上海大學(xué)生創(chuàng)新活動計劃項目(創(chuàng)新訓(xùn)練類)申請書初定版

1、專業(yè)資料華東師大學(xué)上海大學(xué)生創(chuàng)新活動計劃項目（創(chuàng)新訓(xùn)練類）申請書項目名稱：基于超聲調(diào)制技術(shù)的定向傳聲系統(tǒng)的研究開發(fā)項目負責(zé)人：靈項目指導(dǎo)教師：慶利立項申請時間：2015年3月6日華東師大學(xué)教務(wù)處編制資料.一、項目基本情況項目起止時間第一負責(zé)人姓名靈學(xué)號性另 y y男身份證號0 0院系信息科學(xué)技術(shù) 學(xué)院年級20132013 級專業(yè)通信工程聯(lián)系手機E-mailE-mail1548144713qq.1548144713qq.入 校 以來 專 業(yè)必 修 課成 績課程名稱學(xué)分成績模擬電子線路2 29292高等數(shù)學(xué)（一）5 58989高等數(shù)學(xué)（二）5 58383計算機應(yīng)用基礎(chǔ)2 28282電路分析基礎(chǔ)及實

2、驗3 37878信息與通信導(dǎo)論1 17171數(shù)字邏輯電路及實驗3.53.58383項目性質(zhì)小發(fā)明、小創(chuàng)作、小設(shè)計等開放實驗室或?qū)嵙?xí)基地中的創(chuàng)新性實驗或新實驗開發(fā) 基礎(chǔ)性研究 應(yīng)用性研究社會調(diào)研項目選題來源自主立題教師科研課題的子項目項目學(xué)科類別應(yīng)用聲學(xué)資料.項目受其他渠道資助情況（“無”或“具體資助來源和經(jīng)費”， 包括獲獎情況）無二、立項背景和依據(jù)（包括研究目的、國外研究現(xiàn)狀分析與評價、研究意義，應(yīng)附主要參考文獻及出處）研究目的:聲音在空氣中的傳播是輻散型的。由于可聽聲波頻率較低，波長較長，故它在空 氣中傳播的指向性非常差。 因而在生活中隨處可見各種噪聲。 而噪聲本身為環(huán)境污染 的一種。 近幾

3、年由于廣場舞的盛行，噪聲對居民生活的影響越來越大。因此，研究出 一種能使聲音在空氣中定向傳播的設(shè)備意義重大。另一面，在家庭或者校園甚至博物館中，不同區(qū)域不同聲音的需求也比以前多了 多。家中的孩子希望音樂只在自己的房間里響起，而不會影響到父母的不滿；校園里學(xué)生希望視頻或者音樂只放映在自己的區(qū)域里，從而擺脫耳機的束縛，又不會影響到舍友的學(xué)習(xí)；博物館里希望在不同的展品旁邊游客可以聽到不同的講解而聲音互不影 響。因而，具有指向性或者區(qū)域性的聲波設(shè)備研究意義重大。超聲波具有很強的指向性，通過用調(diào)幅技術(shù)將可聽聲波加載在超聲波上，并通過超聲波與空氣的線性作用，在空氣中可還原出可聽聲波，從而實現(xiàn)了可聽聲波的定

4、向 傳播。同時，由于超聲波在空氣中衰減十分迅速，因而通過合理的調(diào)制，可以實現(xiàn)可 聽聲波在某個區(qū)域的傳播。國外研究現(xiàn)狀分析：上世紀 2020 世紀 6060 年代，聲吶研究者們發(fā)現(xiàn)把超聲波脈沖發(fā)射到水中時，脈沖 會自發(fā)的變成低頻聲波窄束。19751975 年，英國的 DavidDavid 等人進行試驗，他們對發(fā)射機進行修改并采用了一個非 聲頻圍的聲源，并得到了可聽聲波，說明在空氣中聲波也是非線性傳播的。該實驗暗示有可能通過超聲波在空氣中產(chǎn)生聲波束。19801980 年，日本 RicohRicoh 公司成功通過調(diào)幅技術(shù)把復(fù)雜聲音變成超聲波，即得到由 加在單頻載波上的復(fù)雜聲音信號和載波本身組成的符合

5、波。19991999 年，MITMIT 的 F.J.PompeiF.J.Pompei 發(fā)明了“聲頻聚光燈”，通過將得到的超聲波信號 進行反向失真，并利用蜂窩狀陣列式超聲波揚聲器簡單實現(xiàn)了聲音的定向傳播。20042004 年，新加坡研發(fā)出一種指向性聲音廣播技術(shù)“音束系統(tǒng)”。如今，中國擁有相應(yīng)的定向音響，但其體積龐大，造價極高且適用圍十分窄小。研究意義：利用聲波定向傳播技術(shù)可以產(chǎn)生窄的音波束，并且只有音波束正前的人能聽到。聲波定向傳播技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。例如應(yīng)用于飛機、汽車座艙，可以使乘客不用帶耳機就聽到自己想聽的聲音；在餐廳里，顧客可以通過這 項技術(shù)點播自己喜歡的音樂而不會影

