超聲波是一種頻率大于20000Hz的機(jī)械波，因?yàn)槠漕l率大于人類耳朵所能聽(tīng)到的上限頻率而得名。

　　超聲波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，給人們帶來(lái)了很多便利。

　　其在音頻行業(yè)也有很多應(yīng)用，可以解決很多痛點(diǎn)問(wèn)題，逐漸成長(zhǎng)為音頻行業(yè)的新翹楚。

認(rèn)識(shí)超聲波

　　聲波是一種常見(jiàn)的機(jī)械波，成年人的耳朵所能聽(tīng)到的聲波范圍為16Hz-20000Hz，稱為可聽(tīng)聲波，為了便于記憶，一般記為20Hz-20000Hz。

　　其實(shí)，人耳所能聽(tīng)到聲波的頻率是與年齡相關(guān)的，隨著年齡的增長(zhǎng)，人耳所能聽(tīng)到聲波頻率范圍會(huì)變小。

　　幼兒能聽(tīng)到30000Hz～40000Hz的聲波，聽(tīng)覺(jué)好的成年人能聽(tīng)到的聲波頻率常在30Hz~16000Hz之間。

　　50歲以上的人只能聽(tīng)到13000Hz的聲波，老年人則常在50Hz~10000Hz之間。

　　而且老年人會(huì)首先喪失對(duì)高頻信號(hào)的聽(tīng)覺(jué)，并會(huì)逐漸向中頻和低頻發(fā)展，一旦發(fā)展到中頻時(shí)就會(huì)影響到交際能力。

超聲波解決定向傳聲問(wèn)題

　　由于可聽(tīng)聲波通常頻率較低，傳播時(shí)為球面波，因此在空氣中傳播的過(guò)程中極易衰減，傳輸距離較短。

　　而且當(dāng)可聽(tīng)聲波到達(dá)受眾時(shí)，往往聲強(qiáng)變得很弱，影響了語(yǔ)音清晰度。

　　超聲波具有定向的傳播特性，根據(jù)聲學(xué)理論，頻率大于20KHz的高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中具有良好的指向性，頻率越高其定向性越好。

　　如果將超聲波作為載波信號(hào)，再將音頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)中實(shí)現(xiàn)在空氣中的定向傳輸，并最終在空氣中實(shí)現(xiàn)自解調(diào)，即可使人耳能夠聽(tīng)到被還原的音頻信號(hào)。

　　具體地說(shuō)，基于超聲波的聲波定向傳播技術(shù)，其基本原理是將可聽(tīng)聲音信號(hào)調(diào)制到超聲載波信號(hào)之上，并由超聲換能器發(fā)射到空氣中。

　　不同頻率的超聲波在空氣傳播的過(guò)程中，由于空氣的非線性聲學(xué)效應(yīng)，這些信號(hào)會(huì)發(fā)生交互作用和自解調(diào)，從而產(chǎn)生頻率為原超聲頻率之和(和頻)與頻率之差(差頻)的新聲波。

　　只要超聲波選取合適，差頻聲波則落在可聽(tīng)聲區(qū)間，即20Hz-20000Hz。

　　這樣，借助超聲波本身的高指向性，即實(shí)現(xiàn)了聲音定向傳播的過(guò)程。

　　20世紀(jì) 60年代Westervelt(韋斯特維爾特)和 Berktay等人發(fā)現(xiàn)了超聲波在空氣中非線性傳播的自解調(diào)效應(yīng)。

　　20世紀(jì)80年代，日本Kamkura T等人成功制作了這種揚(yáng)聲器裝置，從而實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)實(shí)了這種原理的正確，2002年美國(guó)人Joseph則繼續(xù)推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

　　目前美國(guó)、德國(guó)和日本業(yè)已開(kāi)始推行應(yīng)用這種技術(shù)，新加坡和中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所也正在進(jìn)行這方面研究。

　　目前，國(guó)內(nèi)包括江蘇中協(xié)在內(nèi)的音頻行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，已經(jīng)率先發(fā)布了基于超聲波調(diào)制的定向揚(yáng)聲器陣列，很好地實(shí)現(xiàn)了聲波的定向傳播，并被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。

　　普通揚(yáng)聲器傳播的信號(hào)是球面波，是向四面八方傳輸?shù)模以趥鬏數(shù)倪^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減。

　　而超聲波揚(yáng)聲器傳播的信號(hào)是定向的，向夾角很小的同一個(gè)方向傳輸，在傳輸?shù)倪^(guò)程中幾乎不會(huì)發(fā)生衰減，信號(hào)到達(dá)受眾時(shí)，可以自行解調(diào)，從而保證受眾可以聽(tīng)到聲音。

