定向聲HyperSound：技術(shù)介紹

　　HyperSound是一種顛覆性的音頻創(chuàng )新，具有高度的指向性，可以在商業(yè)應用中推動(dòng)沉浸式音頻體驗。

　　定向聲音揚聲器是一項突破性的技術(shù)，為零售商、系統集成商和其他組織提供了創(chuàng )建隔離的聲音區域的能力。本白皮書(shū)提供了該技術(shù)的簡(jiǎn)要介紹，并討論了其在廣泛的商業(yè)應用中的潛力。

　　定向聲：

　　定向音頻是一種新興的技術(shù)，在廣泛的商業(yè)環(huán)境中具有巨大的潛力。

　　音頻“指向性”的水平在今天的揚聲器中變化很大。當我們討論指向性時(shí)，我們指的是揚聲器如何向不同方向發(fā)送聲音的特性。當聲音是“定向的”時(shí)，它沿著(zhù)一個(gè)特定的軸以最小的擴散傳播。

　　目前，產(chǎn)生定向聲音的方法有以下幾種

　　揚聲器陣列: 在水平面上，空間上控制可聽(tīng)見(jiàn)的聲音波束。這種產(chǎn)生集中聲音的方法成本很高，不能由小型揚聲器產(chǎn)生。指向性很低。

　　聲音圓頂: 將聲波聚焦到圓頂下的聽(tīng)眾。指向性是有限的，取決于圓頂的大小，只能部署在頭頂的應用。

　　參數化(或超聲波)揚聲器: 將可聽(tīng)到的聲音信號調制到超聲波載體上，并通過(guò)超聲波發(fā)射器投射信號，在一個(gè)緊密的柱狀結構中產(chǎn)生可聽(tīng)到的聲音。這種類(lèi)型的揚聲器提供了最大的音頻方向性，并可以不同的的發(fā)射器大小和形狀中開(kāi)發(fā)。

　　參數化揚聲器提供了一種有效的方法，以高度定向的方式投射聲音， 而不使用大型揚聲器陣列，以形成尖銳的定向波束

　　定向音頻揚聲器VS傳統揚聲器

　　HyperSound是一種創(chuàng )新的，高度定向的參數化揚聲器。

　　傳統的揚聲器可以被認為是一個(gè)裸露的燈泡，而超聲技術(shù)可以被認為是一個(gè)手電筒光束。

　　與燈泡一樣，傳統的揚聲器向四面八方輻射聲音:不管聽(tīng)者在房間的哪個(gè)位置，聲音都會(huì )被聽(tīng)到。通常，聽(tīng)者可以從房間的任何地方直接指向那個(gè)揚聲器，并說(shuō)“這就是聲音的來(lái)源”。

　　另一方面，HyperSound 以一種高度可控的窄波束發(fā)出聲音，因此只有當你“在波束中”或處于能聽(tīng)到虛擬源反射聲音的位置時(shí)，才能聽(tīng)到聲音。這是因為，HyperSound 不是直接使用振動(dòng)揚聲器錐產(chǎn)生，而是使用超聲波在空氣中產(chǎn)生聲音。音頻是高度定向的，因為它是在一個(gè)超聲波能量柱上無(wú)限多的點(diǎn)上產(chǎn)生的。

　　這提供了獨特的靈活性，將聲音準確地放置在您想要的地方，而實(shí)質(zhì)上屏蔽了來(lái)自其他領(lǐng)域的聲音。

　　歷史

　　大約 150年前，一位名叫Hermann·von·Helmholtz的德國物理學(xué)家發(fā)現空氣是非線(xiàn)性的。非線(xiàn)性系統的輸出與輸入不成正比。他在管風(fēng)琴上大聲地彈奏著(zhù)兩個(gè)管風(fēng)琴音符，并能聽(tīng)到他認為是較高頻率和較低頻率的聲音。通過(guò)仔細地測量，他證明了這些新的頻率確實(shí)以新的音調的形式存在，并且被測量為原始音符頻率的和與差。

　　在電子學(xué)的世界里，把兩個(gè)頻率發(fā)送到一個(gè)非線(xiàn)性的設備中，產(chǎn)生的輸出包含兩個(gè)原始信號，加上兩個(gè)信號的和，兩個(gè)信號的差，以及一組諧波。

　　Westervelt(布朗大學(xué))和Blacktock(德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校)進(jìn)一步解釋了亥姆霍茲實(shí)驗。他們證明了新的音調是空氣本身引起的傳播失真的結果。

