干貨 | 中協(xié)智能告訴你超聲波應用于音頻行業(yè)的幾大好處

　　超聲波是一種頻率大于20000Hz的機械波，因為其頻率大于人類(lèi)耳朵所能聽(tīng)到的上限頻率而得名。

　　超聲波技術(shù)被廣泛應用于醫學(xué)、軍事、工業(yè)、農業(yè)等領(lǐng)域，給人們帶來(lái)了很多便利。

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

認識超聲波

　　聲波是一種常見(jiàn)的機械波，成年人的耳朵所能聽(tīng)到的聲波范圍為16Hz-20000Hz，稱(chēng)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(zhù)年齡的增長(cháng)，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 )首先喪失對高頻信號的聽(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。

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

　　超聲波具有定向的傳播特性，根據聲學(xué)理論，頻率大于20KHz的高頻信號在傳輸過(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，再將音頻信號調制到高頻信號中實(shí)現在空氣中的定向傳輸，并最終在空氣中實(shí)現自解調，即可使人耳能夠聽(tīng)到被還原的音頻信號。

　　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)聲音信號調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(guò)程中，由于空氣的非線(xiàn)性聲學(xué)效應，這些信號會(huì )發(fā)生交互作用和自解調，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)聲區間，即20Hz-20000Hz。

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

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

　　20世紀80年代，日本Kamkura T等人成功制作了這種揚聲器裝置，從而實(shí)驗上驗實(shí)了這種原理的正確，2002年美國人Joseph則繼續推動(dòng)了該項技術(shù)在實(shí)際中的應用。

　　目前美國、德國和日本業(yè)已開(kāi)始推行應用這種技術(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，國內包括江蘇中協(xié)在內的音頻行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，已經(jīng)率先發(fā)布了基于超聲波調制的定向揚聲器陣列，很好地實(shí)現了聲波的定向傳播，并被應用于多個(gè)行業(yè)。

　　普通揚聲器傳播的信號是球面波，是向四面八方傳輸的，而且在傳輸的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生衰減。

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

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

超聲波揚聲器實(shí)現聲音定向傳播，在很多行業(yè)有眾多應用。

　　低于20Hz的聲波稱(chēng)為次聲波，而高于20000Hz的聲波則稱(chēng)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，易于獲得較集中的聲能。

智慧舞場(chǎng)

　　隨著(zhù)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)默認使用的是普通揚聲器，因此聲波會(huì )向四面八方傳播，一旦聲音稍大，舞場(chǎng)周?chē)娜瞬豢捌鋽_，有的引發(fā)了糾紛，有的則會(huì )直接報警。

　　采用了超聲波揚聲器進(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

　　社會(huì )的運行是一個(gè)非常復雜的過(guò)程，軍事與警察對于維護國家和人民的安全十分重要。

　　采用超聲波揚聲器來(lái)實(shí)現定向強聲傳輸，可以驅逐敵對分子，震懾恐怖分子，為國家、社會(huì )和人民提供新型高科技安防設備，大大提升了民眾的安全感。

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

　　超聲波揚聲器也可以應用在監獄安防、海上執法、邊境防衛、主權宣誓等場(chǎng)合。

博物館、文化館

　　博物館、文化館是文化的載體，也是保護和傳承人類(lèi)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，超聲波揚聲器也有用武之地。這些場(chǎng)景的特點(diǎn)是，環(huán)境復雜，噪聲較大。

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

銀行金融

　　銀行營(yíng)業(yè)廳和ATM機的語(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給特定的人。

　　同時(shí)，對等候區的客戶(hù)定向廣播，而當有特殊情況發(fā)生時(shí)，警報聲或通知也只需要傳達給相關(guān)的工作人員和保安人員。

超市、專(zhuān)賣(mài)店

　　超市、專(zhuān)賣(mài)店的商品介紹，可以在多個(gè)特定的區域進(jìn)行同時(shí)播放，營(yíng)造清靜的購買(mǎi)環(huán)境，可以吸引消費者購買(mǎi)，也能夠使聲音不會(huì )侵犯到他人的空間。

教育、養老院

　　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)超聲波揚聲器對其進(jìn)行定向傳播內容，可以激發(fā)他們的學(xué)習興趣，提高學(xué)習成績(jì)。

　　養老院里有不少老人，他們中間有很多人有聽(tīng)覺(jué)障礙，通過(guò)超聲波揚聲器對其進(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

　　擴聲系統可分為四類(lèi)：室內擴聲系統、廳堂擴聲系統、公共廣播系統和專(zhuān)用會(huì )議系統。

　　室內擴聲系統的應用場(chǎng)景隨處可見(jiàn)，最為常見(jiàn)的有：學(xué)校里某個(gè)班級，幾十名學(xué)生在一起上課;培訓機構里一對多上小課等。

　　廳堂擴聲系統和室內擴聲系統比較類(lèi)似，廳堂擴聲系統應用空間要大得多，比如：

　　大學(xué)里一個(gè)專(zhuān)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)習黨的理論知識，某機關(guān)專(zhuān)業(yè)工程人員聚在一起開(kāi)會(huì )，布置新的工作任務(wù)等。

　　室內擴聲系統與公共廣播系統和專(zhuān)用會(huì )議系統有共同點(diǎn)，它們一般都由麥克風(fēng)、功率放大器、揚聲器“三大件”組成。

　　實(shí)際都會(huì )使用調音臺/均衡器，對信號進(jìn)行高低音調節、潤色、混合等處理，以保證音質(zhì)完美。

　　但是它們之間的區別也顯而易見(jiàn)，公共廣播系統注重的是“到達”，只要廣播的內容能夠被傳輸到揚聲器就可以了。

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

　　專(zhuān)用會(huì )議系統也叫音響會(huì )議系統，它和室內擴聲系統，在關(guān)注“到達”的同時(shí)，往往注重的是“音質(zhì)”;

　　在室內擴聲系統和廳堂擴聲系統中，麥克風(fēng)、功放和揚聲器一般在較近的空間里(比如一個(gè)房間內)，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。

　　在上述超聲波揚聲器陣列的基礎上，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的室內擴聲系統。

　　此室內擴聲系統最大的特點(diǎn)是無(wú)需反饋抑制器，并不會(huì )產(chǎn)生嘯叫現象，很好地解決了傳統室內擴聲系統的“頑疾”。

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

　　超聲波揚聲器將音頻信號作為基帶信號對載波進(jìn)行調制，并將調制后的超聲波向受眾區域定向發(fā)射，到達受眾時(shí)會(huì )自解調為可聽(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)生嘯叫現象。

超聲波解決麥克風(fēng)靈敏問(wèn)題

　　在室內擴聲系統和廳堂擴聲系統中，麥克風(fēng)、功放和揚聲器一般在較近的空間里(比如一個(gè)房間內)，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。

　　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 )相應變大。