Возбуждение параметрических громкоговорителей

Возбуждение параметрических громкоговорителей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к возбуждению параметрических громкоговорителей и, в частности, но не исключительно, к предкомпенсации для модуляции с одной боковой полосой параметрических громкоговорителей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы возрос интерес к пространственному восприятию при передаче звука. В частности, во многих приложениях желательно получить высоконаправленный и узкий звуковой пучок. Например, для виртуально окружающих акустических систем, где виртуальные задний или боковой источники звука генерируются физическими звуковыми преобразователями, расположенными напротив пользователя, высоконаправленные акустические пучки могут быть отражены стенами в сторону или назад от пользователя, тем самым, обеспечивая восприятие виртуальных звуковых источников в этих точках отражения.

Однако, может оказаться затруднительным сгенерировать такие узкие и высоконаправленные пучки от традиционных громкоговорителей, работающих в полосе звуковых частот. В связи с этим, был предложен альтернативный подход, основанный на излучении ультразвука от ультразвуковых преобразователей. Такие громкоговорители известны как параметрические громкоговорители. По существу, параметрический громкоговоритель представляет собой устройство, которое генерирует слышимый звук посредством нелинейной демодуляции ультразвуковой несущей высокой интенсивности, модулированной звуковым сигналом. Параметрические громкоговорители привлекательны для воспроизведения звука потому, что они обладают чрезвычайно высокой направленностью на звуковых частотах.

Таким образом, параметрические громкоговорители используют ультразвуковые преобразователи, которые могут обеспечить высоконаправленный звуковой пучок. Обычно, направленность (узость звукового пучка) громкоговорителя зависит от соотношения размера громкоговорителя и длин звуковых волн. Слышимый звук имеет длины волн в пределах от нескольких сантиметров до нескольких метров, и поскольку эти длины волн сопоставимы с размером большинства громкоговорителей, звук обычно распространяется во всех направлениях. Однако для ультразвукового преобразователя, длина волны намного меньше и, соответственно, оказывается возможным создать источник звука, который будет намного больше, чем излучаемые длины волн, тем самым, приводя к формированию очень узкого и высоконаправленного пучка.

Таким высоконаправленным пучком можно, например, намного эффективнее управлять и, например, можно точно его направить в желаемую точку отражения.

Ультразвуковой сигнал, возбуждающий ультразвуковой преобразователь, генерируется амплитудной модуляцией ультразвукового несущего сигнала звуковым сигналом, полученным из воспроизводимого звукового сигнала. Этот модулированный сигнал излучается звуковым преобразователем. Ультразвуковой сигнал непосредственно не воспринимается слушающим человеком, но звуковой сигнал может автоматически стать слышимым без необходимости в каких-либо определенных действиях, приемнике или прослушивающем устройстве. В частности, любая нелинейность на пути распространения звука от преобразователя до слушателя может действовать как демодулятор, тем самым, воссоздавая звуковой сигнал. Такая нелинейность может возникнуть автоматически на пути распространения ультразвука. В частности, воздух как среда передачи с необходимостью имеет нелинейную характеристику, что приводит к тому, что ультразвук становится слышимым. Таким образом, нелинейные свойства самого воздуха могут привести к звуковой демодуляции ультразвукового сигнала большой интенсивности. Таким образом, ультразвуковой сигнал может автоматически быть демодулирован, чтобы предоставить слышимый звук для слушателя.

Примеры и дополнительное описание использования параметрических громкоговорителей для излучения звука могут быть найдены, например, в диссертации PhD "Sound from Ultrasound: The Parametric Array as an Audible Sound Source (Звук из Ультразвука: Параметрическая Матрица как Источник Слышимого звука)" F.Joseph Pompei, 2002, Massachusetts Institute of Technology (Массачусетский Технологический Институт).

Было установлено, что процесс нелинейной демодуляции, посредством которого звук производится параметрическим громкоговорителем, к сожалению, приводит к значительным нелинейным искажениям звукового сигнала. Для снижения значительных искажений были предложены схемы предварительной обработки для параметрических громкоговорителей, но действенность этих схем связана с компромиссами между эффективностью, полосой пропускания и сложностью обработки.

