[发明专利]一种高指向性特种扬声器扩声系统

说明书

本发明公开了一种高指向性特种扬声器扩声系统，所述前置信号放大器电性连接至数字电源与核心微控制器，前置信号放大器输出的一路纯模拟信号与核心微控制器输出的数字信号分别送至数字电源进行纯硬件载波调制，控制后级的双极性调制激励电路，包络调制后的超声波方波信号送至LC谐振电路。本发明结构简单，使用纯硬件电路实现，彻底解决数字采集电路因速度原因无法良好复现音频信号的问题，双极性调制激励电路的调制方式为单端与双极性混合调制，进一步提升系统响应速度，提升输出音质，实现小音量播放下大幅降低系统功耗以及底噪，大音量下自动提升发射功率，保证输出足够的声强。

技术领域

本发明涉及定向扩声或远程传声领域，具体是一种高指向性特种扬声器扩声系统。

背景技术

超声波定向扩声系统又称为有源定向扬声器：传统扬声器发出的声波是向四面八方传播的，若要实现定向效果，扬声器与对应声学结构需要做到很大的体积。超声波定向扩声系统利用了超声波的强指向性特点，将普通音频信号加载于高频超声波信号上，之后经过特定的调制与发射，可使调制后的超声信号进行高指向性传播，在传播过程中高频超声波信号自然衰减，进入人耳后被自然地进行二次低通滤波，处在扬声器指向区域内的人即可听到原本的音频信号。

传统的超声波定向扩声系统大多是基于数字信号处理(DSP)或调频(FM)进行信号调制：首先对音频信号进行放大，然后使用数字信号处理器(DSP)进行采样后调制，因音频信号是很复杂的模拟信号，DSP性能不足将造成输出超声波信号质量受到严重影响，若采用高性能DSP处理器虽然可以改善调制质量，但会使系统成本过于高昂，难以进行商业化应用；或者直接使用音频信号干预超声波发射频率进行调频(FM)调制，特点是响应速度远高于DSP方案，但超声波换能器组件7拥有固定的谐振频点，调频调制会使超声波换能器组件7严重偏离最佳工作点，导致换能器效率低下，发热量偏高，严重的情况下甚至会烧毁超声波换能器组件7，且调频调制需要对电路进行繁琐的调试，同样不适用于商业化产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高指向性特种扬声器扩声系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高指向性特种扬声器扩声系统，所述超声波定向扩声系统包括前置信号放大器、核心微控制器、模拟电源、数字电源、双极性调制激励电路、LC谐振升压电路、超声波换能器组件，所述前置信号放大器电性连接至数字电源与核心微控制器，并向核心微控制器传送音频采集信息，前置信号放大器输出的一路纯模拟信号与核心微控制器输出的数字信号分别送至数字电源进行纯硬件载波调制，控制后级的双极性调制激励电路，双极性调制激励电路的电源由模拟电源提供，包络调制后的超声波方波信号送至LC谐振电路，转换为电压较高的正弦波振荡信号，驱动超声波换能器组件，同时LC谐振电路返回后级工作状态数据至核心微控制器。

作为本发明进一步的方案：用模拟电源与数字电源分别接管双极性调制激励电路的前置驱动部分与大功率后级驱动电路。

作为本发明进一步的方案：核心微控制器采集前置信号放大器输出的模拟信号，对数字电源进行调制，改变双极性调制激励电路的激励强度，作用于超声波换能器组件，从前置信号放大器引出偏置音频信号，对数字电源进行二次调制。

作为本发明进一步的方案：双极性调制激励电路的调制方式为单端与双极性混合调制，双极性调制激励电路的载波频率为28—39.4KHz可调，引入动态调制方式，系统中核心微控制器，根据输入音频信号的强弱自动改变双极性调制激励电路的平均输出功率。

作为本发明再进一步的方案：在双极性调制激励电路后加入LC谐振升压电路，与双极性调制激励电路输出的超声波振荡信号进行谐振，将大功率激励电路输出的方波信号转为正弦波。