6、響到其他人；在博物館的展品面前可以只聽見該 展品的有關(guān)知識介紹，而不會有其他介紹聲音在耳邊干擾。資料.此技術(shù)也可用于定向發(fā)射高分貝噪聲干擾暴徒而不影響警察，從而產(chǎn)生威懾效果。也可以在戰(zhàn)場上應(yīng)用該技術(shù)使聲音在某個向傳播而干擾敵人判斷力，從而打亂敵人心理及其戰(zhàn)術(shù)布局。目前“聲波定向傳播”技術(shù)研發(fā)仍然處于初始發(fā)展階段。 除國外極少數(shù)的公司和 研究小組，國并沒有十分詳盡的類似研究報道。 因此該研究具有較大的理論意義和實 際意義。三、研究容、擬解決的關(guān)鍵問題、研究法資料.聲波通常以聲源為中心向四傳播，但實際上, ,聲波在各個向上的聲壓分布并不完全相 同，其傳播是有向性的。在均勻媒質(zhì)中，聲源的指向性由其輻

7、射面積（徑），輻射面結(jié)構(gòu) 和所傳播聲音的頻率這三個因素確定。1.1. 聲源的輻射面積（徑）越大，其波束寬度越窄，指向性越強，當(dāng)聲源的有效徑遠大于要傳 播聲波的波長時, ,大部分聲波會集中在一條窄帶，但是對于可聽聲波 ，為了形成這種波 束, ,即使是最短的波長也需要大約 1010 米大小的揚聲器。2.2. 聲源的輻射面結(jié)構(gòu)可以改變聲波的傳播形式 ，不同的傳播形式，其聲波的聲壓和波束 形狀受距離的影響是不同的，如在理想媒質(zhì)中平面波的聲波強度與距離無關(guān)，并易于形 成窄的波束。3.3. 與聲源指向性密切相關(guān)的另一個因素就是所傳播聲音的頻率。頻率越高 ，聲 波的發(fā)散角就越小，其指向性就越強，通過提高聲音

8、的頻率，把聲波的波長變得 更小，可以獲得良好的指向性。例如對于超聲波信號，用一個 I I 米大小的揚聲器 就可以很容易地產(chǎn)生波束。考慮到前兩點實施性不強，而當(dāng)超聲波信號在空氣中傳播時，利用空氣對聲音的非 線性效應(yīng), ,可以自發(fā)地把超聲波還原成可聽聲波，使得可聽聲波的定向波束傳播成為 可能，所以我們米用第三點。研究容及擬解決的關(guān)鍵問題：音頻信號在空氣中的定向傳播技術(shù)主要包括與聲頻定向揚聲器研究相關(guān)的基礎(chǔ)聲學(xué)、超聲理論、信號處理算法、換能器及電子技術(shù)等。1.1. 基礎(chǔ)聲學(xué)部分：聲波傳播的原理、聲波的輻射聲壓及聲源的指向性等，分析聲波在空 氣中傳播時的非線性作用。2.2. 超聲理論部分：超聲波與空氣

9、的非線性作用。3.3. 信號處理算法部分：雙邊帶調(diào)制算法、單邊帶調(diào)制算法、平根法算法。4.4. 換能器部分：換能器就是可以把一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量的器件。 這里所涉及到的換能器是那種能將電能、機械能或其他一些形式的能量轉(zhuǎn)換為聲能的 器件。5.5. 電子技術(shù)部分：制作實物-聲頻定向揚聲器。研究法：查閱相關(guān)文獻四、項目特色與創(chuàng)新點本項目是在了解到生活中噪聲對人們的干擾， 然后深入研究聲波的定向傳播技術(shù) 之后所確定的。所以本項目的最大特點就是從實際需求出發(fā)，將科學(xué)融入生活之中， 服務(wù)于人民。盡管聲音的定向傳播已經(jīng)有近 200200 年的研究歷史，但是實際上直到現(xiàn)在專注于 聲音定向傳播的