Статья "Possible exploitation of non-linear acoustic in underwater transmitting applications (Возможное использование нелинейной акустики в гидроакустических приложениях)" автор Berktay, 1965, J.Sound.Vib., 2(4), страницы 435-461, предоставляет аналитическое приближение дальнего поля, указывающее, что демодулируемый звуковой сигнал, создаваемый параметрическим эффектом в воздухе, пропорционален второй производной квадрата модуляционной огибающей E(t), то есть

y ( t ) = ∂ 2 ∂ t 2 ( E ( t ) 2 ) .

Обычные системы параметрических громкоговорителей используют простую Амплитудную Модуляцию (АМ) несущего сигнала, то есть возбуждающий преобразователь сигнал s(t) обычно выражается как:

s(t)=E(t)sin(ω_ct),

где ω_c - угловая частота несущего сигнала, E(t) - огибающая возбуждающего сигнала.

Чтобы компенсировать нелинейное искажение, вызванное демодуляцией в воздухе ультразвукового сигнала, было предложено предкомпенсировать воспроизводимый звуковой сигнал x(t). Конкретно, было предложено предкомпенсировать звуковой сигнал, генерируя сигнал огибающей в виде:

E ( t ) = 1 + ∬ m x ( t ) .

Эта идеальная модуляционная огибающая дается инверсией операции нелинейной демодуляции, и поскольку переданный сигнал должен быть вещественным, только модуляционные огибающие, которые приводят к звуковому сигналу без компонентов искажения, следуют такому приближению.

Однако вместо того, чтобы использовать стандартную AM модуляцию с Двойной Боковой Полосой (DSB), в системах параметрических громкоговорителей было предложено использовать модуляцию с Одной Боковой Полосой (SSB) для модуляции ультразвуковой несущей.

Стандартная схема модуляции известна как AM модуляция с Двойной Боковой Полосой (DSB), поскольку амплитудная модуляция несущей частоты производит две боковые полосы, Верхнюю Боковую Полосу (USB) и Нижнюю Боковую Полосу (LSB). Эти боковые полосы равны по своей ширине модуляционной огибающей и содержат информацию модуляции, как обозначено на фиг.1, которая показывает звуковой спектр 101 возбуждающего сигнала, несущую частоту 103 и получающийся DSB AM модулированный сигнал 105.

При идеальных условиях, AM, в комбинации с идеальной квадратно-корневой предкомпенсацией огибающей, теоретически приводит к свободному от искажений звуковому сигналу после демодуляции. Однако имеется несколько практических проблем. Квадратно-корневая операция вводит бесконечную гармоническую последовательность и, поэтому, требует большой ширины полосы частот для обработки сигналов и в принципе приводит к предкомпенсированному сигналу с бесконечным спектром. Действительно, чтобы полностью подавить все компоненты искажения, этот предкомпенсированый сигнал должен быть полностью воспроизведен. Реальные преобразователи и электрические схемы неизбежно имеют ограниченную полосу пропускания, препятствуя полному воспроизведению возбуждающего сигнала. Последствием являются потенциально высокие уровни искажений. Для уменьшения искажения или глубина модуляции может быть уменьшена, или полоса пропускания преобразователя и управляющей электроники должна быть сделана как можно более широкой.

Сокращение глубины модуляции снижает эффективность воспроизведения звука только при незначительном уменьшении искажений. Увеличение полосы пропускания преобразователя и управляющей электроники требует очень специализированного оборудования, из-за чего быстро возрастают затраты на аппаратные средства. Кроме того, имеются дополнительные пределы, относящиеся к максимально допустимой ширине полосы частот сигнала. Если ширина полосы частот слишком велика, LSB информация может просочиться в диапазон слышимых частот. Эти слышимые компоненты не только могут быть раздражающими, но и Уровни Давления Звука (SPL) могут оказаться достаточными для причинения необратимого вреда слуховой системе. Все слышимые компоненты LSB должны быть, поэтому, удалены операцией фильтрации. Это требование означает жесткий предел на имеющуюся ширину полосы пропускания и ограничивает возможности устройства в отношении искажений. Кроме того, с воздействием высокочастотного слышимого звука и ультразвука большой интенсивности в диапазоне, близком к слышимому диапазону, связаны субъективные эффекты, например головные боли, тошнота, повышенная утомляемость и ощущения заложенности ушей. Компоненты LSB вблизи слышимого диапазона могут спровоцировать эти нежелательные симптомы, и устройство, предназначенное для длительного использования, для учета этого должно иметь дополнительные возможности. Это опять-таки требует усечения спектра предобрабатываемого сигнала, дополнительно снижая эффективность сокращения искажений.

