定向聲HyperSound：技術介紹

　　HyperSound是一種顛覆性的音頻創新，具有高度的指向性，可以在商業應用中推動沉浸式音頻體驗。

　　定向聲音揚聲器是一項突破性的技術，為零售商、系統集成商和其他組織提供了創建隔離的聲音區域的能力。本白皮書提供了該技術的簡要介紹，并討論了其在廣泛的商業應用中的潛力。

　　定向聲：

　　定向音頻是一種新興的技術，在廣泛的商業環境中具有巨大的潛力。

　　音頻“指向性”的水平在今天的揚聲器中變化很大。當我們討論指向性時，我們指的是揚聲器如何向不同方向發送聲音的特性。當聲音是“定向的”時，它沿著一個特定的軸以最小的擴散傳播。

　　目前，產生定向聲音的方法有以下幾種

　　揚聲器陣列: 在水平面上，空間上控制可聽見的聲音波束。這種產生集中聲音的方法成本很高，不能由小型揚聲器產生。指向性很低。

　　聲音圓頂: 將聲波聚焦到圓頂下的聽眾。指向性是有限的，取決于圓頂的大小，只能部署在頭頂的應用。

　　參數化(或超聲波)揚聲器: 將可聽到的聲音信號調制到超聲波載體上，并通過超聲波發射器投射信號，在一個緊密的柱狀結構中產生可聽到的聲音。這種類型的揚聲器提供了最大的音頻方向性，并可以不同的的發射器大小和形狀中開發。

　　參數化揚聲器提供了一種有效的方法，以高度定向的方式投射聲音， 而不使用大型揚聲器陣列，以形成尖銳的定向波束

　　定向音頻揚聲器VS傳統揚聲器

　　HyperSound是一種創新的，高度定向的參數化揚聲器。

　　傳統的揚聲器可以被認為是一個裸露的燈泡，而超聲技術可以被認為是一個手電筒光束。

　　與燈泡一樣，傳統的揚聲器向四面八方輻射聲音:不管聽者在房間的哪個位置，聲音都會被聽到。通常，聽者可以從房間的任何地方直接指向那個揚聲器，并說“這就是聲音的來源”。

　　另一方面，HyperSound 以一種高度可控的窄波束發出聲音，因此只有當你“在波束中”或處于能聽到虛擬源反射聲音的位置時，才能聽到聲音。這是因為，HyperSound 不是直接使用振動揚聲器錐產生，而是使用超聲波在空氣中產生聲音。音頻是高度定向的，因為它是在一個超聲波能量柱上無限多的點上產生的。

　　這提供了獨特的靈活性，將聲音準確地放置在您想要的地方，而實質上屏蔽了來自其他領域的聲音。

　　歷史

　　大約 150年前，一位名叫Hermann·von·Helmholtz的德國物理學家發現空氣是非線性的。非線性系統的輸出與輸入不成正比。他在管風琴上大聲地彈奏著兩個管風琴音符，并能聽到他認為是較高頻率和較低頻率的聲音。通過仔細地測量，他證明了這些新的頻率確實以新的音調的形式存在，并且被測量為原始音符頻率的和與差。

　　在電子學的世界里，把兩個頻率發送到一個非線性的設備中，產生的輸出包含兩個原始信號，加上兩個信號的和，兩個信號的差，以及一組諧波。

　　Westervelt(布朗大學)和Blacktock(德克薩斯大學奧斯汀分校)進一步解釋了亥姆霍茲實驗。他們證明了新的音調是空氣本身引起的傳播失真的結果。

　　根據Westervelt，Berktay，Blacktock等人的說法，非線性聲學理論認為，當兩個超聲主音組合在一起時，可以產生每個主音的諧波以及和音和差音。

　　由于我們不經常聽正弦波(之前的研究檢查了正弦波)，Elwood Norris 和 HyperSound的聯合創始人決定找到一種方法在空氣中產生復雜的聲波，如聲音或音樂。就 HyperperSound 應用而言，在人類聽覺范圍內產生這些不同音調是非常重要的。

　　其結果是一套電子、數字信號處理和一套專利算法，該算法創建了復雜的波形，其中包含在空氣中產生不同音調所需的所有組件，然后從一個單一的超聲發射器(參量陣揚聲器)投射出波形。因為這個發射器的工作原理是空氣中的非線性，它產生了一個高度定向的聲波束。

　　HyperSound是如何工作的

　　“在空氣中”產生聲音的過程

　　超聲學和音頻

　　HyperSound 通過一系列過程創建可聽到的聲音(參見下面的圖)。將音頻信號發送到專有的電子預處理電路、失真控制電路，然后通過倍增器電路產生復合超聲/聲波波形。然后這個信號被放大并直接發送到HyperSound 超聲波發射器。在揚聲器前產生一束超聲波能量，它包含空氣分子產生可聽聲音所需的所有屬性。我們能聽到的聲音沿著這一波束被解調，在空氣分子中通過向下轉換過程產生在可聽到的頻率范圍內產生有規律的聲音。

　　HyperSound能產生高指向的超聲波能量束轉換為空氣中可聽到的聲音。波束的長度決定了音頻的方向性。這種聲音比傳統的揚聲器在更遠的距離上具有方向性。

　　圖1展示了HyperSound音頻波束系統的功能示意圖。首先，發射的超聲波是聽不見的，但當它把音頻信號壓在空氣中的載體上時，音頻信號被參數陣列效應解調，變成可聽聲。這種解調的音頻波保留了超聲波的指向性，從而產生音頻波束。

　　HyperSound創新

　　HyperSound技術的關鍵發展

　　挑戰商業音頻技術創新的極限。

　　自上世紀 90年代末 HyperSound誕生以來，在原有的系統設計和功能上進行了無數的創新。創新的關鍵領域包括:

　　發射極設計: HyperSound的發射極和放大器設計已經得到了巨大的改進，以優化其在商業環境中的應用。此外，發射極面板的創新設計提高了音頻音量與面板尺寸的比例，允許生產更小的面板。

　　調制: 在 HyperSound 廣泛的創新中，可能是直接與調制相關的最重要和最有前途的交易; 更具體地說，是對 HyperSound 復雜且高度復雜的調制算法的改進。這些專利改進糾正諧波失真和互調，提高音頻質量和頻率響應。

　　電子:  HyperSound的核心電子組件也進行了多次革新，新專利的發布使系統更加穩定，技術更加完善。例如，它的電路經過了技術改造改進和先進的匹配設備被引入，導致系統效率提高。電子技術的進步也使低壓電纜的使用和更低的整體功耗成為可能。

　　主要特征和優點