叶先万 许明萱 吴松和 何仲涛 兰润琦

摘 要：隨着人们生活水平的提高，可发声电子设备的种类以及数量越来越多，传统扬声器发出的声音是全方位发散且不可控制方向的，给居民生活环境带来了许多噪声污染。基于此，采用FPGA与ARM的异构，结合声频定向理论以及超声相控理论设计出比较稳定的、可单向传输声波的声频定向系统，旨在从根源上除去噪声干扰，从而缓解噪声污染泛滥的现状，具有良好的应用前景。

关键词：噪声污染；声频定向；FPGA与ARM异构

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.24.088

1 设计原理与总体结构

1.1 设计原理

由Helmholtz提出的非线性声学理论可知，当两个不同频率（f1、f2）的超声波在空气中按照相同方向传播时，在空气的非线性解调作用下会产生频率分别为f1、f2、f1+f2、f1-f2四种主要频率波段，若超声波频率选取合适，得到的差波信号频率能够落在可听声域，能够被人耳分辨。由于超声波传播具有高指向性，使得差波信号可听声可以按照某个特定方向进行传播进而实现了定向发声。这便是声频定向的基本原理。

1.2 设计结构

设计采用超声波作为载波，通过op07集成运算放大模块，以单频声信号调制超声波，将可听声音信号调制到超声载波信号之上，并通过FPGA超声相控算法控制各阵元的延迟时间，使得各阵元延迟时间成等差数，即各个阵元的触发脉冲时序是一个等差数列，使发出的超声波束的合成波阵面具有一个指向角，从而实现波束方向的控制，之后并经换能器发射调幅波，在FPGA中利用数字信号调制算法处理，选取合适的超声波，将可听声调制到超声波信号上，在空气非线性解调作用下还原出可听声实现声音的定向传播。……