Для разрешения этих проблем было предложено использовать АМ модуляцию с Одной Боковой Полосой (SSB) для модуляции ультразвуковой несущей, а не обычную DSB АМ модуляцию. Схемы модуляции SSB удаляют или LSB, или USB с помощью применения второй ортогональной несущей частоты. Модуляция, использующая такие ортогональные несущие, известна как квадратурная модуляция и может быть представлена как модуляция в комплексной области. Как показано на фиг.2, SSB модуляция может быть подобной DSB модуляции за исключением того, что генерируется только один из сигналов боковой полосы, в примере USB 201.

Модуляция SSB обещает много преимуществ по сравнению с модуляцией DSB. Удаление нижней боковой полосы препятствует утечке информации модуляции в область слышимых частот, и нет жесткого предела на допустимую ширину полосы частот. Поскольку нет никаких компонент сигнала вблизи слышимого частотного диапазона, несущая частота может быть понижена, сокращая атмосферное поглощение ультразвуковой энергии, что повышает эффективность генерирования звукового сигнала. Кроме того, этот подход может гарантировать, что нет ультразвука большой интенсивности в ближнем слышимом диапазоне, и может, таким образом, обеспечить увеличенную безопасность и снижение субъективных эффектов. Передача одной боковой частотной полосы может снизить требования к полосе пропускания преобразователя и управляющей электронике, приводя к более простым и более дешевым аппаратным средствам. Снижение ширины полосы частот может также привести к экономии потребления электроэнергии.

Однако хотя SSB может предоставить много преимуществ, по сравнению с SSB с модуляцией ультразвуковых сигналов для параметрических громкоговорителей, имеются также некоторые сопутствующие недостатки. В частности, подходы предкомпенсации, используемые для DSB, не могут быть непосредственно использованы для SSB.

Обычные системы SSB используют следующую схему модуляции:

s ( t ) = g ( t ) sin ( ω c t ) + g ^ ( t ) cos ( ω c t ) ,

где s(t) - управляющий сигнал преобразователя, g(t) - сигнал модуляции, ĝ(t) - сигнал модуляции после преобразования Гильберта, и ω_c - угловая частота несущего сигнала.

Функция огибающей s(t) определяется выражением

| s ( t ) | = g 2 ( t ) + ( g ^ ( t ) ) 2 .

Чтобы предоставить свободный от искажений звук, необходимо найти сигнал g(t), такой, что

g 2 ( t ) + ( g ^ ( t ) ) 2 = E ( t ) = 1 + ∫ ∫ m x ( t ) .

Таким образом, для данного звукового сигнала x(t) необходимо решить это уравнение, чтобы найти функцию g(t), которая может быть использована для модуляции ультразвукового сигнала так, что демодуляция в воздухе излучаемого модулированного ультразвукового сигнала приводит к первоначальному звуковому сигналу x(t).

Однако, вследствие сложного соотношения для функции, и сложной и нелинейной природы преобразования Гильберта, и функции квадратного корня, это очень усложнено. Патент США US 6584205 и статья Lee, K., and Gan, W. "Bandwidth-efficient recursive pth-order equalization for correction based distortion in parametric loudspeakers", 2006, IEEE Trans. Audio. Speech and Lang. Proc., 14(2), 706-710, предлагают использование итерационной предобработки для медленной сходимости к оптимальному значению g(t).

Предложенные подходы заключаются в итерационной коррекции сигнала g(t) модуляции до тех пор, пока функция огибающей SSB не приблизится к идеальной огибающей E(t). Однако, хотя такой подход и эффективен при снижении уровней искажения, итерационный способ требует больших вычислительных ресурсов и привносит значительную задержку в звуковую последовательность. Это требует очень существенного объема вычислений, осуществляемого в режиме реального времени, что делает его очень дорогостоящим. Действительно, в патенте США US 6584205, предполагается, что, по меньшей мере, восемь итераций необходимы для получения разумного качества звука. Большая вычислительная мощность, требуемая в таком подходе, приводит к тому, что осуществление вычислительной обработки в реальном времени становится очень дорогостоящим или непрактичным.

