参量阵扬声器动态载波研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1963年,westervelt提出了参量阵的概念并对其进行了理论分析。1965年berktay提出了一个更精确的参量化解释，其远场解也得到了广泛的应用。1974年blackstock团队实现了参量阵在空气中的应用。1984年，kamakura等人使用预处理技术减少了声学参量阵的谐波失真。21世纪以来，美国的holosonic research lab american、technologycorporation德国的sennheiser 等都相继推出了商业化的产品。国内起步时间较晚，从事相关研究的主要是一些高校和科研院所，其中以中国科学院声学研究所为代表，也在筹划推出商业化的产品。

参量阵扬声器不同于传统意义上的扬声器，其主要是利用超声波的强指向性以及声学的非线性来实现，其可以像激光光束一样将声音进行定向的投送。对参量阵的研究可以很好的利用其强指向性这一特点设计出声定向投送装置，来减少不必要的声音辐射。例如，在娱乐场合，可以用其实现将空间划分为小单元，使在多人游戏时可以互不影响的享受游戏音乐；在博物馆和展览馆，可以提供一种对展览品全新的解说方式，使参观者在不同展览品前听到相应的解说，同时不影响其他的参观者；在一些私密通讯场合，其可以将声音传送到指定的区域，区域外的人无法听到，从而起到保护使用者隐私的效果；在交通方面，可以将其应用于消防或救护车使其只对道路前方车辆发送警戒声音，减少噪声污染；在军事方面，将大功率的声音辐射在很小的波束内向外发射，可以用于警戒、反恐、驱散聚众闹事的人群，这一点也可以应用于军事武器；另外参量阵扬声器在带声音提示的自动设备、电脑办公、会议、3d环绕声等方面也存在很多应用的场景。

本文的另一个重要方向是参量阵扬声器的动态载波技术的研究。参量阵扬声器系统中通常是采用固定载波预处理，对于小幅度的输入或静音的情况，能量浪费非常严重，因此研究动态载波的预处理方法对参量阵扬声器在低功耗系统中应用和推广具有重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容： 本文会对前人的研究成果给出一个概览式的介绍，对参量阵的理论框架进行论述，对参量阵扬声器的原理进行详细分析。研究参量阵扬声器的调制和预处理技术，给出一个在失真度、转换效率、算法复杂度之间权衡的最优方法。使用matlab对算法进行仿真分析，确定参量阵调制预处理算法的准确参数。研究载波对参量阵扬声器差频声的影响；研究动态载波预处理方法的机理和实现方法；采用不同的动态载波预处理方法进行数值仿真，并对结果进行分析；对加入动态载波预处理的实际系统进行实验验证。分析几种参量阵扬声器设计实现平台（FPGA、DSP等）的利弊，选择一种方式实现系统的设计，这其中既包含算法软件部分也包含硬件模块部分。

目标：对参量阵进行理论分析和FPGA设计实现

拟采用的方案及措施：

1.FPGA信号处理概览图：

2. SSB幅度调制实现超声载波调制音频信号，原理框图如下：

3.动态载波控制原理框图：

3.仿真到实现的流程图：

3. 研究计划与安排

第1-3周：收集资料，熟悉参量阵扬声器及动态载波的原理知识，完成开题报告。

第4-6周：研究载波对参量阵扬声器的影响及不同调制方式对声音失真度的影响。

第7-10周：采用不同的动态载波预处理方法进行数值仿真并对结果进行分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] komatsuzaki t,iwata y. active noise control using high-directional parametric oudspeaker[j]. j environ eng2011;6(1):140–9.

[2] kuang z. investigation on the measurement of absorptioncoefficients in situ with the parametric loudspeaker[d]. phd thesis. institute of acoustics, chinese academy of sciences;2011 [in chinese].