　　由于單個(gè)超聲波揚(yáng)聲器傳播角度較小，為了提升傳輸效果，可以使用多個(gè)超聲波揚(yáng)聲器組成陣列，向多個(gè)不同受眾區(qū)域定向發(fā)射信號(hào)。

超聲波揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)聲音定向傳播，在很多行業(yè)有眾多應(yīng)用。

　　低于20Hz的聲波稱為次聲波，而高于20000Hz的聲波則稱為超聲波。

　　超聲波的特點(diǎn)是，方向性好(與功率和頻率呈正相關(guān)關(guān)系)，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能。

智慧舞場(chǎng)

　　隨著人民生活水平的提高，很多人尤其是老年人都喜歡在晚間去舞場(chǎng)跳舞，一方面可以了陶冶情操，同時(shí)也能夠交際到更多朋友，提升生活質(zhì)量。

　　但是舞場(chǎng)默認(rèn)使用的是普通揚(yáng)聲器，因此聲波會(huì)向四面八方傳播，一旦聲音稍大，舞場(chǎng)周圍的人不堪其擾，有的引發(fā)了糾紛，有的則會(huì)直接報(bào)警。

　　采用了超聲波揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的定向傳播，建立智慧舞場(chǎng)，則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

公安維穩(wěn)

　　社會(huì)的運(yùn)行是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，軍事與警察對(duì)于維護(hù)國(guó)家和人民的安全十分重要。

　　采用超聲波揚(yáng)聲器來(lái)實(shí)現(xiàn)定向強(qiáng)聲傳輸，可以驅(qū)逐敵對(duì)分子，震懾恐怖分子，為國(guó)家、社會(huì)和人民提供新型高科技安防設(shè)備，大大提升了民眾的安全感。

　　只有維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定才能保證平安，而維穩(wěn)系統(tǒng)的工作人員在與社會(huì)極端分子進(jìn)行對(duì)話時(shí)，通過(guò)超聲波揚(yáng)聲器進(jìn)行定向傳播，可以提高交流的效率，有效地化解矛盾。

　　超聲波揚(yáng)聲器也可以應(yīng)用在監(jiān)獄安防、海上執(zhí)法、邊境防衛(wèi)、主權(quán)宣誓等場(chǎng)合。

博物館、文化館

　　博物館、文化館是文化的載體，也是保護(hù)和傳承人類文明的重要殿堂。

　　中國(guó)博物館、文化館事業(yè)已有100多年的歷史，成為中國(guó)歷史和輝煌文化的記錄者，也是中國(guó)人民理解歷史、思考當(dāng)下、開(kāi)啟未來(lái)的見(jiàn)證者。

　　在博物館和文化館等場(chǎng)景，超聲波揚(yáng)聲器也有用武之地。這些場(chǎng)景的特點(diǎn)是，環(huán)境復(fù)雜，噪聲較大。

　　有時(shí)，講解者的聲音通過(guò)普通的揚(yáng)聲器會(huì)很快衰減，而通過(guò)超聲波定向揚(yáng)聲器，則可以將自己要表達(dá)的內(nèi)容向指定區(qū)域傳播(比如僅向自己的旅行團(tuán))，提升了效率。

銀行金融

　　銀行營(yíng)業(yè)廳和ATM機(jī)的語(yǔ)音提示聲音往往會(huì)播放一些敏感信息，這些信息是僅能傳達(dá)給特定的人。

　　同時(shí)，對(duì)等候區(qū)的客戶定向廣播，而當(dāng)有特殊情況發(fā)生時(shí)，警報(bào)聲或通知也只需要傳達(dá)給相關(guān)的工作人員和保安人員。

超市、專賣店

　　超市、專賣店的商品介紹，可以在多個(gè)特定的區(qū)域進(jìn)行同時(shí)播放，營(yíng)造清靜的購(gòu)買環(huán)境，可以吸引消費(fèi)者購(gòu)買，也能夠使聲音不會(huì)侵犯到他人的空間。

教育、養(yǎng)老院

　　教育行業(yè)的學(xué)生，尤其是小學(xué)生，注意力不容易集中，關(guān)注度不夠好，通過(guò)超聲波揚(yáng)聲器對(duì)其進(jìn)行定向傳播內(nèi)容，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

