[发明专利]用于产生声场的方法和设备

权利要求书

1.一种从具有已知相对位置和定向的换能器的阵列产生声场的方法，所述方法包括：

-界定各自具有相对于换能器的所述阵列的已知空间关系的多个控制点；

-将振幅分配到每一控制点；

-计算包括元素的矩阵，对于所述控制点中的每一个，所述元素表示在所述控制点处产生具有所述分配振幅和特定相位的模型化声场对其它控制点处的所述模型化声场的相应振幅和相位的影响；

-确定所述矩阵的特征向量，每一特征向量表示所述控制点处的所述模型化声场的相位和相对振幅的集合；和

-选择所述集合之一且操作所述换能器阵列以使所述换能器中的一个或多个输出各自具有初始振幅和相位的声波，使得所述控制点处的所得声场的所述相位和振幅对应于选定集合的所述相位和相对振幅。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定所述矩阵的特征值，所述特征值表示缩放因子，所述缩放因子中的一些将相对高且所述缩放因子中的一些将相对低，其中具有相对高对应特征值的相位和相对振幅的集合被选择作为所述选定集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用查找函数计算在所述控制点之一处产生所述分配振幅对所述其它控制点中的每一个处的所述振幅和相位的所述影响，所述查找函数界定所述声波的所述振幅和相位如何在空间上由于衰减和传播而改变。

4.根据权利要求1所述的方法，其包括正则化步骤，其中误差被引入到由所述换能器输出的所述初始振幅和相位中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述正则化是加权吉洪诺夫正则化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中缩放由所述换能器阵列输出的功率使得输出所述初始振幅中的最高振幅的所述换能器以实质上全功率操作。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述声波是超声波。

8.根据权利要求1所述的方法，其中以介于0.1Hz到500Hz之间的频率调制所述声波。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制点包括所述声场在其处具有相对高振幅的第一组控制点和所述声场在其处相对于所述第一组控制点处的所述声场的所述振幅具有相对低振幅的第二组控制点，所述第二组中的所述控制点与所述第一组控制点相邻使得在所述声场的振幅中产生梯度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中一组一个或多个低振幅控制点可以由高振幅控制点支持以界定可保存一组低振幅控制点处的物体的容器。

11.根据任何前述权利要求所述的方法，其中选择所述控制点中的至少一些的位置来界定所述声场可以存在于其内的体积内的虚拟三维形状的部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制点被定位在其中物体与所述虚拟形状交叉的点的区域中。

13.一种用于产生声场的设备，所述设备包括具有已知相对位置和定向的换能器的阵列以及数据处理器，所述数据处理器被配置来：

-计算包括元素的矩阵，对于各自具有相对于换能器的所述阵列的已知空间关系且各自被分配振幅的多个控制点中的每一个，所述元素表示在所述控制点处产生具有所述分配振幅和特定相位的模型化声场对其它控制点处的所述模型化声场的相应振幅和相位的影响；

-确定所述矩阵的特征向量，每一特征向量表示所述控制点处的所述模型化声场的相位和相对振幅的集合；

其中，所述数据处理器被配置来使所述换能器中的一个或多个输出各自具有初始振幅和相位的声波，使得所述控制点处的所得声场的所述相位和振幅对应于特征向量集合的所述相位和相对振幅。

14.根据权利要求13所述的设备，其另外被布置来确定所述矩阵的特征值，所述特征值表示缩放因子，所述缩放因子中的一些将相对高且所述缩放因子中的一些将相对低，其中具有相对高对应特征值的相位和相对振幅的集合被选择作为选定集合。

15.根据权利要求13所述的设备，其中所述数据处理器被另外布置来执行正则化步骤，其中误差被引入到由所述换能器输出的所述初始振幅和相位中。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述正则化是加权吉洪诺夫正则化。