Хотя предлагалось несколько отличных подходов к модуляции, например, с использованием выражения:

s ( t ) = ( 1 + g ( t ) ) sin ( ω c t ) + g ^ ( t ) cos ( ω c t ) ,

эти подходы имеют недостатки из-за тех же самых проблем.

Предлагалось использовать простые соотношения для определения функции модуляции, например, g(t)=E(t). Однако такие упрощения могут предоставить плохую предкомпенсацию и, таким образом, приводить к высоким уровням искажений и низкому качеству звука.

Следовательно, было бы полезно найти улучшенный подход и, в частности, было бы полезно найти такой подход, который позволил бы увеличить гибкость, уменьшить сложность, облегчить осуществление, снизить вычислительный ресурс компенсации, улучшить предкомпенсацию, улучшить качество звука и/или улучшить функциональные параметры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретение призвано предпочтительно смягчить, уменьшить или устранить один или более вышеупомянутых недостатков, по отдельности или в любой комбинации.

В соответствии с одним аспектом изобретения предоставляется аппаратура для генерирования возбуждающего сигнала для параметрического громкоговорителя, причем возбудитель содержит: приемник для приема входного звукового сигнала; предкомпенсатор для генерирования предкомпенсированного сигнала огибающей путем применения предкомпенсации ко входному звуковому сигналу, причем предкомпенсация, по меньшей мере частично, компенсирует искажения огибающей демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала; первую схему для генерирования комплексного сигнала основной полосы частот, причем первая схема выполнена для: генерирования фазового сигнала из предкомпенсированного сигнала огибающей в ответ на предварительно определенную функцию для определения фазового сигнала из амплитудного сигнала, причем предварительно определенная функция генерирует фазовый сигнал, соответствующий комплексному сигналу, причем первый частотный диапазон первой группы, состоящий из первого диапазона, соответствующего положительным частотам, и второго диапазона, соответствующего отрицательным частотам, подавляется относительно другого частотного диапазона первой группы; и генерирования комплексного сигнала основной полосы частот с амплитудой, соответствующей предкомпенсированному сигналу огибающей, и фазой, соответствующей фазовому сигналу; модулятор для квадратурной модуляции комплексного сигнала основной полосы частот на ультразвуковую квадратурную несущую для генерирования модулированного сигнала; и выходную схему для возбуждения ультразвукового преобразователя модулированным сигналом.

Изобретение может предоставить улучшенное возбуждение параметрического громкоговорителя. Улучшенное качество звука может быть достигнуто во многих случаях и приложениях. Настоящий подход может облегчить осуществление и/или функционирование и может, в частности, снизить требования к вычислительному ресурсу.

Настоящий подход может предоставить улучшенную схему предобработки для снижения искажений для параметрического громкоговорителя. Снижение искажений может быть, в частности, применимо для модуляции с одной боковой полосой или подавленной боковой полосой параметрического громкоговорителя, тем самым, позволяя использовать преимущества таких схем модуляции по существу без необходимости в увеличении задействованного вычислительного ресурса или без ухудшения качества звука. В частности, настоящий подход может во многих вариантах реализации избежать необходимости выполнения итерационных приближений и/или для приближения вычисления или иным образом определения функций обратного преобразования Гильберта, и/или обратных квадратнокорневых функций.

Настоящий подход может действительно во многих случаях обеспечить, теоретически почти идеальное, подавление искажений в соответствии с формулой Berktay при минимальных требованиях к полосе пропускания и только при умеренных требованиях к обработке.

Подавление может либо относиться к отрицательным частотам относительно положительных частот, или к положительным частотам относительно отрицательных частот. В некоторых случаях, или положительные, или отрицательные частоты могут быть удалены, что соответствует модуляции с одной боковой полосой.

Искажение огибающей демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала (также иногда обозначаемого как параметрический сигнал) может, в частности, быть заданным по умолчанию, номинальным, измеренным, теоретическим или предположенным искажением, связанным с демодуляцией в воздухе ультразвукового сигнала, модулированного полосой звуковых частот. Конкретно, искажение огибающей демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала может соответствовать теоретическому искажению, задаваемому по существу выражением:

y ( t ) = ∂ 2 ∂ t 2 ( E ( t ) 2 ) ,

где E(t) - модуляционная огибающая.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая схема содержит фильтр Гильберта.