　　養(yǎng)老院里有不少老人，他們中間有很多人有聽(tīng)覺(jué)障礙，通過(guò)超聲波揚(yáng)聲器對(duì)其進(jìn)行定向傳播，可以提升聽(tīng)力，提高老人們的獲得感與幸福感。

超聲波解決聲反抑問(wèn)題

　　擴(kuò)聲系統(tǒng)可分為四類：室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)、廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)和專用會(huì)議系統(tǒng)。

　　室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景隨處可見(jiàn)，最為常見(jiàn)的有：學(xué)校里某個(gè)班級(jí)，幾十名學(xué)生在一起上課;培訓(xùn)機(jī)構(gòu)里一對(duì)多上小課等。

　　廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)和室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)比較類似，廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)應(yīng)用空間要大得多，比如：

　　大學(xué)里一個(gè)專業(yè)甚至是一個(gè)院系在一起上公共課，某黨總支或黨組黨員集中在一起召開(kāi)會(huì)議，學(xué)習(xí)黨的理論知識(shí)，某機(jī)關(guān)專業(yè)工程人員聚在一起開(kāi)會(huì)，布置新的工作任務(wù)等。

　　室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)與公共廣播系統(tǒng)和專用會(huì)議系統(tǒng)有共同點(diǎn)，它們一般都由麥克風(fēng)、功率放大器、揚(yáng)聲器“三大件”組成。

　　實(shí)際都會(huì)使用調(diào)音臺(tái)/均衡器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行高低音調(diào)節(jié)、潤(rùn)色、混合等處理，以保證音質(zhì)完美。

　　但是它們之間的區(qū)別也顯而易見(jiàn)，公共廣播系統(tǒng)注重的是“到達(dá)”，只要廣播的內(nèi)容能夠被傳輸?shù)綋P(yáng)聲器就可以了。

　　而且麥克風(fēng)和功率放大器、揚(yáng)聲器在不同的房間，因此不會(huì)產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫;

　　專用會(huì)議系統(tǒng)也叫音響會(huì)議系統(tǒng)，它和室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)，在關(guān)注“到達(dá)”的同時(shí)，往往注重的是“音質(zhì)”;

　　在室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)和廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)中，麥克風(fēng)、功放和揚(yáng)聲器一般在較近的空間里(比如一個(gè)房間內(nèi))，很容易產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫，必須要進(jìn)行反饋抑制。

　　此時(shí)必須要添加反饋抑制器，但是目前反饋抑制器的效果都不是很好。

　　在上述超聲波揚(yáng)聲器陣列的基礎(chǔ)上，再加上功率放大器和麥克風(fēng)，即可組成一種基于超聲波定向傳輸?shù)氖覂?nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)。

　　此室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是無(wú)需反饋抑制器，并不會(huì)產(chǎn)生嘯叫現(xiàn)象，很好地解決了傳統(tǒng)室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)的“頑疾”。

　　其原理非常簡(jiǎn)單，麥克風(fēng)用于將采集的音頻信號(hào)發(fā)送到功率放大器，進(jìn)行音頻信號(hào)的放大。

　　超聲波揚(yáng)聲器將音頻信號(hào)作為基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的超聲波向受眾區(qū)域定向發(fā)射，到達(dá)受眾時(shí)會(huì)自解調(diào)為可聽(tīng)聲波。

　　由于是定向傳播，因此聲波不會(huì)進(jìn)入麥克風(fēng)，不會(huì)形成聲反饋，無(wú)需反饋抵制器也不會(huì)產(chǎn)生嘯叫現(xiàn)象。

超聲波解決麥克風(fēng)靈敏問(wèn)題

　　在室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)和廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)中，麥克風(fēng)、功放和揚(yáng)聲器一般在較近的空間里(比如一個(gè)房間內(nèi))，很容易產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫。

　　由于容易產(chǎn)生嘯叫問(wèn)題，因此麥克風(fēng)靈敏度往往較低，演講者與麥克風(fēng)超過(guò)1米之后，麥克風(fēng)便無(wú)法拾音，演講者只能固定在一定的范圍內(nèi)。

　　如果使用超聲波進(jìn)行聲波的定向傳播，聲波不會(huì)進(jìn)入麥克風(fēng)，就不會(huì)形成聲反饋，也不會(huì)產(chǎn)生嘯叫現(xiàn)象。

　　這樣，麥克風(fēng)的靈敏度可以得以提高，比如[-45dB，-38dB]之間，由于麥克風(fēng)的靈敏度較高，麥克風(fēng)拾取聲音的范圍將會(huì)變得較大，比如5米，這樣演講者活動(dòng)的范圍也就會(huì)相應(yīng)變大。