何斌，许学忠，张芳，张宝国，董明荣

（西北核技术研究所，陕西西安710024）

声源的指向性反映了声源在不同方向上的声辐射特性[1]。强指向性声源具有指向性好、声束可控、传播距离远等特点，在军事、商业、教育等领域具有广阔的应用前景[2]。本文提出了一种基于硬件电路进一步增强声源指向性的方法。利用复杂可编程逻辑器件（CPLD），将相控技术引入到声发射阵列，通过扬声器阵列前方的波阵面耦合，进一步增强声波在空气中的相互叠加，用以提高声源的指向性。

1 系统原理

本系统以CPLD为控制核心，通过控制输入扬声器阵列的信号相位（延时），实现扬声器各阵元发射的声波束在空间叠加合成，从而形成声束聚焦的效果[3]。如图1所示，如果各阵元的激励时序是两端阵元先激励，逐渐向中间阵元加大延迟，使得合成的波阵面指向一个曲率中心，形成波束能够在空间聚焦，以达到增强声源指向性的目的。

图1 相控聚焦

系统总体框图如图2所示。声发射阵列输入语音信号，通过滤波和A/D采样单元将该信号进行模数转换，同时按键显示单元设定各阵元的延时参数，CPLD根据外部设定的延时值进行数据处理，经由D/A转换后的模拟信号通过功率放大器驱动扬声器阵列向空气中发射声波。

图2 系统总体框图

2 系统硬件设计

2.1 CPLD及存储器接口设计

（1）CPLD EPM570简介

系统采用Altera公司生产的CPLD中的EPM570作为核心控制芯片。它属于MAX II器件系列中的一员，采用基于成本优化的六层金属0.18 μm、嵌入Flash工艺，其功率只有以往MAX器件的1/10，而且成本降低一半。……