Это может обеспечить применение конкретной подходящей предварительно определенной функции, что может привести к подавлению боковой полосы частот при малой сложности и при требовании малого вычислительного ресурса. Фильтр Гильберта может, в данном случае, быть фильтром, который приближает или осуществляет преобразование Гильберта.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая схема содержит схему для применения логарифмической функции к предкомпенсированному сигналу огибающей до фильтра Гильберта.

Это может обеспечить применение конкретной подходящей предварительно определенной функции, что может привести к подавлению боковой полосы, при малой сложности и при требовании малого вычислительного ресурса. Логарифмическая функция может, в данном случае, быть естественным алгоритмом и может быть приближением к теоретическому логарифму.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая схема выполнена для определения фазового сигнала по существу в виде:

φ(t)=H(ln(E(t)),

где ln(x) - натуральный логарифм x, H(x) - преобразование Гильберта, E(t) - предкомпенсированный сигнал огибающей, и t - временная переменная.

Это может обеспечить применение конкретной подходящей предварительно определенной функции, что может привести к подавлению боковой полосы, при малой сложности и при требовании малого вычислительного ресурса. Логарифмическая функция в данном случае может быть естественным алгоритмом и может быть приближением к теоретическому логарифму. В некоторых вариантах реализации, натуральный логарифм может быть получен из логарифмов, имеющих другие основания, то есть с учетом того, что log_a(x)=log_b(x)/log_b(a) и, конкретно, ln(x)=log_b(x)/log_b(e).

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первый частотный диапазон представляет собой первый диапазон, соответствующий положительным частотам.

Во многих вариантах реализации подавление может преимущественно означать отрицательные частоты относительно положительных частот. Это может привести к подавленной (или удаленной) LSB модулированного ультразвукового сигнала. В соответствии с данным признаком, например, может уменьшиться объем модулированного ультразвука в полосе звуковых частот и могут, таким образом, уменьшиться связанные с этим недостатки.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первый частотный диапазон представляет собой второй диапазон, соответствующий отрицательным частотам.

Во многих вариантах реализации подавление может преимущественно означать положительные частоты относительно отрицательных частот. Это может привести к подавленной (или удаленной) USB модулированного ультразвукового сигнала. Данный признак, например, может быть преимущественным в вариантах реализации, в которых несущая частота ультразвука близка к верхнему частотному пределу звукового преобразователя.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, не меньше чем 90% энергии комплексного сигнала основной полосы частот находится в другом частотном диапазоне.

Это может обеспечить преимущественные функциональные характеристики во многих вариантах реализации. В некоторых вариантах реализации, подавленная боковая полоса может быть по существу полностью удалена. В некоторых вариантах реализации, первый частотный диапазон может быть ослаблен, по меньшей мере, на 10 дБ относительно другого частотного диапазона для абсолютных значений частоты выше 100 Гц.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, предкомпенсатор содержит двойной интегратор для того, чтобы компенсировать входной звуковой сигнал.

Это может обеспечить улучшенные функциональные характеристики во многих вариантах реализации. В частности, это может обеспечить предкомпенсацию, которая не только близко соответствует искажению, привнесенному демодуляцией в воздухе модулированных ультразвуковых сигналов, но которая также близко отражает введенную предкомпенсацию и соотношение для подавленной (или единственной) модуляции боковой полосы.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, двойной интегратор соответствует фильтру нижних частот, имеющему отсечку частоты в 3 дБ в интервале частот от 200 Гц до 2 кГц.

Это может облегчить осуществление и улучшить функциональные характеристики. В частности, это может уменьшить необходимый уровень энергии излучаемого ультразвука, предоставляя при этом эффективное предыскажение. В некоторых вариантах реализации, по меньшей мере, один из нижнего и верхнего краев частотного интервала может преимущественно составлять 400 Гц, 800 Гц, 1 кГц или 1,5 кГц.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, предкомпенсатор дополнительно содержит: генератор смещения для применения смещения к выходу двойного интегратора для генерирования смещенного сигнала и модификатор для генерирования предкомпенсированного сигнала огибающей путем применения функции квадратного корня к смещенному сигналу.

Это может обеспечить улучшенные функциональные характеристики при сохранении простого осуществления. В частности, это может обеспечить вещественный и положительный предкомпенсированный сигнал огибающей. Смещение может быть смещением постоянного тока.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, генератор смещения выполнен для динамического определения смещения в ответ на уровень сигнала для входного звукового сигнала.

