[發明專利]基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法與裝置

有效

• 申請號: 201810315273.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108769868B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李杰;曾偉;馬碧云
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04R1/34
• 分類號: H04R1/34;H04M1/03;G08C23/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法與裝置，本發明的基本原理是將通話音頻信號與超聲載波信號進行調制,利用聲信號在空氣中傳播時產生非線性效應,音頻信號可重新在超聲載波中解調出來。由于超聲波具有良好的指向性和穿透性，當超聲波傳感器與屏幕玻璃緊密耦合時，超聲波可以透過屏幕模塊進行傳播。因此本發明無需屏幕玻璃開孔，因而不占用手機屏幕顯示區域，且具有良好的聲音指向性、通話質量及私密性。另外，本發明基于頻分技術，將參量陣揚聲器與超聲波探測相結合，使得該技術方案可集成實現基于超聲波的距離測量、人耳定位、甚至面部識別等功能。

技術領域

本發明涉及基于參量陣的定向傳聲技術，具體涉及一種基于頻分超聲參量陣的手機屏幕下聽筒實現方法與裝置。

背景技術

隨著觸控屏手機的不斷發展，不斷提高占屏比(屏幕面積占手機正面總面積的比例)最終發展為手機正面全被屏幕所覆蓋，即所謂“全面屏”，成為近期手機發展的熱點以及各大手機廠商不斷追求的目標，并且陸續有一些高占屏比的手機發布上市，主要代表性的產品有：

1，三星公司2017年面世的蓋樂視S8/S8+以及Note8系列產品，實現了較窄的上下邊框。但是，其上下邊框為了能夠設置聽筒及紅外距離傳感器等，相較于左右兩側邊框仍然較寬。

2，蘋果公司iPhone X，其左、右、下都做到了較窄的邊框，但上邊框中間位置由于需要放置聽筒及其他傳感器，使得靠近上邊框的屏幕呈現凹形，影響用戶的使用體驗。

3，小米mix系列，第一代mix去掉了傳統聽筒以及紅外距離感應器，并用陶瓷聲學系統來替代傳統聽筒，用超聲波傳感器系統來替代傳統紅外距離感應器，這樣在手機正面屏幕玻璃的頂部無需為聽筒及紅外傳感器預留位置及相應屏幕玻璃處開孔，使得上邊框可以非常窄，其占屏比達到了91.2％。但是采用的懸臂梁式壓電陶瓷聲學系統，通話時帶動整機中框共振，導致通話聲音外露，因而通話的私密性較差，通話音質也不夠好，被用戶所詬病。因而小米MIX2采用大功率聽筒搭配精密設計的導管式結構，使喇叭的通話聲音傳導到邊框頂部，并在頂部開一個小孔。解決通話私密性問題。但是頂部邊框為了留給聽筒開孔，較MIX一代明顯變寬，占屏比只有80％左右。

總結現有方案可以看出，由于傳統的聽筒需要在屏幕玻璃面板開孔用于導聲，必須占據屏幕的顯示區域，成為阻礙手機最終實現“全面屏”的主要障礙之一。因此，如何在避免影響屏幕的顯示區域的情況下，實現通話、距離感應等功能，成為手機實現全面屏亟待突破的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提出基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法與裝置。本發明涉及的超聲波參量陣揚聲器不同于一般意義上的揚聲器,其基本原理是將音頻信號與超聲載波信號進行調制,利用聲信號在空氣中傳播時產生非線性效應,音頻信號可重新在超聲載波中解調出來。由于超聲波具有良好的指向性和穿透性，當超聲波傳感器與屏幕玻璃緊密耦合時，超聲波可以透過屏幕模塊進行傳播。現有手機已經實現的基于超聲波的距離傳感器證明了這一點。因此本發明的基于超聲參量陣技術的傳聲裝置，無需屏幕玻璃開孔，因而不影響屏幕顯示，且具有良好的聲音指向性，保證通話質量及私密性。另外，本發明基于頻分技術，將參量陣揚聲器與超聲波探測相結合，使得該技術方案可集成實現基于超聲波的距離測量、耳朵定位、甚至面部識別等功能。

基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，其將通話信號調制到超聲載波上，并且疊加與超聲載波處在不同頻段的超聲探測信號，利用超聲波的穿透性，透過屏幕模組發射出來，利用參量陣的非線性解調原理實現語音信號的定向傳播，利用超聲探測原理實現人耳位置的感知。

進一步的，該方法包括以下步驟：

步驟1、初始化：基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現裝置開機，經過初始化后工作于設定的軟硬件狀態；

步驟2、生成超聲載波信號與探測信號；超聲載波信號用于調制通話語音信號，探測信號用于探測人耳的位置與距離；