论文摘要
声频定向扬声器系统是一种可以使声音只沿固定方向传播的装置。该系统主要通过超声波在空气中的非线性交互作用产生高指向性的可听声,从而革命性地使声音信号控制在指定范围内以高指向方式传播。本文旨在为声频定向扬声器系统设计并制作一款高效率、低失真、低损耗的数字功率放大器,为系统的超声波发射换能器提供大功率的驱动信号,并通过系统测试实验对其功率放大和指向性等性能进行分析与评估。本论文针对上述任务,先对当今各种功率放大器类型及原理进行讨论、比较与分析,再由声频定向系统工作原理出发,提出以D类数字功率放大器作为声频定向超声波换能器的驱动的解决方案。在系统工作原理中详细讨论了声波在空气传播中产生指向性、非线性作用的理论,提出了以建立声场模型来指导信号处理和系统架构的设计。基于以上的设计思路,本文将从以下几个方面进行讨论、分析与设计,并最终通过声频定向系统功率放大和指向性的测试实验给出分析结果与结论。1)从声频定向原理出发,设计系统架构与内部信号处理过程,并对过程中功率放大部分进行分析与讨论,再结合各类放大器的特点与应用范围,提出利用D类放大器为声频定向系统实现高效率、低失真功率放大的解决方案。2)将所提出的方案转化电路原理的设计,并对其进行仿真分析,从而验证解决方案的可行性,再进一步讨论D类放大器用于声频定向系统的实现方式,从换能器负载分析、信号调制处理、器件选择与功能设计、放大器电路设计、负载匹配网络设计等几个方面进行了深入的研究和细致的讨论,并利用Protel进行实际电路的设计与制作。3)利用所设计的D类放大器对整个声频定向系统进行搭建,并对系统进行功率放大和指向性的测试实验,完成对实验结果的分析且得到所设计D类放大器能高效率、低失真地完成信号功率放大,成功实现了声频定向技术的结论。