10、研究者并不多，此領(lǐng)域面世的相關(guān)產(chǎn)品更加少，然而當(dāng)下包括廣場舞 擾民問題，博物館、圖書館和一些餐飲娛樂場所對于環(huán)境的高要求以及銀行提款機語 音提示、大型綜合辦公樓導(dǎo)向、盲人引路、 智能樓宇資料.安全保衛(wèi)等都極其需要傳播路徑 相對狹小且固定的定向聲音。人們?nèi)粘Ｉ钪袑τ诼曇舻闹庇^感性認識并不會認為它具有定向傳播的能力，但是我們聯(lián)想到光的定向傳播，和聲音一樣，光實際上也是一種波，既然光波可以定向傳播，那聲音是否也有可能實現(xiàn)定向傳播呢？答案是肯定的。我們在查閱相關(guān)文獻資料以及咨詢導(dǎo)師之后得出一種實現(xiàn)聲音定向的法：我們注意到超聲波具有頻率高、波長短、 衍射現(xiàn)象不明顯的特點，也就是超聲波的定向性很 好。但

11、是我們能聽到的聲音不是超聲波，于是我們結(jié)合調(diào)幅技術(shù)，將我們要接收的聲音信號與作為載波的超聲波調(diào)幅成一個復(fù)波， 最后利用超聲波在空氣中傳播時與空氣 的非線性作用，將我們要接收的聲音信號解調(diào)出來，達到定向傳聲的目的。五、項目研究進度與計劃（文獻查閱、社會調(diào)查、案設(shè)計、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、研制開發(fā)、撰寫論文或研究報告、結(jié)題和答辯、項目鑒定、成果推廣或論文發(fā)表、其他等環(huán)節(jié)的時間安排）進度：直到項目申請之前，我們已經(jīng)對聲音定向傳播的原理和實現(xiàn)的基本法有了一定 的了解，對于這一系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)有了初步的設(shè)想；計劃：1 1、20152015 年六月前繼續(xù)查閱相關(guān)資料還有咨詢指導(dǎo)老師，深入了解聲音定向傳播技術(shù)的

12、實現(xiàn)式以及構(gòu)建擁有這一功能的系統(tǒng)的具體法，進行一定的社會調(diào) 查，了解人們對于該系統(tǒng)的了解程度和接受程度；2 2、 20152015 年 1010 月前，討論設(shè)計出定向音響系統(tǒng)的原理圖，并進行初步的仿真 測試，對仿真數(shù)據(jù)加以格的分析，力圖找出設(shè)計圖紙中的所有不完美之處， 并 且加以考慮實際系統(tǒng)可能會遭受的一系列干擾，對電路設(shè)計案進行改進；3 3、 20152015 年 1212 月前，購買構(gòu)建系統(tǒng)所需的全部材料并按照設(shè)計圖進行組裝調(diào) 試，對安裝好的系統(tǒng)進行各種環(huán)境下的運行測試，并加以該進；4 4、 20162016 年 3 3 月前，嘗試將組裝調(diào)試好的系統(tǒng)加以封裝，并加以宣傳， 使之能 夠運用到

13、實際生活中去；撰寫研究論文，嘗試發(fā)表到某些雜志；討論答辯事宜， 做結(jié)題前的最后準備；六、項目預(yù)期成果（成果形式：論文、設(shè)計、產(chǎn)品研制、軟件開發(fā)、專利、研究或調(diào)研報告、課件等）資料.1 1、 按照計劃，在規(guī)定時間完成任務(wù)，包括原理圖設(shè)計以及實物組裝等；2 2、 撰寫研究論文，一是準備到一些相關(guān)雜志上進行發(fā)表，二是作為項目報告;3 3、 進行宣傳，申請專利；4 4、 將產(chǎn)品推廣應(yīng)用；七、項目指導(dǎo)教師情況姓名性 別 年 齡職稱職務(wù)所在院系或 研究機構(gòu)聯(lián)系手機E-mailE-mail慶利男副教 授信息科學(xué)技 術(shù)學(xué)院qllics.ecqllics.ec n .八、項目主要研究人員學(xué)號姓名年級所學(xué)專業(yè)項目研究中 承擔(dān)的主要任務(wù)本人簽名靈20132013通信工程負責(zé)人懷奇20132013通信工程組員丹妮20132013通信工程組員佳慧20132013通信工程組員九、項目經(jīng)費預(yù)算（申請資助經(jīng)費數(shù)額；詳細列岀各項支岀項目金額和用途）1 1、 購買相關(guān)資料書籍以及仿真測試平臺：2 2、 進行相關(guān)社會調(diào)查3 3、 購買系統(tǒng)構(gòu)建所需器材4 4、 封裝系統(tǒng)并進行宣傳推廣5 5、 撰寫論文及發(fā)表十、項目研究所需資源（擬依托的實驗室或研究中心等機構(gòu)、擬使用的儀器設(shè)備及其他）