超聲波是一種頻率大于20000Hz的機(jī)械波，因為其頻率大于人類耳朵所能聽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，可以解決很多痛點問題，逐漸成長為音頻行業(yè)的新翹楚。

認(rèn)識超聲波

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

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

　　幼兒能聽到30000Hz～40000Hz的聲波，聽覺好的成年人能聽到的聲波頻率常在30Hz~16000Hz之間。

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

　　而且老年人會首先喪失對高頻信號的聽覺，并會逐漸向中頻和低頻發(fā)展，一旦發(fā)展到中頻時就會影響到交際能力。

超聲波解決定向傳聲問題

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

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

　　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的高頻信號在傳輸過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，再將音頻信號調(diào)制到高頻信號中實現(xiàn)在空氣中的定向傳輸，并最終在空氣中實現(xiàn)自解調(diào)，即可使人耳能夠聽到被還原的音頻信號。

　　具體地說，基于超聲波的聲波定向傳播技術(shù)，其基本原理是將可聽聲音信號調(diào)制到超聲載波信號之上，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程中，由于空氣的非線性聲學(xué)效應(yīng)，這些信號會發(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聲區(qū)間，即20Hz-20000Hz。

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

　　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，從而實驗上驗實了這種原理的正確，2002年美國人Joseph則繼續(xù)推動了該項技術(shù)在實際中的應(yīng)用。

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

　　目前，國內(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，很好地實現(xiàn)了聲波的定向傳播，并被應(yīng)用于多個行業(yè)。

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

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

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

超聲波揚(yáng)聲器實現(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

　　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跳舞，一方面可以了陶冶情操，同時也能夠交際到更多朋友，提升生活質(zhì)量。

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

　　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，則可以很好地解決這個問題。

公安維穩(wěn)

　　社會的運(yùn)行是一個非常復(fù)雜的過程，軍事與警察對于維護(hù)國家和人民的安全十分重要。

　　采用超聲波揚(yáng)聲器來實現(xiàn)定向強(qiáng)聲傳輸，可以驅(qū)逐敵對分子，震懾恐怖分子，為國家、社會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極端分子進(jìn)行對話時，通過超聲波揚(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。

　　中國博物館、文化館事業(yè)已有100多年的歷史，成為中國歷史和輝煌文化的記錄者，也是中國人民理解歷史、思考當(dāng)下、開啟未來的見證者。

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

　　有時，講解者的聲音通過普通的揚(yáng)聲器會很快衰減，而通過超聲波定向揚(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

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

　　同時，對等候區(qū)的客戶定向廣播，而當(dāng)有特殊情況發(fā)生時，警報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，可以在多個特定的區(qū)域進(jìn)行同時播放，營造清靜的購買環(huán)境，可以吸引消費(fèi)者購買，也能夠使聲音不會侵犯到他人的空間。

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，通過超聲波揚(yáng)聲器對其進(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。

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

超聲波解決聲反抑問題

　　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)和專用會議系統(tǒng)。

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

　　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)里一個專業(yè)甚至是一個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會議，學(xué)習(xí)黨的理論知識，某機(jī)關(guān)專業(yè)工程人員聚在一起開會，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)和專用會議系統(tǒng)有共同點，它們一般都由麥克風(fēng)、功率放大器、揚(yáng)聲器“三大件”組成。

　　實際都會使用調(diào)音臺/均衡器，對信號進(jìn)行高低音調(diào)節(jié)、潤色、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，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，因此不會產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫;

　　專用會議系統(tǒng)也叫音響會議系統(tǒng)，它和室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)，在關(guān)注“到達(dá)”的同時，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)最大的特點是無需反饋抑制器，并不會產(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”。

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

　　超聲波揚(yáng)聲器將音頻信號作為基帶信號對載波進(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)受眾時會自解調(diào)為可聽聲波。

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

超聲波解決麥克風(fēng)靈敏問題

　　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)生嘯叫問題，因此麥克風(fēng)靈敏度往往較低，演講者與麥克風(fēng)超過1米之后，麥克風(fēng)便無法拾音，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，聲波不會進(jìn)入麥克風(fēng)，就不會形成聲反饋，也不會產(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變得較大，比如5米，這樣演講者活動的范圍也就會相應(yīng)變大。