定向声HyperSound：技术介绍

　　HyperSound是一种颠覆性的音频创新，具有高度的指向性，可以在商业应用中推动沉浸式音频体验。

　　定向声音扬声器是一项突破性的技术，为零售商、系统集成商和其他组织提供了创建隔离的声音区域的能力。本白皮书提供了该技术的简要介绍，并讨论了其在广泛的商业应用中的潜力。

　　定向声：

　　定向音频是一种新兴的技术，在广泛的商业环境中具有巨大的潜力。

　　音频“指向性”的水平在今天的扬声器中变化很大。当我们讨论指向性时，我们指的是扬声器如何向不同方向发送声音的特性。当声音是“定向的”时，它沿着一个特定的轴以最小的扩散传播。

　　目前，产生定向声音的方法有以下几种

　　扬声器阵列: 在水平面上，空间上控制可听见的声音波束。这种产生集中声音的方法成本很高，不能由小型扬声器产生。指向性很低。

　　声音圆顶: 将声波聚焦到圆顶下的听众。指向性是有限的，取决于圆顶的大小，只能部署在头顶的应用。

　　参数化(或超声波)扬声器: 将可听到的声音信号调制到超声波载体上，并通过超声波发射器投射信号，在一个紧密的柱状结构中产生可听到的声音。这种类型的扬声器提供了最大的音频方向性，并可以不同的的发射器大小和形状中开发。

　　参数化扬声器提供了一种有效的方法，以高度定向的方式投射声音， 而不使用大型扬声器阵列，以形成尖锐的定向波束

　　定向音频扬声器VS传统扬声器

　　HyperSound是一种创新的，高度定向的参数化扬声器。

　　传统的扬声器可以被认为是一个裸露的灯泡，而超声技术可以被认为是一个手电筒光束。

　　与灯泡一样，传统的扬声器向四面八方辐射声音:不管听者在房间的哪个位置，声音都会被听到。通常，听者可以从房间的任何地方直接指向那个扬声器，并说“这就是声音的来源”。

　　另一方面，HyperSound 以一种高度可控的窄波束发出声音，因此只有当你“在波束中”或处于能听到虚拟源反射声音的位置时，才能听到声音。这是因为，HyperSound 不是直接使用振动扬声器锥产生，而是使用超声波在空气中产生声音。音频是高度定向的，因为它是在一个超声波能量柱上无限多的点上产生的。

　　这提供了独特的灵活性，将声音准确地放置在您想要的地方，而实质上屏蔽了来自其他领域的声音。

　　历史

　　大约 150年前，一位名叫Hermann·von·Helmholtz的德国物理学家发现空气是非线性的。非线性系统的输出与输入不成正比。他在管风琴上大声地弹奏着两个管风琴音符，并能听到他认为是较高频率和较低频率的声音。通过仔细地测量，他证明了这些新的频率确实以新的音调的形式存在，并且被测量为原始音符频率的和与差。

　　在电子学的世界里，把两个频率发送到一个非线性的设备中，产生的输出包含两个原始信号，加上两个信号的和，两个信号的差，以及一组谐波。

　　Westervelt(布朗大学)和Blacktock(德克萨斯大学奥斯汀分校)进一步解释了亥姆霍兹实验。他们证明了新的音调是空气本身引起的传播失真的结果。

　　根据Westervelt，Berktay，Blacktock等人的说法，非线性声学理论认为，当两个超声主音组合在一起时，可以产生每个主音的谐波以及和音和差音。

　　由于我们不经常听正弦波(之前的研究检查了正弦波)，Elwood Norris 和 HyperSound的联合创始人决定找到一种方法在空气中产生复杂的声波，如声音或音乐。就 HyperperSound 应用而言，在人类听觉范围内产生这些不同音调是非常重要的。

　　其结果是一套电子、数字信号处理和一套专利算法，该算法创建了复杂的波形，其中包含在空气中产生不同音调所需的所有组件，然后从一个单一的超声发射器(参量阵扬声器)投射出波形。因为这个发射器的工作原理是空气中的非线性，它产生了一个高度定向的声波束。

　　HyperSound是如何工作的

　　“在空气中”产生声音的过程

　　超声学和音频

　　HyperSound 通过一系列过程创建可听到的声音(参见下面的图)。将音频信号发送到专有的电子预处理电路、失真控制电路，然后通过倍增器电路产生复合超声/声波波形。然后这个信号被放大并直接发送到HyperSound 超声波发射器。在扬声器前产生一束超声波能量，它包含空气分子产生可听声音所需的所有属性。我们能听到的声音沿着这一波束被解调，在空气分子中通过向下转换过程产生在可听到的频率范围内产生有规律的声音。

　　HyperSound能产生高指向的超声波能量束转换为空气中可听到的声音。波束的长度决定了音频的方向性。这种声音比传统的扬声器在更远的距离上具有方向性。

　　图1展示了HyperSound音频波束系统的功能示意图。首先，发射的超声波是听不见的，但当它把音频信号压在空气中的载体上时，音频信号被参数阵列效应解调，变成可听声。这种解调的音频波保留了超声波的指向性，从而产生音频波束。

　　HyperSound创新

　　HyperSound技术的关键发展

　　挑战商业音频技术创新的极限。

　　自上世纪 90年代末 HyperSound诞生以来，在原有的系统设计和功能上进行了无数的创新。创新的关键领域包括:

　　发射极设计: HyperSound的发射极和放大器设计已经得到了巨大的改进，以优化其在商业环境中的应用。此外，发射极面板的创新设计提高了音频音量与面板尺寸的比例，允许生产更小的面板。

　　调制: 在 HyperSound 广泛的创新中，可能是直接与调制相关的最重要和最有前途的交易; 更具体地说，是对 HyperSound 复杂且高度复杂的调制算法的改进。这些专利改进纠正谐波失真和互调，提高音频质量和频率响应。

　　电子:  HyperSound的核心电子组件也进行了多次革新，新专利的发布使系统更加稳定，技术更加完善。例如，它的电路经过了技术改造改进和先进的匹配设备被引入，导致系统效率提高。电子技术的进步也使低压电缆的使用和更低的整体功耗成为可能。

　　主要特征和优点