上海大学生创新活动计划项目(创新训练类)申请书初定版

1、华东师范大学上海大学生创新活动计划项目（创新训练类）申请书项目名称：基于超声调制技术的定向传声系统的研究开发 项目负责人：葛灵 项目指导教师：李庆利2015年3月立项申请时间：6日华东师范大学教务处编制专业资料一、项目基本情况项目起止时间第一负责人名姓葛灵学号10132140249性别男身份证系信息科学技术学院级年2013 级专业通信工程联系电-入校以来专业必修课成绩课程名称学分成绩模拟电子线路292高等数学（一）589高等数学（二）583计算机应用基础282电路

2、分析基础及实验378信息与通信导论171数字逻辑电路及实验3.583项目性质小发明、小创作、小设计等口开放实验室或实习基地中的创新性实验或新实验开发口基础性研究口应用性研究 口社会调研项目选题来源口教师科研课题的子项目主自主立题资料.项目学科类别应用声学项目受其他渠道资助情况，“无”或“具体资助来源和经费”（包括 获奖情况）无二、立项背景和依据 （包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义，应附主要参考文献及出处）研究目的：故它在空波长较长，声音在空气中的传播是辐散型的。由于可听声波频率较低，而噪声本身为环境污染因而在生活中随处可见各种噪声。气中传播的指向性 非常差。的一种。近几年由于广

3、场舞的盛行，噪声对居民生活的影响越来越大。因此, 研究出一种能使声音在空气中定向传播的设备意义重大。不同区域不同声音的需求 也比以前多在家庭或者校园甚至博物馆中，另一方面，校了许多。家中的孩子希望音 乐只在自己的房间里响起，而不会影响到父母的不满；又不会影从而摆脱耳机的束缚， 园里学生希望视频或者音乐只放映在自己的区域里，博物馆里希望在不同的展品旁边游客可以听到不同的讲解而声音互响到舍友的学习；不影响。因而，具有指向性或者区域性的声波设备研究意义重大。 并通过通过用调幅技术将可听声波加载在超声波 上，超声波具有很强的指向性，从而实现了可听声波的定向在空气中可还原出可听声 波，超声波与空气的线性

4、作用，传播。同时，由于超声波在空气中衰减十分迅速，因 而通过合理的调制，可以实现可 听声波在某个区域内的传播。 国内外研究现状分析： 年代，声呐研究者们发现把超声波脉冲发射到水中时，脉冲6020世纪上世纪 会自发的变成低频声波窄束。等人进行试验，他们对发射机进行修改并采用了一个非 David1975年，英国的该实验声频范围的声源，并得到了可听声波，说明在空气中 声波也是非线性传播的。暗示有可能通过超声波在空气中产生声波束。公司成功通 过调幅技术把复杂声音变成超声波，即得到由Ricoh1980年，日本 加在单频载波上的复杂声音信号和载波本身组成的符合波。，通过将得到的超声波信号发明了 “声频 聚

5、光灯”的F.J.Pompei1999年，MIT进行反向失真，并利用蜂窝状阵列式超声波扬 声器简单实现了声音的定向传播。年，新加坡研发出一种指向性声音广播技术“音束系统” 2004。但其体积庞大，造价极高且适用范围十分窄小。如今，中国拥有相 应的定向音响， 研究意义：利用声波定向传播技术可以产生窄的音波束，并且只有音波束正前方的人能听资料.至上汽例如应用于飞机、声波定向传播技术在军事和民用领域均有广阔的应用前景。车座舱，可以使乘客不用带耳机就听到自己想听的声音；在餐厅里，顾客可以通过这在博物馆的展品面前可以只听见该项技术点播自己喜欢的音乐而不会影响到其他人；展品的有关知识介绍，而不会有其他介绍声

6、音在耳边干扰。此技术也可用于定向发射高分贝噪声干扰暴徒而不影响警察， 从而产生威慑效从而打乱也可以在战场上应用 该技术使声音在某个方向传播而干扰敌人判断力，果。敌人心理及其战术布局。除国外极少数的公司和“声波定向传播”技术研发仍然处于初始发展阶段。目前因此该 研究具有较大的理论意义和研究小组，国内并没有十分详尽的类似研究报道。实际意义。三、研究内容、拟解决的关键问题、研究方法资料.声波在各个方向上的声压分布并不完全但实际上 ，声波通常以声源为中心向四周传 播,，辐射孔径）其传播是有方向性的。在均匀媒质中，声源的指向性由其辐射面积（相 同，面结构和所传播声音的频率这三个因素确定。当声源的有效孔径

7、远大于指向性越强，其波束宽度越窄，1.声源的辐射面积（孔径）越大 为了形成大部分声波会集中在一条窄带内，但是对于可听声波，要传播声波的波长时， 10米大小的扬声器。这种波束，即使是最短的波长也需要大约其声波的声压和波束不 同的传播形式，2.声源的辐射面结构可以改变声波的传播形式，并易于形如在理想媒质 中平面波的声波强度与距离无关，形状受距离的影响是不同的，成窄的波束。声3.与 声源指向性密切相关的另一个因素就是所传播声音的频率。频率越高，把声波的波长变得，其指向性就越强，通过提高声音的频率，波的发散角就越小 米大小的扬声器，用 一个l更小，可以获得良好的指向性。例如对于超声波信号 就可以很容易