　　根據Westervelt，Berktay，Blacktock等人的說(shuō)法，非線(xiàn)性聲學(xué)理論認為，當兩個(gè)超聲主音組合在一起時(shí)，可以產(chǎn)生每個(gè)主音的諧波以及和音和差音。

　　由于我們不經(jīng)常聽(tīng)正弦波(之前的研究檢查了正弦波)，Elwood Norris 和 HyperSound的聯(lián)合創(chuàng )始人決定找到一種方法在空氣中產(chǎn)生復雜的聲波，如聲音或音樂(lè )。就 HyperperSound 應用而言，在人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)范圍內產(chǎn)生這些不同音調是非常重要的。

　　其結果是一套電子、數字信號處理和一套專(zhuān)利算法，該算法創(chuàng )建了復雜的波形，其中包含在空氣中產(chǎn)生不同音調所需的所有組件，然后從一個(gè)單一的超聲發(fā)射器(參量陣揚聲器)投射出波形。因為這個(gè)發(fā)射器的工作原理是空氣中的非線(xiàn)性，它產(chǎn)生了一個(gè)高度定向的聲波束。

　　HyperSound是如何工作的

　　“在空氣中”產(chǎn)生聲音的過(guò)程

　　超聲學(xué)和音頻

　　HyperSound 通過(guò)一系列過(guò)程創(chuàng )建可聽(tīng)到的聲音(參見(jiàn)下面的圖)。將音頻信號發(fā)送到專(zhuān)有的電子預處理電路、失真控制電路，然后通過(guò)倍增器電路產(chǎn)生復合超聲/聲波波形。然后這個(gè)信號被放大并直接發(fā)送到HyperSound 超聲波發(fā)射器。在揚聲器前產(chǎn)生一束超聲波能量，它包含空氣分子產(chǎn)生可聽(tīng)聲音所需的所有屬性。我們能聽(tīng)到的聲音沿著(zhù)這一波束被解調，在空氣分子中通過(guò)向下轉換過(guò)程產(chǎn)生在可聽(tīng)到的頻率范圍內產(chǎn)生有規律的聲音。

　　HyperSound能產(chǎn)生高指向的超聲波能量束轉換為空氣中可聽(tīng)到的聲音。波束的長(cháng)度決定了音頻的方向性。這種聲音比傳統的揚聲器在更遠的距離上具有方向性。

　　圖1展示了HyperSound音頻波束系統的功能示意圖。首先，發(fā)射的超聲波是聽(tīng)不見(jiàn)的，但當它把音頻信號壓在空氣中的載體上時(shí)，音頻信號被參數陣列效應解調，變成可聽(tīng)聲。這種解調的音頻波保留了超聲波的指向性，從而產(chǎn)生音頻波束。

　　HyperSound創(chuàng )新

　　HyperSound技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展

　　挑戰商業(yè)音頻技術(shù)創(chuàng )新的極限。

　　自上世紀 90年代末 HyperSound誕生以來(lái)，在原有的系統設計和功能上進(jìn)行了無(wú)數的創(chuàng )新。創(chuàng )新的關(guān)鍵領(lǐng)域包括:

　　發(fā)射極設計: HyperSound的發(fā)射極和放大器設計已經(jīng)得到了巨大的改進(jìn)，以?xún)?yōu)化其在商業(yè)環(huán)境中的應用。此外，發(fā)射極面板的創(chuàng )新設計提高了音頻音量與面板尺寸的比例，允許生產(chǎn)更小的面板。

　　調制: 在 HyperSound 廣泛的創(chuàng )新中，可能是直接與調制相關(guān)的最重要和最有前途的交易; 更具體地說(shuō)，是對 HyperSound 復雜且高度復雜的調制算法的改進(jìn)。這些專(zhuān)利改進(jìn)糾正諧波失真和互調，提高音頻質(zhì)量和頻率響應。

　　電子:  HyperSound的核心電子組件也進(jìn)行了多次革新，新專(zhuān)利的發(fā)布使系統更加穩定，技術(shù)更加完善。例如，它的電路經(jīng)過(guò)了技術(shù)改造改進(jìn)和先進(jìn)的匹配設備被引入，導致系統效率提高。電子技術(shù)的進(jìn)步也使低壓電纜的使用和更低的整體功耗成為可能。

　　主要特征和優(yōu)點(diǎn)