第一放大模拟音频信号发送至信号转换器120。其中，上述集成运放芯片可选用型号OP07、Op27或者UA741。

与上述信号放大器110电连接的信号转换器120用于接收第一放大模拟音频信号。该信号转换器120可以采用高速ADDA(模数/数模)模块将接收到的第一放大模拟音频信号转换成数字音频信号，将该数字音频信号发送至数字调制器130。其中，高速ADDA模块输入输出接口至少为8位。

利用上述高度ADDA模块，可实现数字信号与模拟信号之间的互相转换，相比于分别使用AD(模数)转换模块和DA(模数)转换模块，减小了扬声器的体积，利于集成，且高度ADDA模块处理速度快、失真小，提高了扬声器的性能。

与上述信号转换器120电连接的数字调制器130用于接收上述数字音频信号，并将该数字音频信号按照算法预设的方式加载到预设超声波信号，从而实现对该数字音频信号进行调制生成调制音频信号，并将该调制音频信号发送至信号转换器120。其中，数字调制器130一般包括FPGA(现场可编程逻辑阵列)器件、DSP(数字信号处理)芯片或DE2-70开发板。

在一个实施例中，在数字调制器130为DE2-70开发板，利用DE2-70开发板可编程特性，将预先采用C语言写好的数字正弦表固化到DE2-70开发板的ROM(只读存储器)模块中，再采用合适的时钟速率读取此数字正弦表，生成频率为40Khz的超声波正弦信号。将上述由信号转换器120发送的数字音频信号与上述40Khz的超声波正弦信号进行调制算法处理，例如，按一定的时序逻辑运算进行编程从而实现对低频可听声和40Khz超声波信号的调制，最终得到一种包络为可听声低频信号，即上述调制音频信号。利用DE2-70开发板，能够并行处理数据、提高数据处理速率、提高系统性能。

信号转换器120将调制音频信号转换成第二模拟音频信号并发送至模拟功率放大器140。

上述模拟功率放大器140与信号转换器120电连接，用于接收上述第二模拟音频信号，并放大所述第二模拟音频信号，生成第二放大模拟音频信号。其中，模拟功率放大器140至少可选用型号OPA548集成芯片、OPA547集成芯片、OPA569集成芯片。相较于数字功率放大器，采用上述集成芯片构成的模拟功率放大器140结构简单，稳定性好，设计方便。

超声波换能器150与上述模拟功率放大器140连接，用于接收上述第二放大模拟音频信号，将该第二放大模拟音频信号转化为超声波信号，并发射超声波信号。

具体的，如图2所示，该超声波换能器150包括91个谐振频率为40Khz的圆形活塞式的超声波发射头151。上述91个超声波发射头151采用并联方式电连接，均匀布置在上述超声波换能器150中且组成正六边形超声波发射头阵列。上述超声波换能器150焊接在PCB(印刷电路板)152上，考虑到制板以及焊接难度，超声波发射头151的直径为16mm，相邻所述超声波发射头151之间的距离为0.4mm。采用上述超声波换能器150使得声音指向性更高，能量更集中，将该超声波换能器150应用于扬声器中更有利于降低噪音污染。

进一步的，图3示出了本实用新型实施例提供的声频定向扬声器中超声波换能器150的工作原理图。超声波换能器150接收到音频信号后，超声波换能器150通过机械振动向空气中发射两列f₁、f₂的超声波。这两列超声波在空气中传播的过程中将产生非线性交互作用，从而生成了包括基频f₁、f₂、和频f₁+f₂、差频f₁-f₂及各阶谐波在内的复杂声波。由于声衰减系统与频率的平方成正比，频率较高的超声波信号f₁+f₂、f₁、f₂及各次谐波将很快被空气吸收掉，剩下处于声频范围内的差频信号f₁-f₂在空气中继续高指向性传播。

因此，将本实用新型实施例提供的声频定向扬声器应用于发声设备中，可以使得发声设备发射的音频信号可以定向传播，降低发声设备产生的噪声污染。

图4示出了根据本实用新型实施例提供的一种声频定向装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括控制器550、旋转台560和上述声频定向扬声器570。

旋转台560，用于固定安装超声波换能器150，以使上述超声波换能器150转动。控制器550与旋转台560电连接，用于控制旋转台560转动，增强了对上述装置声频传播方向调整的自动化控制。

图5示出了本实用新型实施例提供的声频定向装置中旋转台560的结构示意图。

图6示出了该旋转台560的各组件结构示意图。

参考图5和图6，旋转台560包括底座220和安装件160。底座220包括底板170、第一旋转层180和第二旋转层190，其中，该底板170上设置有两个固定孔171，可通过例如螺栓将旋转台560固定。底板170的左、右两侧分别向上垂直延伸有第一延伸片173，第一延伸片173上部对称设置有第一螺纹孔172。第一旋转层180的左、右两侧分别向下垂直延伸有第二延伸片183，该第二延伸片183下部对称设置有第二螺纹孔181。底板170中的第一螺纹孔172和第一旋转层180中的第二螺纹孔181分别通过两个第一螺栓200进行固定连接，从而使第一旋转层180能够相对于底板170以第一螺栓200为轴旋转。第一旋转层180的前、后两侧分别向上垂直延伸有第三延伸片184，该第三延伸片184上部对称设置有第三螺纹孔182。第二旋转层190的前、后两侧分别向下垂直延伸有第四延伸片193，该第四延伸片193下部对称设置有第四螺纹孔191。第一旋转层180中的第三螺纹孔182和第二旋转层190中的第四螺纹孔191分别通过两个第二螺栓210进行连接，从而使第二旋转层190能够相对于第一旋转层180以第二螺栓210为轴旋转。

安装件160包括第一安装面161和与所述第一安装面161呈预设夹角的第二安装面162。该安装件160一体成型，或者第一安装面161的任一边缘与第二安装面162的任一边缘通过环氧树脂胶粘结。其中，安装件160的材质为亚克力板。第一安装面161的截面形状至少可包括正六边形、四边形以及任意多边形。

第二旋转层190的同一圆周内均匀分布4个相同弧度的曲线滑槽192，第二安装面162上设置有与4个曲线滑槽192相对应的4个限位安装孔163，4个凸型滑块164能够贯穿相对应的限位安装孔163和曲线滑槽192，从而沿曲线滑槽192滑动，以使第二安装面162能够相对于第二旋转层190旋转。

第一旋转层180能够相对于底板170以第一螺栓200为轴旋转，第二旋转层190能够相对于所述第一旋转层180以第二螺栓210为轴旋转，第二安装面162能够相对于第二旋转层190沿上述曲线滑槽192转动，因此将超声波换能器150固定于第一安装面161实现多方向的全角度转动，从而调整声频的传播方向，而不需要手动搬动上述装置，方便用户的使用。

本实用新型实施例提供的声频定向装置，与上述实施例提供的声频定向扬声器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本实用新型实施例所提供的声频定向扬声器及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。