8、地产生波束。 利用空气对声音的非，考虑到前两点实施性不强，而当超声波信号在空气中传播时 可以自发地把超声波还原成可听声波，使得可听声波的定向波束传播成为，线性效应可能，所以我们采用第三点。研究内容及拟解决的关键问题： 音频信号在空气中的定向传播技术主要包括与声频 定向扬声器研究相关的基础声学、超声理论、信号处理算法、换能器及电子技术等。分析声波在空，声波传播的原理、声波的辐射声压及声源的指向性等 1.基础声学部分： 气中传播时的非线性作用。 超声理论部分：超声波与空气的非线性作用。2.信号处理算法部分：双边带调制算法、单边带调制算法、平方根法算法。3.换能器部分：换能器就是可以把一种形式的能量

9、转换为另一种形式的能量的器件。4.机械能或其他一些形式的能量转换为声能的这里所涉及到的换能器是那种能将电能、器件。-声频定向扬声器。电子技术部分：制作实物 5.研究方法：查阅相关文献四、项目特色与创新点资料.然后深入研究声波的定向传播技术本项目是在了解到生活中噪声对人们的干扰，之后所确定的。所以本项目的最大特点就是从实际需求出发，将科学融入生活之中，服务于人民。年的研究历史，但是实际上直到现在专注于尽管声音的定向传播已经有近 200然而当下包括广场舞声音定向传播的研究者并不多，此领域面世的相关产品更加少，图书馆和一些餐饮娱乐场所对于环境的高要求以及银行提款机语扰民问题，博物 馆、智能楼宇安全保

10、卫等都极其需要传播路径音提示、大型综合办公楼导向、盲人引 路、相对狭小且固定的定向声音。但人们日常生活中对于声音的直观感性认识并不 会认为它具有定向传播的能力，既然光波可以定向是我们联想到光的定向传播，和声 音一样，光实际上也是一种波，传播，那声音是否也有可能实现定向传播呢？答案是肯定的。我们我们在查阅相关文献资料以及咨询导师之后得出一种实现声音定向的 方法：也就是超声波的定向性注意到超声波具有频率高、波长短、衍射现象不明显的 特点，将我们要接收的很好。但是我们能听到的声音不是超声波，于是我们结合调幅 技术，最后利用超声波在空气中传播时与空声音信号与作为载波的超声波调幅成一个 复波，气的非线性

11、作用，将我们要接收的声音信号解调出来，达到定向传声的目的。（成果形式：论文、设计、产品研制、软件开发、专利、研究或调研报告、课件等）五、项目研究进度与计戈U （文献查阅、社会调查、方案设计、实验研究、数据处理、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、项目 鉴定、成果推广或论文发表、其他等环节的时间安排）我们已经对声音定向传播的原理和实现的基本方法有了一直到项目申请之前，进度：定的了解，对于这一系统的设计结构有了初步的设想；深入了解声音定向传年六月前继续查阅相关资料还有咨询指导老师，1、2015计划：进行一定的社会播技术的实现方式以及构建拥有这一功能的系统的具体方法，调查,了解人们对于该系统的

12、了解程度和接受程度；月前，讨论设计出定向音响系统的原理图，并进行初步的仿真 102015年2、测试，对仿真数据加以严格的分析，力图找出设计图纸中的所有不完美之处，并且加以考虑实际系统可能会遭受的一系列干扰，对电路设计方案进行改进；月前，购买构建系统所需的全部材料并按照设计图进行组装调122015年3、试，对安装好的系统进行各种环境下的运行测试，并加以该进；使之能月前，尝试将组装调试好的系统加以封装，并加以宣传，年 34、2016讨论答辩事宜，撰写研究论文，尝试发表到某些杂志；够运用到实际生活中去；做结题前的最后准备； 六、项目预期成果资料.、按照计划，在规定时间内完成任务，包括原理图设计以及实

13、物组装等；1、撰写研究论文，一是准备到一些相关杂志上进行发表， 二是作为项目报告；2、进行宣传，申请专利；3 4、将产品推广应用；七、项目指导教师情况姓名性别年龄职称职务所在院系或研究机构联系电话手机E-mail李庆利男副教授信息科学技术学llics.ecn八、项目主要研究人员名单学号姓名年级所学专业项目研究中承担的主要任务本人签名10132140249葛灵2013通信工程负责人10132140243徐徐奇2013通信工程组员10132140220陈丹妮2013通信工程组员10132140217孙佳慧2013通信工程组员九、项目经费预算 （申请资助经费数额；详细列出各项支出项目、金额和用途）、购买相关资料书籍以及仿真测试平台：1、进行相关社会调查2 3、购买系统构建所需器材4、封装系统并进行宣传推广 5、撰写论文及发表资料.十、项目研究所需资源 （拟依托的实验室或研究中心