Это может обеспечить улучшенные функциональные характеристики. В частности, это может уменьшить средний уровень ультразвукового сигнала, при этом гарантируя, что предкомпенсированный сигнал огибающей является вещественным и положительным для всех входных сигналов. Смещение может быть конкретно определено в ответ на огибающую входного звукового сигнала.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, предкомпенсатор выполнен для ограничения предкомпенсированного сигнала огибающей, чтобы иметь значение сигнала выше минимального значения.

Это может обеспечить улучшенные функциональные характеристики и может, в частности, обеспечить хорошее поведение и/или более простое осуществление предварительно определенной функции.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, предкомпенсатор, первая схема и модулятор осуществлены как устройства цифровой обработки сигналов, и выходная схема содержит цифроаналоговый преобразователь.

Это может облегчить осуществление во многих вариантах реализации и может, в частности, обеспечить уменьшение скорости преобразования для цифроаналогового преобразователя, тем самым, снижая стоимость. Настоящий подход может обеспечить эффективное осуществление с обработкой сигналов при относительно низкой частоте выборки. Во многих вариантах реализации частота выборки может преимущественно быть не больше чем 300 кГц или даже преимущественно 200 кГц в некоторых вариантах реализации.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, система параметрического громкоговорителя содержит: приемник для приема входного звукового сигнала; предкомпенсатор для генерирования предкомпенсированного сигнала огибающей путем применения предкомпенсации ко входному звуковому сигналу, причем предкомпенсация, по меньшей мере частично, компенсирует искажения огибающей демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала; первую схему для генерирования комплексного сигнала основной полосы частот, причем первая схема выполнена для: генерирования фазового сигнала из предкомпенсированного сигнала огибающей в ответ на предварительно определенную функцию для определения фазового сигнала из амплитудного сигнала, причем предварительно определенная функция генерирует фазовый сигнал, соответствующий комплексному сигналу, причем первый частотный диапазон первой группы, состоящей из первого диапазона, соответствующего положительным частотам, и второго диапазона, соответствующего отрицательным частотам, подавлен относительно другого частотного диапазона первой группы; и генерирования комплексного сигнала основной полосы частот с амплитудой, соответствующей предкомпенсированному сигналу огибающей, и фазой, соответствующей фазовому сигналу; модулятор для квадратурной модуляции комплексного сигнала основной полосы частот на ультразвуковой квадратурной несущей для генерирования модулированного сигнала; и выходную схему для возбуждения ультразвукового преобразователя модулированным сигналом; и ультразвуковой преобразователь.

В соответствии с одним аспектом изобретения предоставляется способ возбуждения параметрического громкоговорителя, причем способ содержит: прием входного звукового сигнала; генерирование предкомпенсированного сигнала огибающей путем применения предкомпенсации ко входному звуковому сигналу, причем предкомпенсация, по меньшей мере частично, компенсирует искажения огибающей демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала; генерирование комплексного сигнала основной полосы частот посредством: генерирования фазового сигнала из предкомпенсированного сигнала огибающей в ответ на предварительно определенную функцию для определения фазового сигнала из амплитудного сигнала, причем предварительно определенная функция генерирует фазовый сигнал, соответствующий комплексному сигналу, причем первый частотный диапазон первой группы, состоящей из первого диапазона, соответствующего положительным частотам, и второго диапазона, соответствующего отрицательным частотам, подавлен относительно другого частотного диапазона первой группы; и генерирования комплексного сигнала основной полосы частот с амплитудой, соответствующей предкомпенсированному сигналу огибающей, и фазой, соответствующей фазовому сигналу; квадратурную модуляцию комплексного сигнала основной полосы частот на ультразвуковой квадратурной несущей для генерирования модулированного сигнала; и возбуждение ультразвукового преобразователя модулированным сигналом.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут разъяснены и станут понятными из описываемых ниже варианта(ов) реализации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты реализации изобретения рассматриваются только в качестве примера применительно к чертежам, на которых:

фиг.1 - схема модуляции с Двойной Боковой Полосой;

фиг.2 - схема модуляции с Одной Боковой Полосой;

фиг.3 - пример элементов системы параметрического громкоговорителя в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения;

фиг.4 - пример элементов предмодулятора для системы параметрического громкоговорителя в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения;

фиг.5 - пример элементов предкомпенсатора для системы параметрического громкоговорителя в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание сосредоточено на вариантах реализации изобретения, применимых к устройству параметрического громкоговорителя с использованием Амплитудной Модуляции (АМ) с Одной Боковой Полосой (SSB) ультразвуковой несущей. Однако, следует отметить, что описанные принципы и подходы одинаково применимы к АМ модуляции с подавленной боковой полосой.

