HyperSound是一種顛覆性的音頻創(chuàng)新，具有高度的指向性，可以在商業(yè)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(tǒng)集成商和其他組織提供了創(chuàng)建隔離的聲音區(qū)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(yè)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(yè)環(huán)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(fā)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(chǎn)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(chǎn)生集中聲音的方法成本很高，不能由小型揚聲器產(chǎn)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?shù)拇笮?，只能部署在頭頂?shù)膽谩?/p>

　　參數(shù)化(或超聲波)揚聲器: 將可聽到的聲音信號調(diào)制到超聲波載體上，并通過超聲波發(fā)射器投射信號，在一個緊密的柱狀結構中產(chǎn)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(fā)射器大小和形狀中開發(fā)。

　　參數(shù)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(tǒng)揚聲器

　　HyperSound是一種創(chuàng)新的，高度定向的參數(shù)化揚聲器。

　　傳統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(chǎn)生，而是使用超聲波在空氣中產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(fā)現(xiàn)空氣是非線性的。非線性系統(tǒng)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(diào)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(fā)送到一個非線性的設備中，產(chǎn)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(diào)是空氣本身引起的傳播失真的結果。

　　根據(jù)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(chǎn)生每個主音的諧波以及和音和差音。

　　由于我們不經(jīng)常聽正弦波(之前的研究檢查了正弦波)，Elwood Norris 和 HyperSound的聯(lián)合創(chuàng)始人決定找到一種方法在空氣中產(chǎn)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(nèi)產(chǎn)生這些不同音調(diào)是非常重要的。

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

　　HyperSound是如何工作的

　　“在空氣中”產(chǎn)生聲音的過程

　　超聲學和音頻

　　HyperSound 通過一系列過程創(chuàng)建可聽到的聲音(參見下面的圖)。將音頻信號發(fā)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(chǎn)生復合超聲/聲波波形。然后這個信號被放大并直接發(fā)送到HyperSound 超聲波發(fā)射器。在揚聲器前產(chǎn)生一束超聲波能量，它包含空氣分子產(chǎn)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(diào)，在空氣分子中通過向下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生在可聽到的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生有規(guī)律的聲音。

　　HyperSound能產(chǎn)生高指向的超聲波能量束轉(zhuǎn)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(tǒng)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(tǒng)的功能示意圖。首先，發(fā)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(shù)陣列效應解調(diào)，變成可聽聲。這種解調(diào)的音頻波保留了超聲波的指向性，從而產(chǎn)生音頻波束。

　　HyperSound創(chuàng)新

　　HyperSound技術的關鍵發(fā)展

　　挑戰(zhàn)商業(yè)音頻技術創(chuàng)新的極限。

　　自上世紀 90年代末 HyperSound誕生以來，在原有的系統(tǒng)設計和功能上進行了無數(shù)的創(chuàng)新。創(chuàng)新的關鍵領域包括:

　　發(fā)射極設計: HyperSound的發(fā)射極和放大器設計已經(jīng)得到了巨大的改進，以優(yōu)化其在商業(yè)環(huán)境中的應用。此外，發(fā)射極面板的創(chuàng)新設計提高了音頻音量與面板尺寸的比例，允許生產(chǎn)更小的面板。

　　調(diào)制: 在 HyperSound 廣泛的創(chuàng)新中，可能是直接與調(diào)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(diào)制算法的改進。這些專利改進糾正諧波失真和互調(diào)，提高音頻質(zhì)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(fā)布使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，技術更加完善。例如，它的電路經(jīng)過了技術改造改進和先進的匹配設備被引入，導致系統(tǒng)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(yōu)點