На фиг.3 показан пример системы параметрического громкоговорителя в соответствии с некоторыми вариантами реализации. Система содержит ультразвуковой преобразователь 301, который излучает модулированный ультразвуковой сигнал. Ультразвуковой сигнал модулирован звуковым сигналом так, что последовательная демодуляция в воздухе ультразвукового сигнала приводит к воспроизведению звука.

Система параметрического громкоговорителя содержит входную схему 303, которая принимает сигнал x(t), воспроизводимый как звук от любого подходящего внутреннего или внешнего источника. Демодуляция в воздухе ультразвукового сигнала приводит к звуковому сигналу, который является искажением огибающей ультразвукового сигнала. Чтобы компенсировать это искажение, воспроизводимый звуковой сигнал x(t) не используется непосредственно для модуляции ультразвуковой несущей. Вместо этого, входная схема 303 соединена с предкомпенсатором 305, который генерирует предкомпенсированный сигнал E(t) огибающей, применяя предкомпенсацию ко входному звуковому сигналу. Предкомпенсация компенсирует искажение огибающей, которое возникает как следствие демодуляции в воздухе модулированного ультразвукового сигнала.

В примере на фиг.3, система использует SSB модуляцию и, поэтому, оцениваемый как вещественный сигнал огибающей переводится в комплексный сигнал основной полосы частот подавителем 307 боковой полосы. В примере, подавитель 307 боковой полосы удаляет или отрицательные, или положительные частоты предкомпенсированного сигнала E(t) огибающей, но следует отметить, что в других вариантах реализации подавитель 307 боковой полосы может подавлять только или отрицательные частоты, или положительные частоты. Таким образом, тогда как предкомпенсированный сигнал E(t) огибающей представляет собой оцениваемый как вещественный сигнал и, соответственно, имеет симметричные положительные и отрицательные частоты, генерируемый комплексный сигнал основной полосы частот имеет или подавленные (или удаленные) положительные частоты, или отрицательные частоты. Такой асимметричный частотный спектр требует комплексного представления сигнала.

В примере, подавитель 307 боковой полосы не использует обычный подход генерирования комплексного сигнала, генерируя мнимую часть комплексного сигнала основной полосы частот путем применения преобразования Гильберта к сигналу, который используется как вещественная часть комплексного сигнала.

Вместо этого, подавитель 307 боковой полосы поддерживает амплитуду комплексного сигнала n(t) основной полосы частот и приступает к генерированию соответствующей фазы для комплексного сигнала n(t) основной полосы частот, что для определенного предкомпенсированного сигнала E(t) огибающей приводит к подавлению (и, конкретно, к удалению) или положительных, или отрицательных частот. Комплексный сигнал n(t) основной полосы частот затем генерируется просто как комплексный сигнал, который имеет амплитуду, равную предкомпенсированному сигналу E(t) огибающей, и фазу, равную определенному значению фазы. Таким образом, комплексный сигнал основной полосы частот генерируется в фазовой области, а не путем применения преобразования Гильберта в амплитудной области.

Конкретно, комплексный сигнал n(t) основной полосы частот может быть получен в виде:

n(t)=E(t)exp(jϕ(t)),

где ϕ(t) - фазовый сигнал.

Подавитель 307 боковой полосы, таким образом, выполнен для генерирования фазового сигнала из предкомпенсированного сигнала E(t) огибающей и, затем, для генерирования комплексного сигнала n(t) основной полосы частот так, чтобы он имел амплитуду, соответствующую предкомпенсированному сигналу E(t) огибающей, и фазу, соответствующую фазовому сигналу. Фаза определяется из предварительно определенной функции, которая связывает сигналы огибающей с фазовыми сигналами. Таким образом, функция малой сложности применяется к предкомпенсированному сигналу E(t) огибающей для генерирования соответствующей фазы. Предварительно определенная функция генерируется такой, что значение фазы соответствует значениям, которые приводят к подавлению или положительных частот, или отрицательных частот для